Brevet FR3022203A1 — publié le 20151218

Aide mécanique à la relance d'une roue au moyen d'un ressort de torsion à spirales à lame en plastique renforcé de fibre de carbone intégré à la roue, ressort ayant préalablement stocké l'énergie de freinage de cette même roue. La présente invention est un procédé mécanique permettant de récupérer une partie de l'énergie de freinage d'une roue, de la conserver avec moindre perte, et de la-restituer au moment de la relance de cette même roue, ou de la restituer pour une aide à la rotation à n'importe quel moment. Elle sera destinée à économiser l'énergie nécessaire à le rotation d'une roue possédant des phases de freinage. Des moteurs électriques font actuellement le même travail, mais le procédé qui est 10 proposé est beaucoup moins polluant, puisqu'il ne nécessite pas de batterie. Cette énergie de freinage est récupérée et conservée, grâce à un ressort de torsion à spirales à lame jointive ou non, inclus dans une coque solidaire de la roue (figure 1-A le ressort est déchargé) (figure 1-B le ressort est chargé). Lors du freinage, la roue entraine le 15 ressort et le tord en le déroulant de l'axe de la roue, emmagasinant cette énergie dite de freinage. Cette torsion peut être démultipliée en ajoutant un train d'engrenage adéquat (figure 10-A), ou non. Puis le ressort est déconnecté de la roue pour emmagasiner à long terme cette énergie. Ensuite, à tout moment, ce ressort peut être reconnecté à la roue pour la relancer ou lui donner une aide à la rotation (figure 10-B). Ce mécanisme peut se situer dans 20 la roue ou à côté de la roue, elle doit se raccorder au pignon de la roue. L'invention propose un dispositif mécanique permettant, le stockage d'une énergie de freinage d'une roue dans un ressort de torsion à lame par déroulement du ressort de torsion depuis un axe de la roue, ou par enroulement autour de l'axe de la roue, le maintien 25 de cette énergie dans ce même ressort, et le déstockage de cette énergie contenue dans le ressort de torsion en l'enroulant autour de l'axe, ou en le déroulant depuis l'axe, afin de relancer cette même roue, ou de l'aider dans sa rotation. Selon une réalisation, une coque, en 2 parties, est solidaire de la roue, confient l'ensemble du mécanisme, sauf les extrémités des barres de soutien et de commande 30 solidaire d'un cadre de la roue, remplace un moyeu de la roue, et supporte la roue. Selon une réalisation, le mécanisme est commandé par un arbre de commande, ledit arbre de commande est une tige située dans l'axe de la roue, mobile en rotation par rapport au cadre de la roue, qui par sa rotation permet de libérer, ou de replier, des taquets qui commandent les différentes pièces du dispositif mécanique. Selon une réalisation, un train épicycloïdal planétaire permet de démultiplier les forces transmises lors de la charge du ressort, mais aussi une inversion de rotation lors de la décharge du ressort. Selon une réalisation, ce type de freinage de roue par compression d'un ressort de 5 torsion est mis en série avec un autre type de freinage de roue, rendant le freinage uniforme. Selon une réalisation, ce dispositif peut être en dehors de la roue ou dans la roue, pour relancer sur un pignon de la roue. Selon une réalisation, en fin de torsion du ressort, la force de freinage engendrée par la torsion du ressort s'annule, et la rotation de la roue produit une force de frottement sur 10 l'axe de la roue, ou sur le pourtour interne des coques, égale à la force de freinage réalisée par la force de torsion du ressort qui vient de s'annuler. Selon une réalisation, le ressort de torsion est un ressort en plastique renforcé de fibre de carbone. Selon une réalisation, le ressort de torsion a ses extrémités plus rigides. 15 La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : -La figure 1-A présente une vue de face du mécanisme, sans la roue, avec ressort déchargé. L'échelle est de 1/3. 20 -La figure 1-B présente une vue de face du mécanisme, sans la roue, avec ressort chargé. L'échelle est de 1/3. -La figure 2 présente la plupart des éléments dans une vue partielle de face du dispositif, à l'échelle 1/3 : 1 repère la roue 25 2 repère le carter 3 repère les cages 4 repère les engrenages en train épicycloïdal planétaire repère l'arbre commande 6 repère l'arbre support 30 7 repère la roue d'engrenage 8 repère les barres de connexion 9 repère l'anneau bloque ressort -La figure 3-A présente une vue de face de la coque droite du carter, à l'échelle 1/4. -La figure 3-B est une coupe A-A de la figure 3-A, à l'échelle 1/4. - -La figure 4-A présente une vue de face de la coque gauche du carter, à l'échelle 1/4. -La figure 4-B est une coupe A-A de la figure 4-A, à l'échelle 1/4. -La figure 5-A présente une vue de face de l'ensemble du dispositif sans la roue et le ressort, à l'échelle 1/3. -La figure 5-B est une coupe A-A de la figure 5-A, à l'échelle 1/3. -La figure 6-A présente une vue de face, éclatée, des engrenages et d'un engrenage épicycloïdal planétaire, à l'échelle 1/2. -La figure 6-B est la coupe B-B de la figure 6-A, à l'échelle 1/2. -La figure 6-C est la coupe C-C de la figure 6-A, à l'échelle 1/2. 10 -La figure 6-D est la coupe A-A de la figure 6-B, à l'échelle 1/2. -La figure 7-A présente une vue de face de l'arbre support, à l'échelle 1/1. --La figure 7-B est une coupe A-A de la figure 7-A, à l'échelle 1/1. -La figure 7-C est une coupe B-B de la figure 7-B, à l'échelle 1/1. -La figure 7-D présente une vue de profil de l'arbre support, à l'échelle 1/1. 15 -La figure 10 présente une vue des taquets au droit de l'arbre commande, sans échelle. -La figure 9-A présente une vue de face de l'anneau bloque ressort, à l'échelle 1/4. -La figure 9-B est une coupe A-A de la figure 9-A, à l'échelle 1/4. -La figure 9-C est une coupe B-B de la figure 9-B, à l'échelle 1/4. -La figure 10-A est une vue de profil des engrenages actif lors de la charge du 20 ressort, sans échelle. Il n'est représenté qu'un seul engrenage satellitaire. -La figure 10-B est une vue de profil des engrenages actif lors de la décharge du ressort, sans échelle. Il n'est représenté qu'un seul engrenage satellitaire. -La figure 10-C est une vue de profil de l'arbre commande, à l'échelle1/1. -La figure 11-A est une vue du répartiteur de freinage, sans échelle. 25 11 repère le câble de freins principal actionné manuellement 12 repère le cadre de la roue 13 repère le câble de freins à mâchoires 14 repère le câble de freinage par ressort avant le répartiteur 15 repère le câble de freinage par ressort après le répartiteur 30 -La figure 11-B est une vue du répartiteur lorsque la tension est assez forte pour activer le frein par ressort, sans échelle. Voici un des modes de réalisation de cette invention : Un arbre, dans l'axe de l'arbre support 6 (figure 7) fixé au cadre de la roue 12, commande l'ensemble de ce mécanisme, il est appelé arbre commande 5. Il permet : -soit de désolidariser l'ensemble du mécanisme de la roue 1 (figure 2), l'ensemble restant solidaire de l'arbre support 6 (figure 7), lors de la phase de non utilisation du mécanisme ; -soit de connecter le bout externe du ressort à la roue 1, via un système de démultiplication des forces par train d'engrenage épicycloïdal planétaire 4 (figure 6), à la roue 1, pour dérouler ce ressort lors de la phase de freinage, et stocker de l'énergie (figure 10-A); -soit de connecter le bout externe du ressort à la roue 1, via un système de train d'engrenage 4 inversant la rotation (figure 6), pour enrouler le ressort lors de la phase de relance de la roue 1, et restituer l'énergie dans la rotation de la roue (figure 10-B). L'arbre commande 5 (figure 10-C) est équipé de réservations pour permettre, lors de sa rotation, de relever ou d'abaisser des taquets. Ces 3 taquets (figure 10) agissent en bloquant, ou en libérant en rotation certaines pièces, en fonction de la phase d'évolution. Voici une description des principaux éléments constituant ce dispositif : Ressort de torsion : C'est un ressort de torsion à lame jointive ou non, immobilisé dans un tube, ici le 25 tube correspond aux carters 2. Avant tout stockage d'énergie, il est plaqué, quasiment entièrement, autour de l'axe de rotation le supportant, l'arbre support 6 (figure 1-A). Une fois l'énergie de freinage stockée dans le ressort, celui-ci est desserré contre un anneau 9 (figure 9) fixé au bout des barres de connexion 8, appelé anneau bloque ressort 9 (figure 1-B). L'extrémité du ressort la plus externe est accrochée de façon fixe à ce support. 30 L'extrémité la plus interne du ressort est accrochée à une bague de frottement située autour de l'arbre support 6. La géométrie de ce ressort est adaptée pour que son enroulement et son déroulement nécessitent une force constante, pour une rotation du ressort constante. Pour ce faire, les extrémités du ressort sont moins larges et plus épaisses pour pouvoir être plus rigides, et - 5 - pallier au fait qu'en fin et en début de déroulement et d'enroulement toutes les spires ne sont pas encore complétement actives. Carter et roue : Il est composé de 2 coques (figure 3 et figure 4) qui se solidarisent pour contenir le 5 ressort, et presque l'ensemble du mécanisme. Ce carter 2 est solidaire de la roue 1. Il joue le rôle du moyeu de la roue. Arbre commande : C'est la barre centrale 5 située dans l'axe de la roue et du dispositif (figure 10-C). La barre 5 est rainurée, et lorsqu'elle pivote et qu'elle place ses réservations sous des taquets, 10 elle les déclenche, et ceux-ci bloquent en rotation les éléments présents au-dessus de l'arbre support 6: soit une rotation de - 120°, provoque un blocage de la roue d'engrenage centrale 7 à dentures droites (figure 10-A) pour chargement du ressort (taquet central), et un blocage de la roue libre où le taquet est alors en antiretour 15 (taquet de la roue libre); - soit une rotation de 0°, provoque un blocage de la roue libre toute seule pour maintenir le ressort en l'état (taquet de la roue libre); - soit une rotation de 120°, provoque un blocage de la roue d'engrenage la plus externe à dentures droites (figure 10-B), pour décharger le ressort (taquet le 20 plus externe). L'arbre de commande 5 est mis en rotation par la force exercée sur le câble de frein 11, 14, via-le répartiteur. Anneau bloque ressort (figure 2 et 9) : C'est un anneau 9 maintenu en 8 points par les barres de connexion 8, il permet de 25 contenir le ressort quand celui-ci est déroulé après une torsion. Arbre support (figure 7) : C'est la barre 6 contenant les taquets et supportant les différents éléments nécessaires au mécanisme : roues d'engrenage, la roue libre, le carter 2 et la bague de frottement. Il est connecté de façon fixe, au cadre de la roue 12. 30 Engrenage en train épicycloïdal planétaire et Cages : Ces engrenages 4 (figure 2) (figure 6-A) servent à démultiplier la force nécessaire au déroulement du ressort, lors de sa charge. Et à inverser le sens de rotation lors de la décharge. Ils sont maintenus dans leurs axes de rotation par des plaques extrudées appelées Cages 3 (figure 67C). Ces cages 3 sont solidaires de la roue 1, car solidaire du carter 2. Bague de frottement : Cette bague de contact est solidaire du bout interne du ressort et est située sur l'arbre support 6, entre les barres de connexion 8. Lorsque le ressort arrive en fin de chargement et que le freinage se poursuit, cette bague entre en rotation tirée par le ressort, autour de l'axe la supportant. Son frottement correspond à la force de freinage qu'engendre la torsion du ressort. Ainsi il y a une continuité dans le freinage, et le ressort peut continuer à pivoter même s'il est totalement chargé. Freins à mâchoires : Des freins à mâchoires sont utilisés sur la roue pour permettre un freinage adéquat à 10 tout moment. Taquets (figure 10) : Les taquets sont situés dans l'arbre support 6 et peuvent se relever lorsque la réservation adéquate présente sur l'arbre commande 5 est placée en dessous, un ressort l'y aidant. Les taquets bloquent en rotation les éléments situés au-dessus. 15 Lorsque l'arbre commande 5 pivote et retire les réservations au droit des taquets, ceux-ci se rabattent. Roues d'engrenages (figure 6) : Au nombre de 3, ces roues d'engrenages 7 permettent de charger (figure 10-A) ou décharger (figure 10-B) le ressort. La roue d'engrenage la plus proche du ressort est 20 solidaire des 2 barres de connexion 8 connexes, donc du bout le plus externe du ressort. Les deux autres roues sont en roue libre si elles ne sont pas bloquées par leurs taquets respectifs. Roue libre : C'est une roue qui se trouve de l'autre côté du ressort par rapport aux engrenages. Elle est solidaire des barres de connexions 8 connexes. Cet élément, est bloqué contre 25 l'arbre support 6 par un taquet. Lorsqu'il est débloqué par le taquet adéquat, il permet de décharger le ressort. Barre de connexion (figure 2) : Au nombre de 4, ces barres 8 permettent de connecter le bout le plus externe du ressort au reste du mécanisme. Les deux barres les plus externes, de l'autre côté par rapport 30 aux engrenages, permettent de solidariser ou désolidariser le bout le plus externe du ressort du cadre de la roue 12, via ràrbre support 6. Les deux barres entre les engrenages et le ressort servent à transmettre les forces en chargement et en déchargement, via les engrenages, entre la roue 1 et le ressort. Anneaux et bagues : - 7 - Ces éléments sont rajoutés pour permettre une mobilité adéquate des différentes parties les unes avec les autres. Cadre fixe de la roue : C'est un élément fixe extérieur à la roue 1, non entrainé par la rotation de la roue. La 5 roue 1 y est raccordée par l'arbre support 6. Répartiteur : Cet élément permet de répartir les forces de freinages pour permettre d'avoir un freinage de la roue 1 uniforme. Lorsque la force de freinage devient équivalente à la force nécessaire à l'enroulement du ressort, le freinage par ressort s'active, et les freins mâchoires 10 se désactivent pour reprendre aussitôt. Voici une description des différentes phases d'évolution normale de cette invention : Phase 1 15 Le dispositif est en attente d'un freinage suffisant pour se charger automatiquement (figure 1-A). Il se peut qu'il soit déjà chargé partiellement, ou complètement. Il est alors prêt à restituer l'énergie emmagasinée. Le dispositif peut rester indéfiniment dans cette position et la roue 1 peut tourner sans encombre car le ressort est bloqué en rotation et déconnecté de la roue, connecté à l'arbre 20 support 6 solidaire du cadre de la roue 12. L'arbre commande 5 (figure 10-C) est en position 0°. Grâce aux réservations qu'il possède, le taquet de la roue libre est relevé et bloque cette roue en rotation (figure 10), et donc le bout externe du ressort. L'autre bout interne du ressort restant toujours fixé à l'arbre support 6, le ressort est bloqué et ne peut pas se décharger. 25 Phase 2 Un freinage débute. Le câble de frein 11, 13 renvoie sa force vers les freins mâchoires, jusqu'à arriver à un seuil de tension qui permet au répartiteur, d'entrainer en rotation l'arbre commande 5 (figure 10-C) de 120° en sens antihoraire. Répartiteur qui libère aussi les freins 30 mâchoires d'une force de frottement équivalente à la force de torsion démultipliée du ressort. Ceci pour conserver un freinage constant. Grâce aux réservations que l'arbre de commande 5 possède, il libère le taquet central, bloquant en rotation la roue d'engrenage centrale 7 (figure 10-A). Les engrenages en train épicycloïdaux planétaires 4 (figure 2), entrainés par les coques (figure 3 et 4), sont alors mis en rotation, car en appui sur la roue - 8 - centrale 7. Et donc elles transmettent leur énergie de rotation à la roue d'engrenage 7 la plus proche du ressort. Cette roue 7 proche du ressort entraine en rotation les barres connectées 8 au bout du ressort le plus externe, déroulant ainsi le ressort, emmagasinant l'énergie de freinage. Le freinage par frein à mâchoire reprend instantanément si besoin est, grâce au répartiteur. La vitesse de rotation du ressort est démultipliée par les dimensions des engrenages en jeux. Lors de l'arrêt du freinage, le répartiteur arbitre inversement les 2 types de forces de freinages. Phase 3 Lorsqu'il y a besoin d'une aide à la rotation de la roue 1 ou d'une aide au redémarrage de la roue 1, l'arbre commande 5 (figure 10-C) doit être tourné de 120° dans le sens horaire, par son extrémité sortant de l'arbre support 6. Grâce aux réservations qu'il possède, il replie le taquet retenant la roue libre raccordée aux barres connectées 8 au bout externe du ressort, permettant au ressort de restituer l'énergie emmagasinée en faisant pivoter les barres connectées 8 de l'autre côté du ressort sous la force du ressort. Ces barres entrainent la roue d'engrenage 7 connexe. L'arbre commande 5 a aussi libéré le taquet retenant la roue d'engrenage 7 la plus externe. Ce qui permet de transmettre la force de rotation aux engrenages planétaires 4, en inversant le sens de rotation (figure 10-B). Et donc l'énergie se transmet des engrenages planétaires 4 jusqu'à la roue 1 via les coques. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. 30 REVENDICATIONS1/ Dispositif mécanique permettant, le stockage d'une énergie de freinage d'une roue (1) dans un ressort de torsion à lame par déroulement du ressort de torsion depuis un axe de la roue, ou par enroulement autour de l'axe de la roue, le maintien de cette énergie dans ce même ressort, et le déstockage de cette énergie contenue dans le ressort de torsion en l'enroulant autour de l'axe, ou en le déroulant depuis l'axe, afin de relancer cette même roue (1), ou de l'aider dans sa rotation. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une coque (2), en 2 parties, est solidaire de la roue (1), contient l'ensemble du mécanisme, sauf les extrémités des barres de soutien (6) et de commande (5) solidaire d'un cadre de la roue (12), remplace un moyeu de la roue, et supporte la roue (1). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme est commandé par un arbre de commande (5), ledit arbre de commande (5) est une tige située dans l'axe de la roue, mobile en rotation au cadre de la roue (12), qui par sa rotation permet de libérer, ou de replier, Ides taquets qui commandent les différentes pièces du dispositif mécanique. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un train épicycloïdal planétaire (4) permet de démultiplier les forces transmises lors de la charge du ressort, mais 20 aussi une inversion de rotation lors de la décharge du ressort. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ce type de freinage de roue par compression d'un ressort de torsion est mis en série avec un autre type de freinage de roue, rendant le freinage uniforme. 6/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'en fin de torsion du 25 ressort, la force de freinage engendrée par la torsion du ressort s'annule, et la rotation de la roue (1) produit une force de frottement sur l'axe de la roue, ou sur le pourtour interne des coques, égale à la force de freinage réalisée par la force de torsion du ressort qui vient de s'annuler. 7/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ressort de torsion 30 soit un ressort en plastique renforcé de fibre de carbone. 8/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ressort de torSion ait ses extrémités plus rigides.