Brevet FR3116802A1 — publié le 20220603

L’invention concerne un ensemble de transmission (700) pour engin de mobilité (900), ledit ensemble comportant un moteur électrique (400) et un dispositif de changement de vitesse (100) présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport dit rapport n°1 et un rapport supérieur dit rapport n°k, le moteur électrique (400) étant relié à au moins un pignon de sortie (30, F i ) du dispositif de changement de vitesse (100). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3a Ensemble de transmission pour engin de mobilité Le domaine de la présente invention est celui de la mobilité dite douce, et plus particulièrement celui des engins de mobilités combinant propulsion électrique et force musculaire, par exemple les vélos à assistance électrique. Lors du déplacement en vélo, la force motrice est fournie par le cycliste, elle est transmise aux roues par l'intermédiaire d’un système de manivelle tournant autour d'un axe de pédalier qui entraîne la roue arrière généralement par une chaîne. Des boites de vitesses pour cycles sont connues de l’art antérieur. En particulier la publication FR2975367 A1 divulgue un dispositif de changement de vitesses pour vélos comportant une boîte de vitesses à engrenages et une navette coulissante pour effectuer la sélection du rapport. Le dispositif et les engrenages de la boîte de vitesses sont agencés dans un boîtier commun. Alors que le domaine des véhicules légers à pédalier pour le transport de biens ou des personnes se diversifie il existe un besoin pour des boites de vitesse automatiques et électriques fiables et faciles à fabriquer. La demande DE102009029655 A1 décrit une méthode de régulation de l’entraînement électrique auxiliaire d'un vélo. Une unité de commande est prévue pour commander l'entraînement électrique auxiliaire de telle manière qu'une force d'entraînement uniforme est continuellement générée à partir de la composante de puissance appliquée par le conducteur et de la composante de puissance appliquée par l'entraînement auxiliaire électrique. Il existe un besoin pour favoriser le pilotage des vélos à assistance électrique. Pour répondre au moins en partie à ces besoins, l’invention, selon un premier aspect a pour objet un ensemble de transmission pour engin de mobilité, ledit ensemble comportant un moteur électrique, notamment agencé pour fournir une partie de l’énergie pour la propulsion de l’engin, et un dispositif de changement de vitesse présentant une pluralité de rapports entre un premier rapport dit rapport n° 1 et un rapport supérieur, le moteur électrique étant relié à un pignon de sortie correspondant à un des rapports du dispositif de changement de vitesse. L’engin de mobilité est un engin de mobilité à assistance électrique. Le moteur électrique fournit notamment une partie de la puissance de propulsion lorsque la vitesse instantanée de l’engin de mobilité est inférieure à une valeur seuil. Dans le cadre de la présente demande on utilisera indifféremment l’expression engin de mobilité et engin. Selon un mode de réalisation, l’engin comporte au moins une roue, il peut comporter deux, trois ou quatre roues, voire plus. Dans le cadre de la présente invention les termes pilote, conducteur, cycliste sont équivalents. L’engin peut être utilisé avec ou sans assistance électrique. Le pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse relié au moteur électrique correspond à un des rapports du dispositif de changement de vitesse. Selon différents modes de réalisation de l’invention le moteur électrique est relié à l’un ou l’autre des pignons de sortie sans que ce choix soit limitatif. De façon avantageuse, l’ensemble de transmission selon l’invention présente seule ou en combinaison l’une ou l’autre des caractéristiques ci-dessous : Il comporte un réducteur, le moteur électrique étant relié au pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse via le réducteur notamment via une pluralité de pignons du réducteur. La pluralité de pignons peut comporter cinq pignons, notamment un premier pignon co-axial au moteur électrique, un deuxième pignon, pignon d’entrée du réducteur, engrenant avec le premier pignon, un troisième pignon, pignon de sortie du réducteur, solidaire en rotation du deuxième pignon, le troisième pignon engrenant avec un quatrième pignon, un cinquième pignon agencé pour engrener avec le pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse, le cinquième pignon étant solidaire en rotation du quatrième pignon. Il comporte au moins une roue libre. Il peut comporter une roue libre liée au moteur électrique et/ou une roue libre liée au pédalier. Dans un exemple particulier il comporte une roue libre liée au moteur électrique, l’axe de la roue libre étant notamment distinct de l’axe du moteur électrique. La roue libre liée au moteur électrique est par exemple située dans le quatrième pignon. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque la vitesse des premier pignon et deuxième pignons de multiplication primaire est supérieure ou égale à une valeur seuil correspondant à vitesse seuil de l’engin de mobilité au-delà de laquelle le moteur électrique ne fournit pas de puissance. Grâce à la roue libre, les premier pignon et deuxième pignons de multiplication primaire ne sont plus reliés au moteur électrique et l’utilisateur n’a pas à fournir de puissance supplémentaire pour combattre l’inertie du réducteur et du moteur électrique. l’ensemble de transmission comporte une unité de pilotage agencée pour piloter au moins un du moteur électrique et du dispositif de changement de vitesse. Selon différents exemples de mise en œuvre, l’unité de pilotage est agencée pour piloter en outre au moins un d’un système de freinage, un système d’éclairage, un système de localisation et/ou de navigation, un système interface homme-machine, cette liste n’étant pas limitative. l’ensemble de transmission est logé dans un boitier, notamment situé au niveau du pédalier le dispositif de changement de vitesse présente entre 2 et 12 rapports, voire entre 5 et 9 rapports. lorsque le rapport supérieur est enclenché, la vitesse de sortie du dispositif de changement de vitesse est en particulier 4,5 fois supérieure à la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse. le saut de rapport de réduction entre deux rapports consécutifs du dispositif de changement de vitesse est compris entre 10% et 50%, en particulier entre 15% et 40% , notamment entre 20% et 40%. le dispositif de changement de vitesse présente en outre un rapport neutre qui, lorsqu’il est enclenché ne permet pas à un mouvement du pédalier de propulser l’engin de mobilité. Le dispositif de changement de vitesse comporte notamment une série de pinions d’entrée agencés pour tourner librement autour d’un arbre de sélection, une série de pinions de sortie, solidaires en rotation d’un arbre creux , ledit arbre creux, ledit arbre creux étant notamment agencé pour entourer un axe de pédalier de l’engin de mobilité, un actionneur de changement de vitesse agencé pour engager un rapport sélectionné . Chacun des rapports présente un ratio particulier, entre la vitesse de sortie et la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse. L’actionneur de changement de vitesse comporte avantageusement des moyens électriques d’engagement d’un rapport, notamment un motoréducteur. L’unité de pilotage de l’ensemble de transmission est par exemple agencée pour piloter le motoréducteur de l’actionneur de changement de vitesse. Selon un autre de ces aspects, l’invention porte aussi sur un engin de mobilité comportant un ensemble de transmission tel que décrit précédemment. L’engin de mobilité comporte par exemple au moins un capteur sélectionné parmi : - un capteur de détermination de la position du pédalier, - un capteur de vitesse de rotation du pédalier, - un capteur de vitesse de l’engin de mobilité, - un accéléromètre pour mesurer une accélération de l’engin de mobilité, - un capteur de pente pour mesurer une pente de la zone de roulage, - un capteur de couple pour mesurer un couple généré par l’utilisateur. L’unité de pilotage est par exemple agencée pour recevoir des consignes de l’utilisateur et /ou des données en provenance d’un capteur et/ou du système de localisation/navigation. L’engin comporte notamment une batterie, ou tout autre moyen rechargeable connu de homme du métier pour fournir l’énergie nécessaire pour alimenter le moteur électrique, un système d’éclairage, un pédalier, un système de localisation et/ou navigation ainsi qu’un système interface homme-machine. Brève description des figures D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : La est une vue d’un engin de mobilité selon un des aspects de l’invention, la illustre l’ensemble de transmission de l’engin de mobilité de la , la illustre en coupe le chemin de couple pour un mode de réalisation particulier de l’invention, les et illustrent des détails de variantes du mode de réalisation de la , et la illustre un boitier logeant un ensemble de transmission selon l’invention. Description détaillée de l’invention La illustre un engin de mobilité 900 selon un des aspects de l’invention. L’engin 900 est ici un vélo à assistance électrique comportant un moteur électrique 300 d’axe de rotation Xm. Ledit moteur électrique est agencé pour assurer une partie de la propulsion dudit engin. Lors du déplacement sans assistance électrique, la force motrice est fournie par le cycliste, elle est transmise aux roues 950 par l'intermédiaire de deux pédales tournant autour d'un axe de pédalier Xp qui entraîne la roue arrière par une chaîne. Comme le montre la , l’engin 900 comporte une unité de pilotage 800 ainsi que plusieurs capteurs 80, situés en particulier au niveau du pédalier, sur le cadre du vélo ou au niveau d’une roue. L’unité de pilotage 800 est notamment agencée pour piloter le moteur électrique 300 et le dispositif de changement de vitesse 100. L’engin 900 ici représenté comporte également un dispositif de stockage d’énergie sous forme d’une batterie 910, un système d’éclairage 920, un pédalier 940 d’axe Xp, un système de localisation et/ou navigation 980 ainsi qu’un système interface homme-machine 990 comportant notamment un écran tactile apte à afficher des informations pour et/ou prendre en compte les demandes dudit utilisateur. Le système interface homme-machine 990 est en particulier relié au système de localisation 980 et sert d’interface de navigation. L’invention n’est pas limitée à un système interface homme-machine particulier, et peut comporter tout système connu de l’homme du métier. Les roues 950 sont munies d’un système de freinage 960, comportant notamment des freins à disque 965. L’engin 900 comporte un ensemble de transmission 700 illustré . L’ensemble de transmission 700 comporte un dispositif de changement de vitesse 100 et un moteur électrique 400 d’axe de rotation Xm pour fournir une partie de la puissance pour la propulsion de l’engin. Comme le montre les Figures 1 et 2, le dispositif de changement de vitesse 100 est logé dans un boîtier 600 illustré plus en détail . Le boitier 600 est ici positionné au niveau du pédalier 940 dont l’axe est confondu avec l’axe de sortie X3 du dispositif de changement de vitesse 100. Comme le montre la Figure 3, le dispositif de changement de vitesse 100 tel qu’illustré comporte une série de pinions d’entrée 20 agencés pour tourner librement autour d’un arbre de sélection 200, une série de pinions de sortie 30 , solidaires en rotation d’un arbre creux 230, ledit arbre creux étant agencé pour entourer un axe de pédalier 200p de l’engin de mobilité 900, un actionneur de changement de vitesse agencé pour engager un rapport sélectionné . L’actionneur de changement de vitesse comporte des moyens mécaniques d’engagement d’un rapport, par exemple ici une navette 155 mobile en translation dans l’arbre de sélection 200 qui est creux et des moyens électriques d’engagement d’un rapport, notamment un motoréducteur pour déplacer la navette 155 entre une position P 0 correspondant au rapport neutre et des positions P 1 à P 7 correspondant aux rapport de vitesse n°1 à n°7. La Figure 3 illustre en traits pleins le chemin de couple Cwu pour le couple fourni par l’utilisateurs, en particulier sans assistance électrique. L’entrée de couple se fait par un arbre 200p du pédalier 940, le couple passe par un premier pignon de multiplication primaire 11 qui engrène un deuxième pignon de multiplication primaire 12. Le premier pignon de multiplication primaire 11 est solidaire en rotation de l’arbre 200p du pédalier et le deuxième pignon de multiplication primaire 12 est solidaire en rotation d’un arbre primaire 200. Il existe un rapport de réduction permanent entre l’arbre 200p du pédalier et l’arbre primaire 200 L’arbre primaire 200 supporte une série de pignons d’entrée 20 agencés pour engrener avec une série de pignons de sortie 30. Le nombre de pignons d’entrée 20 et de pignons de sortie 30 correspond au nombre de rapports du dispositif de changement de vitesse, ici égale à 7. Dans l’exemple les pignons d’entrée 20 sont référencés Fri de Fr1 à Fr7 et les pignons de sortie 30 Fi de F1 à F7 selon le rapport i sélectionné. Les pignons d’entrée 20 sont libres et les pignons de sortie 30 sont fixes par rapport à un arbre de sortie 230. Tous les pignons de sortie 30 sont ainsi liés au pignon de chaîne 955 par l’arbre de sortie 230. Dans le cadre de la présente demande, par les termes « libre », respectivement « fixe », on entend « libre en rotation par rapport à son axe», respectivement « fixe en rotation par rapport à son axe». Le premier pignon de multiplication primaire 11, le deuxième pignon de multiplication primaire 12, les pignons d’entrée de Fr1 à Fr7 forment ici avec les pignons de sortie de F1 à F7 les engrenages du dispositif changement de vitesse 100. Le couple traverse le pignon libre Fri qui engrène avec le pignon de sortie Fi correspondant au rapport i sélectionné. Le rapport n°1 est sélectionné dans l’exemple de la Figure 3 : le pignon libre Fr1 qui engrène avec le pignon de sortie F1. Le rapport n° 1 correspond ici à un ratio de 1, sans que cette valeur soit limitative de l’invention. Enfin, le couple est transmis à la roue 950 par la couronne 955 reliée par une chaine ou une courroie. De façon similaire, le chemin de couple Cwa de l’assistance électrique est représenté en traits pointillés. Le couple en provenance de l’utilisateur est le même que précédemment. Cependant, il est cette fois associé à celui en provenance du moteur électrique 400. Dans l’exemple illustré le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 correspondant à un rapport n°1 du dispositif de changement de vitesse 100. Le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 via une pluralité de pignons 40 d’un réducteur 400. La pluralité de pignons 40 est formée dans l’exemple décrit de cinq pignons : un premier pignon 41 co-axial au moteur électrique 400, un deuxième pignon 42 engrenant avec le premier pignon, le deuxième pignon 42 étant un pignon d’entrée du réducteur 300 , un troisième pignon 43 , pignon de sortie du réducteur 400, solidaire en rotation du deuxième pignon 42, le troisième pignon 43 engrenant avec un quatrième pignon 44, et un cinquième pignon 45 engrenant avec ledit troisième pignon 43, le cinquième pignon 45 étant solidaire en rotation du quatrième pignon. Dans la variante de l’invention illustrée , l’ensemble de transmission 700 comporte une roue libre 430 d’axe Y , ladite roue libre étant liée au moteur électrique 400. L’axe Y est ici distinct de l’axe Xm du moteur électrique. La roue libre liée au moteur électrique est ici située dans le quatrième pignon 44 d’axe X, qui est confondu avec l’axe Y. Grâce à la roue libre, lorsque l’utilisateur entraine l’engin 900 au-delà de la vitesse seuil pour laquelle le moteur électrique 400 ne fournit plus de puissance, le premier pignon de multiplication primaire 11 et le deuxième pignon de multiplication primaire 12 ne sont plus reliés au moteur électrique 400. L’utilisateur n’a pas ainsi à fournir de puissance supplémentaire pour combattre l’inertie du réducteur 300 et du moteur électrique 400. Dans une variante de l’invention, un rapport neutre ou rapport 0 du dispositif de changement de vitesse 100 peut être enclenché. Cette configuration est illustrée à la . La navette 155 est dans une position P0 correspondant au rapport neutre. Aucun pignon libre Fri n’engrène un pignon de sortie et le mouvement du pédalier 940 ne permet pas d’entrainer la roue 950. La illustre plus en détail le boîtier 600 de l’engin de mobilité 900 de la . Le boitier 600 comporte un carter 660 délimitant un premier logement 610 et plusieurs deuxièmes logements, distincts les uns des autres. Le premier logement 610 est agencé pour loger les engrenages du dispositif changement de vitesse 100. Les deuxième logements 640, 630, 615, et 680 sont agencés pour loger respectivement le moteur électrique 400, respectivement le réducteur 300, l’actionneur de changement de vitesse 150 et l’unité de pilotage 800 de l’engin de mobilité. Les deuxièmes logements sont de préférence étanches, en particulier celui agencé pour contenir l’unité de pilotage 800. Le carter 660 logeant le dispositif changement de vitesse 100 est fermé par deux flasques latéraux 667. Le boitier 600 est illustré vide et avec seulement un flasque 667sur les Figures 4 et 5a à 5d afin de rendre mieux visibles les différents premier et deuxièmes logements. Le premier logement 610 présente deux trous en regard dans les flasques latéraux 667 pour accueillir l’axe de pédalier de l’engin de mobilité 900. Ensemble de transmission (700) pour engin de mobilité (900), ledit ensemble comportant un moteur électrique (400) et un dispositif de changement de vitesse (100) présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport dit rapport n°1 et un rapport supérieur dit rapport n°k, le moteur électrique (300) étant relié à au moins un pignon de sortie (30, F i ) du dispositif de changement de vitesse (100). Ensemble selon la revendication 1, comportant un réducteur (300), le moteur électrique (300) étant relié audit pignon de sortie (30, F i ) du dispositif de changement de vitesse via le réducteur (300), Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant au moins une roue libre, notamment une roue libre (430) liée au moteur électrique (400). Ensemble selon la revendication précédente, l’axe (Y) de la roue libre étant distinct de l’axe du moteur (X m ). Ensemble selon la revendication précédente, la roue libre (430) étant située dans le quatrième pignon (44). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de changement de vitesse présentant entre 2 et 12 rapports, voire entre 5 et 9 rapports. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de changement de vitesse présentant en outre un rapport neutre qui, lorsqu’il est enclenché ne permet pas à un mouvement du pédalier (940) de propulser l’engin de mobilité (900). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, lorsque le rapport supérieur est enclenché, la vitesse de sortie du dispositif de changement de vitesse (100) est entre 3 et 6 fois supérieure, en particulier 4,5 fois supérieure à la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse (100). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le saut/ de rapport de réduction entre deux rapports consécutifs du dispositif de changement de vitesse est compris entre 10% et 50%, en particulier entre 15% et 40%, notamment entre 20% et 40%. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une unité de pilotage agencée pour piloter au moins un du moteur électrique (300) et du dispositif de changement de vitesse (100). Engin de mobilité (900) comportant un ensemble de transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes.