CA3136152A1 - Systeme d'entrainement hybride musculaire/electrique - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract
L'invention concerne un système d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile comprenant un convertisseur d'énergie musculaire (1) en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique (5) et un volant d'inertie (4), ladite génératrice (5) fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie (8) commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique (9) et l'alimentant d'un moteur électrique (7). Ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) entraîne en outre une seconde génératrice électrique (3) de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale (5) fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie (8), pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Description
SYSTEME D' ENTRAINEMENT HYBRIDE MUSCULAIRE /ELECTRIQUE
Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des systèmes d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile, pour l'entraînement ou le déplacement d'une charge ou pour la locomotion notamment pour un cycle, notamment une bicyclette électrique.
Il est usuel de prévoir des systèmes hybrides pour la mise en uvre d'énergie mécanique associés structurellement aux machines dynamo-électriques, avec un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
Ces systèmes hybrides sont utilisés pour entraîner une charge, par exemple une génératrice électrique pour produire de l'électricité domestique, ou pour déplacer une charge, par exemple un seau pour puiser de l'eau dans un puit.
Une personne adulte sans entraînement particulier est capable de fournir 100 à 200 watts facilement pendant quelques heures, et avec un entraînement moyen elle peut délivrer jusqu'à 300 watts de puissance.
Les bicyclettes à assistance électrique sont aujourd'hui très répandues. La motorisation d'une bicyclette électrique se compose d'un moteur, d'une batterie et d'un circuit de commande.
Le moteur permet au cycliste de se sentir soutenu dans son effort de pédalage.
Il existe plusieurs types de motorisations :
= Moteur roue avant situé dans le moyeu de la roue avant procurant une assistance linéaire car l'entrainement est directement sur la roue.
= Moteur roue arrière situé dans le moyeu de la roue arrière.
= Moteur pédalier agissant sur l'axe du pédalier.
Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des systèmes d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile, pour l'entraînement ou le déplacement d'une charge ou pour la locomotion notamment pour un cycle, notamment une bicyclette électrique.
Il est usuel de prévoir des systèmes hybrides pour la mise en uvre d'énergie mécanique associés structurellement aux machines dynamo-électriques, avec un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
Ces systèmes hybrides sont utilisés pour entraîner une charge, par exemple une génératrice électrique pour produire de l'électricité domestique, ou pour déplacer une charge, par exemple un seau pour puiser de l'eau dans un puit.
Une personne adulte sans entraînement particulier est capable de fournir 100 à 200 watts facilement pendant quelques heures, et avec un entraînement moyen elle peut délivrer jusqu'à 300 watts de puissance.
Les bicyclettes à assistance électrique sont aujourd'hui très répandues. La motorisation d'une bicyclette électrique se compose d'un moteur, d'une batterie et d'un circuit de commande.
Le moteur permet au cycliste de se sentir soutenu dans son effort de pédalage.
Il existe plusieurs types de motorisations :
= Moteur roue avant situé dans le moyeu de la roue avant procurant une assistance linéaire car l'entrainement est directement sur la roue.
= Moteur roue arrière situé dans le moyeu de la roue arrière.
= Moteur pédalier agissant sur l'axe du pédalier.
2 La puissance nécessaire au déplacement de la bicyclette est fonction de paramètres tels que la charge embarquée et la vitesse, et de variables d'environnement (pente de la voie de circulation, vent relatif) et peut donc varier fortement depuis des valeurs négatives en descente jusqu'à des valeurs positives importantes en montée.
Par contre, le cycliste fournit son meilleur effort en maintenant une vitesse et un couple constant. C'est la raison pour laquelle on a proposé dans l'état de la technique des chaînes cinématiques élaborées incluant un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
État de la technique On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet américain US2015329172 un vélo comprenant au moins une pédale, un volant relié fonctionnellement à la pédale et configuré pour tourner conformément à l'actionnement de la pédale, un moteur configuré pour faire tourner une roue, une batterie configurée pour alimenter le moteur et un interrupteur configuré pour connecter sélectivement la batterie au moteur.
Cet interrupteur est configuré pour se fermer lorsque le volant tourne pour fournir de l'énergie de la batterie au moteur et pour s'ouvrir lorsque le volant ne tourne pas pour s'éteindre le moteur.
La demande de brevet US2012012412 décrit un procédé
de fonctionnement d'une bicyclette ayant un agencement d'entraînement électromécanique comprenant une machine électrique d'entrée, une machine électrique de sortie et un train d'engrenages épicycloïdal d'entrée. Un premier composant est couplé pour être entraîné par des bras de manivelle du cycle, un deuxième composant est couplé à l'un du rotor et du stator de la machine électrique d'entrée, et le troisième composant est couplé pour entraîner une roue du cycle. La machine électrique de sortie est agencée pour aider au moins à entraîner la ou une
Par contre, le cycliste fournit son meilleur effort en maintenant une vitesse et un couple constant. C'est la raison pour laquelle on a proposé dans l'état de la technique des chaînes cinématiques élaborées incluant un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
État de la technique On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet américain US2015329172 un vélo comprenant au moins une pédale, un volant relié fonctionnellement à la pédale et configuré pour tourner conformément à l'actionnement de la pédale, un moteur configuré pour faire tourner une roue, une batterie configurée pour alimenter le moteur et un interrupteur configuré pour connecter sélectivement la batterie au moteur.
Cet interrupteur est configuré pour se fermer lorsque le volant tourne pour fournir de l'énergie de la batterie au moteur et pour s'ouvrir lorsque le volant ne tourne pas pour s'éteindre le moteur.
La demande de brevet US2012012412 décrit un procédé
de fonctionnement d'une bicyclette ayant un agencement d'entraînement électromécanique comprenant une machine électrique d'entrée, une machine électrique de sortie et un train d'engrenages épicycloïdal d'entrée. Un premier composant est couplé pour être entraîné par des bras de manivelle du cycle, un deuxième composant est couplé à l'un du rotor et du stator de la machine électrique d'entrée, et le troisième composant est couplé pour entraîner une roue du cycle. La machine électrique de sortie est agencée pour aider au moins à entraîner la ou une
3 autre roue du cycle lorsqu'elle est utilisée comme moteur. Le procédé prévoit les étapes de :
a) faire fonctionner la machine électrique d'entrée en tant que générateur pour alimenter au moins partiellement la machine électrique de sortie en tant que moteur;
b) déterminer la position angulaire des bras de manivelle;
c) contrôler le courant dans la machine électrique d'entrée afin de ne pas dépasser un courant maximum ni tomber en dessous d'un courant minimum pour la position angulaire déterminée des manivelles.
La demande de brevet US2015019062 décrit un vélo à
assistance électrique comprenant un dispositif générateur adapté
pour générer une puissance électrique du dispositif générateur à partir de la puissance de pédalage, agencé dans une relation d'échange d'énergie avec l'ensemble de pédalage et le moteur électrique, un dispositif de stockage d'énergie disposé dans une relation d'échange d'énergie avec ledit moteur électrique et dispositif générateur, un système de commande comprenant un module de commande de la puissance nécessaire au dispositif générateur à fournir au moteur électrique et / ou au dispositif de stockage, et un capteur de rythme cardiaque adapté pour générer un signal représentant le rythme cardiaque.
La demande internationale W02007117149 concerne un un cycle qui grimpe et progresse sans se soucier des sols glissants, boueux, humides, enneigés ou verglacés.
La demande de brevet US2017291660 décrit un groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales, en particulier pour une bicyclette. Ce groupe motopropulseur de l'art antérieur comprend deux moteurs ainsi qu'un engrenage planétaire.
Le premier moteur est raccordé à l'engrenage planétaire, ledit groupe motopropulseur comprend également un axe de pédalier raccordé pour créer une première entrée dans l'engrenage planétaire. Le deuxième moteur est mécaniquement
a) faire fonctionner la machine électrique d'entrée en tant que générateur pour alimenter au moins partiellement la machine électrique de sortie en tant que moteur;
b) déterminer la position angulaire des bras de manivelle;
c) contrôler le courant dans la machine électrique d'entrée afin de ne pas dépasser un courant maximum ni tomber en dessous d'un courant minimum pour la position angulaire déterminée des manivelles.
La demande de brevet US2015019062 décrit un vélo à
assistance électrique comprenant un dispositif générateur adapté
pour générer une puissance électrique du dispositif générateur à partir de la puissance de pédalage, agencé dans une relation d'échange d'énergie avec l'ensemble de pédalage et le moteur électrique, un dispositif de stockage d'énergie disposé dans une relation d'échange d'énergie avec ledit moteur électrique et dispositif générateur, un système de commande comprenant un module de commande de la puissance nécessaire au dispositif générateur à fournir au moteur électrique et / ou au dispositif de stockage, et un capteur de rythme cardiaque adapté pour générer un signal représentant le rythme cardiaque.
La demande internationale W02007117149 concerne un un cycle qui grimpe et progresse sans se soucier des sols glissants, boueux, humides, enneigés ou verglacés.
La demande de brevet US2017291660 décrit un groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales, en particulier pour une bicyclette. Ce groupe motopropulseur de l'art antérieur comprend deux moteurs ainsi qu'un engrenage planétaire.
Le premier moteur est raccordé à l'engrenage planétaire, ledit groupe motopropulseur comprend également un axe de pédalier raccordé pour créer une première entrée dans l'engrenage planétaire. Le deuxième moteur est mécaniquement
4 accouplé à l'axe de pédalier. Les deux moteurs sont associés à
des capteurs conçus pour mesurer la position angulaire du rotor.
Une unité de commande assure la régulation du premier moteur en fonction d'un point de destinataire de position angulaire, et du deuxième moteur en fonction d'un point de destinataire de courant ou de couple.
La demande de brevet US2012143401 décrit un système de gestion de véhicule comprend plusieurs unités de délimitation, des stations d'accueil, une unité de commande de véhicule pour chacun des véhicules et un serveur central. Les unités de délimitation sont positionnées à des emplacements prédéterminés dans une zone de gestion pour définir une limite le long d'un périmètre de la zone de gestion. Plusieurs stations d'accueil sont positionnées à des emplacements prédéterminés à
l'intérieur de la limite définie pour le stationnement et la sécurisation des véhicules.
La demande de brevet US2010228405 décrit un mécanisme de verrouillage et de maintien pour un véhicule personnel qui est composé d'un dispositif de connexion monté sur le véhicule et d'un réceptacle monté sur un élément solide. Le réceptacle est configuré pour recevoir et mettre directement en prise le dispositif de connexion du véhicule et, une fois reçu, le véhicule est verrouillé sur le réceptacle maintenu dans une position stable. Le dispositif de connexion attache facilement un véhicule à un pont et permet à un système de gestion de véhicule de chargeur, verrouiller, maintenir en place et surveiller la présence du véhicule une fois attaché au pont dans une station de charge. Une fois attaché au pont dans une station de charge, si la condition du véhicule est modifiée de façon inattendue, le véhicule est pourvu d ' un équipement de communication pour éviter le système de gestion que la condition du véhicule a changé.
des capteurs conçus pour mesurer la position angulaire du rotor.
Une unité de commande assure la régulation du premier moteur en fonction d'un point de destinataire de position angulaire, et du deuxième moteur en fonction d'un point de destinataire de courant ou de couple.
La demande de brevet US2012143401 décrit un système de gestion de véhicule comprend plusieurs unités de délimitation, des stations d'accueil, une unité de commande de véhicule pour chacun des véhicules et un serveur central. Les unités de délimitation sont positionnées à des emplacements prédéterminés dans une zone de gestion pour définir une limite le long d'un périmètre de la zone de gestion. Plusieurs stations d'accueil sont positionnées à des emplacements prédéterminés à
l'intérieur de la limite définie pour le stationnement et la sécurisation des véhicules.
La demande de brevet US2010228405 décrit un mécanisme de verrouillage et de maintien pour un véhicule personnel qui est composé d'un dispositif de connexion monté sur le véhicule et d'un réceptacle monté sur un élément solide. Le réceptacle est configuré pour recevoir et mettre directement en prise le dispositif de connexion du véhicule et, une fois reçu, le véhicule est verrouillé sur le réceptacle maintenu dans une position stable. Le dispositif de connexion attache facilement un véhicule à un pont et permet à un système de gestion de véhicule de chargeur, verrouiller, maintenir en place et surveiller la présence du véhicule une fois attaché au pont dans une station de charge. Une fois attaché au pont dans une station de charge, si la condition du véhicule est modifiée de façon inattendue, le véhicule est pourvu d ' un équipement de communication pour éviter le système de gestion que la condition du véhicule a changé.
5 Inconvénients de l'art antérieur La demande de brevet US2015329172 comporte des composants électriques et électromagnétiques seulement, à savoir un potentiomètre et un relai. Il ne prévoit ni ne permet le management intelligent de l'énergie pour optimiser l'allocation de l'effort fourni par le cycliste.
La demande de brevet US2012012412, ou la demande US2015019062, ou encore toutes les autres solutions utilisant une carte électronique, décrivent une solution comportant une unité de commande électronique (ECU) et une unité de gestion de la batterie.
Le problème de ces solutions est que si la batterie est totalement déchargée, l'unité de commande et l'unité de gestion de la batterie devient inopérante, et les contrôleurs d'entrée et de sortie ne peuvent plus commander les moteurs-générateurs. La bicyclette devient alors inutilisable tant que la batterie n'est pas rechargée, ce qui nécessite de recharger la batterie, en la branchant à un chargeur ou en la retirant de la bicyclette pour la transporter près d'un chargeur.
Ces solutions de l'art antérieur présentent l'inconvénient de nécessiter une recharge occasionnelle de la batterie par le branchement sur un chargeur. Cela nécessite de pouvoir disposer d'une source électrique de puissance et d'un chargeur, ce qui n'est pas le cas dans certaines régions non desservies par le réseau électrique. Cela nécessite aussi de pouvoir amener le dispositif, par exemple la bicyclette à
proximité immédiate du chargeur pour permettre le branchement, ou de retirer la batterie pour la transporter à proximité du chargeur pour le branchement et la recharge.
La demande de brevet US2012012412, ou la demande US2015019062, ou encore toutes les autres solutions utilisant une carte électronique, décrivent une solution comportant une unité de commande électronique (ECU) et une unité de gestion de la batterie.
Le problème de ces solutions est que si la batterie est totalement déchargée, l'unité de commande et l'unité de gestion de la batterie devient inopérante, et les contrôleurs d'entrée et de sortie ne peuvent plus commander les moteurs-générateurs. La bicyclette devient alors inutilisable tant que la batterie n'est pas rechargée, ce qui nécessite de recharger la batterie, en la branchant à un chargeur ou en la retirant de la bicyclette pour la transporter près d'un chargeur.
Ces solutions de l'art antérieur présentent l'inconvénient de nécessiter une recharge occasionnelle de la batterie par le branchement sur un chargeur. Cela nécessite de pouvoir disposer d'une source électrique de puissance et d'un chargeur, ce qui n'est pas le cas dans certaines régions non desservies par le réseau électrique. Cela nécessite aussi de pouvoir amener le dispositif, par exemple la bicyclette à
proximité immédiate du chargeur pour permettre le branchement, ou de retirer la batterie pour la transporter à proximité du chargeur pour le branchement et la recharge.
6 Solution apportée par l'invention Afin de remédier à cet inconvénient, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Avantageusement, le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire et ledit volant d'inertie comprend un embrayage pilotable.
Selon une variante, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur.
Selon une variante, il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle.
L'invention concerne aussi un engin de locomotion individuel motorisé comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de
Avantageusement, le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire et ledit volant d'inertie comprend un embrayage pilotable.
Selon une variante, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur.
Selon une variante, il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle.
L'invention concerne aussi un engin de locomotion individuel motorisé comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de
7 management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
L'invention concerne également un cycle, notamment une bicyclette motorisée comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Avantageusement, ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques.
L'invention concerne encore un système comprenant une flotte de tels cycles ou bicyclettes motorisées (ou autres engins) caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles ou bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles ou bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible.
L'invention concerne également un cycle, notamment une bicyclette motorisée comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Avantageusement, ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques.
L'invention concerne encore un système comprenant une flotte de tels cycles ou bicyclettes motorisées (ou autres engins) caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles ou bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles ou bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible.
8 PCT/EP2020/060262 L'invention concerne aussi un procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion individuels caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
= La figure 1 représente une vue schématique de la chaine cinématique.
= La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur.
= La figure 3 représente une variante de réalisation avec un levier.
= La figure 4 représente une autre variante de réalisation.
= La figure 5 représente une autre variante de réalisation.
Principe général de l'invention Un pédalier ou une manivelle est actionné par un être humain pour entrainer un système multiplicateur, qui va démultiplier la vitesse de rotation.
Le système multiplicateur va lui, entrainer via une roue libre :
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
= La figure 1 représente une vue schématique de la chaine cinématique.
= La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur.
= La figure 3 représente une variante de réalisation avec un levier.
= La figure 4 représente une autre variante de réalisation.
= La figure 5 représente une autre variante de réalisation.
Principe général de l'invention Un pédalier ou une manivelle est actionné par un être humain pour entrainer un système multiplicateur, qui va démultiplier la vitesse de rotation.
Le système multiplicateur va lui, entrainer via une roue libre :
9 = un générateur à aimants permanents de petite capacité, avec une faible résistance à la friction. (Le générateur à aimants permanents est toujours en liaison (via le système multiplicateur) avec l'entrainement humain. Le générateur à aimants permanents est indépendant du volant d'inertie).
= un volant d'inertie (asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier en phase démarrage/début de rotation). Le volant d'inertie entraine via un embrayage, un générateur à électro-aimants.
En amont un gestionnaire d'alimentation pilote en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
= la gestion de l'effort humain = la gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à puissance normale du moteur électrique connecté.
L'excédent d'énergie produite étant stocké pour une utilisation future.
Description de la chaîne cinématique La figure 1 représente une vue schématique de la chaîne cinématique selon l'invention. L'effort humain est appliqué par l'intermédiaire d'un pédalier (1) entraînant par l'intermédiaire d'un train d'engrenage multiplicateur (2) une génératrice à aimants permanents (3) ainsi qu'un volant d'inertie (4) accouplés. Une deuxième génératrice (5) à électro-aimant (6) est entraînée par l'intermédiaire d'un embrayage (7).
Le générateur à aimants permanents (3) est toujours en liaison via le système multiplicateur (2) avec le pédalier (1). Le générateur à aimants permanents est indépendant du volant d'inertie (4) grâce à l'embrayage (7).
Le volant d'inertie (4) peut être asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier (1) en phase
= un volant d'inertie (asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier en phase démarrage/début de rotation). Le volant d'inertie entraine via un embrayage, un générateur à électro-aimants.
En amont un gestionnaire d'alimentation pilote en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
= la gestion de l'effort humain = la gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à puissance normale du moteur électrique connecté.
L'excédent d'énergie produite étant stocké pour une utilisation future.
Description de la chaîne cinématique La figure 1 représente une vue schématique de la chaîne cinématique selon l'invention. L'effort humain est appliqué par l'intermédiaire d'un pédalier (1) entraînant par l'intermédiaire d'un train d'engrenage multiplicateur (2) une génératrice à aimants permanents (3) ainsi qu'un volant d'inertie (4) accouplés. Une deuxième génératrice (5) à électro-aimant (6) est entraînée par l'intermédiaire d'un embrayage (7).
Le générateur à aimants permanents (3) est toujours en liaison via le système multiplicateur (2) avec le pédalier (1). Le générateur à aimants permanents est indépendant du volant d'inertie (4) grâce à l'embrayage (7).
Le volant d'inertie (4) peut être asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier (1) en phase
10 démarrage/début de rotation. Il peut être constitué d'un système à masselotte s'écartant sous l'effet de la force centrifuge pour présenter une inertie croissante en fonction de la vitesse et adapter automatiquement l'effort fourni par la personne qui pédale.
L'électricité produite par les génératrices (3, 5) alimente un moteur (7)= Un module de gestion de l'alimentation (8) gère l'électricité produite et consommée et dispose d'un moyen de stockage d'électricité (9) par exemple des batteries ou des supercondensateurs. Le gestionnaire d'alimentation (8) est constitué par une carte électronique comportant des composants actifs, notamment un calculateur, alimentée par une ligne d'alimentation par une tension de service, par exemple 5V continu. Cette carte électronique ou unité de commande électronique (en anglais Electronic Control Unit : ECU) comporte un calculateur embarqué qui assure le traitement des signaux pour fournir les signaux de pilotage électrique des machines électriques.
Le gestionnaire d'alimentation (8) pilote le fonctionnement en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
@la gestion de l'effort humain @La gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à puissance normale du moteur électrique connecté (7).
La génératrice à aimants permanents (3) aussi appelée alternateur est constituée par une machine électrique effectuant la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, avec balais et collecteur tournant ou de préférence par une machine à courant alternatif synchrone polyphasée dans laquelle les champs magnétiques stator et rotor tournent à la même vitesse.
Dans le cas d'une génératrice à aimants permanents à courant continu, l'inducteur est situé au stator avec un assemblage d'aimants permanents.
L'électricité produite par les génératrices (3, 5) alimente un moteur (7)= Un module de gestion de l'alimentation (8) gère l'électricité produite et consommée et dispose d'un moyen de stockage d'électricité (9) par exemple des batteries ou des supercondensateurs. Le gestionnaire d'alimentation (8) est constitué par une carte électronique comportant des composants actifs, notamment un calculateur, alimentée par une ligne d'alimentation par une tension de service, par exemple 5V continu. Cette carte électronique ou unité de commande électronique (en anglais Electronic Control Unit : ECU) comporte un calculateur embarqué qui assure le traitement des signaux pour fournir les signaux de pilotage électrique des machines électriques.
Le gestionnaire d'alimentation (8) pilote le fonctionnement en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
@la gestion de l'effort humain @La gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à puissance normale du moteur électrique connecté (7).
La génératrice à aimants permanents (3) aussi appelée alternateur est constituée par une machine électrique effectuant la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, avec balais et collecteur tournant ou de préférence par une machine à courant alternatif synchrone polyphasée dans laquelle les champs magnétiques stator et rotor tournent à la même vitesse.
Dans le cas d'une génératrice à aimants permanents à courant continu, l'inducteur est situé au stator avec un assemblage d'aimants permanents.
11 Dans le cas d'une génératrice à aimants à courant alternatif, l'inducteur est situé au rotor avec un assemblage d'aimants permanents.
Une génératrice à aimants permanents à courant alternatif présente un couple massique et volumique et une puissance massique et volumique supérieurs à ceux d'une génératrice à courant continu.
A titre d'exemple, la génératrice à aimants permanents (3) fournit une puissance de 10 watts sous 12 volts.
La roue à inertie (4) est un disque en rotation, récupérant puis fournissant de l'énergie, cette énergie étant stockée sous la forme d'énergie cinétique de rotation (masse en rotation). Elle est généralement réalisée par une roue creuse, la masse étant principalement répartie dans une bande annulaire périphérique.
Le générateur à électro-aimants (5) à induction à
rotor bobiné est constitué par une machine asynchrone à double alimentation (acronyme MADA).
Les enroulements du stator sont connectés à un moteur (7) triphasé par l'intermédiaire du gestionnaire d'alimentation alors que les enroulements du rotor sont reliés à des convertisseurs de puissance bidirectionnels en courant : la puissance traversant ces convertisseurs peut alors être absorbée ou produite par la machine, selon le mode de fonctionnement.
Les machines asynchrones fonctionnent de préférence à vitesse fixe, la vitesse du rotor étant presque constante.
Optionnellement, le système comporte également une source d'énergie renouvelable (11), par exemple une turbine ou un panneau photovoltaïque.
L'ensemble est scellé dans le cadre d'un engin, par exemple une bicyclette, sans accès à la batterie pour son retrait par l'utilisateur et sans prise de recharge extérieure. La batterie n'est pas, contrairement à la batterie des bicyclettes électriques, une batterie escamotable pour une recharge sur un
Une génératrice à aimants permanents à courant alternatif présente un couple massique et volumique et une puissance massique et volumique supérieurs à ceux d'une génératrice à courant continu.
A titre d'exemple, la génératrice à aimants permanents (3) fournit une puissance de 10 watts sous 12 volts.
La roue à inertie (4) est un disque en rotation, récupérant puis fournissant de l'énergie, cette énergie étant stockée sous la forme d'énergie cinétique de rotation (masse en rotation). Elle est généralement réalisée par une roue creuse, la masse étant principalement répartie dans une bande annulaire périphérique.
Le générateur à électro-aimants (5) à induction à
rotor bobiné est constitué par une machine asynchrone à double alimentation (acronyme MADA).
Les enroulements du stator sont connectés à un moteur (7) triphasé par l'intermédiaire du gestionnaire d'alimentation alors que les enroulements du rotor sont reliés à des convertisseurs de puissance bidirectionnels en courant : la puissance traversant ces convertisseurs peut alors être absorbée ou produite par la machine, selon le mode de fonctionnement.
Les machines asynchrones fonctionnent de préférence à vitesse fixe, la vitesse du rotor étant presque constante.
Optionnellement, le système comporte également une source d'énergie renouvelable (11), par exemple une turbine ou un panneau photovoltaïque.
L'ensemble est scellé dans le cadre d'un engin, par exemple une bicyclette, sans accès à la batterie pour son retrait par l'utilisateur et sans prise de recharge extérieure. La batterie n'est pas, contrairement à la batterie des bicyclettes électriques, une batterie escamotable pour une recharge sur un
12 chargeur, mais une batterie tampon, intégrée au module de gestion d'énergie.
Gestionnaire d'alimentation Le gestionnaire d'alimentation reçoit des données locales provenant de capteurs de rotation locaux (10, 40, 70, 71) fournissant des informations sur la puissance produite et la puissance consommée, ainsi que d'une unité de calcul (30) munie d'un module de communication à distance (31) avec un téléphone intelligent (35), par exemple par une liaison avec un protocole Bluetooth low energy.
Le téléphone intelligent (35) dispose nativement des fonctions de géolocalisation, et de traitement et d'exécution d'applications logicielles permettant de communiquer avec des ressources distantes, par exemple un serveur informatique transmettant en fonction de la localisation instantanée des informations additionnelles telles que les prévisions géographiques permettant d'anticiper des montées ou des descentes à venir, et compléter ainsi les informations provenant des capteurs locaux. Selon le trajet emprunté et grâce aux informations transmises par le système de navigation sur téléphone intelligent (35), le module de gestion d'énergie (30) peut notamment anticiper les déclivités (montées, descentes à
courte ou moyenne distance) dans le calcul d'optimisation de l'énergie.
Le module de gestion d'énergie (30) reçoit également selon une variante des données telles que l'agenda ou la qualification des points de départ et de destination, pour commander le niveau d'effort humain, en fonction du niveau acceptable de sudation ; il peut proposer une assistance supérieure au quotidien par rapport aux déplacements de loisir, par exemple en week-end (où la sudation pose moins de problème).
Gestionnaire d'alimentation Le gestionnaire d'alimentation reçoit des données locales provenant de capteurs de rotation locaux (10, 40, 70, 71) fournissant des informations sur la puissance produite et la puissance consommée, ainsi que d'une unité de calcul (30) munie d'un module de communication à distance (31) avec un téléphone intelligent (35), par exemple par une liaison avec un protocole Bluetooth low energy.
Le téléphone intelligent (35) dispose nativement des fonctions de géolocalisation, et de traitement et d'exécution d'applications logicielles permettant de communiquer avec des ressources distantes, par exemple un serveur informatique transmettant en fonction de la localisation instantanée des informations additionnelles telles que les prévisions géographiques permettant d'anticiper des montées ou des descentes à venir, et compléter ainsi les informations provenant des capteurs locaux. Selon le trajet emprunté et grâce aux informations transmises par le système de navigation sur téléphone intelligent (35), le module de gestion d'énergie (30) peut notamment anticiper les déclivités (montées, descentes à
courte ou moyenne distance) dans le calcul d'optimisation de l'énergie.
Le module de gestion d'énergie (30) reçoit également selon une variante des données telles que l'agenda ou la qualification des points de départ et de destination, pour commander le niveau d'effort humain, en fonction du niveau acceptable de sudation ; il peut proposer une assistance supérieure au quotidien par rapport aux déplacements de loisir, par exemple en week-end (où la sudation pose moins de problème).
13 L'unité de calcul (30) peut aussi recevoir des données venant de capteurs physiologiques porté par l'utilisateur, par exemple un capteur de rythme cardiaque.
L'unité de calcul (30) peut aussi comporter un avertisseur de recharge : en rentrant de vacances ou en fin de week-end et selon le déplacement du lendemain, le système indique alors le nombre de minutes qu'il est nécessaire de pédaler pour recharger le combo batteries ¨ supercondensateur afin de pouvoir démarrer le lendemain en de bonnes conditions.
Fonctionnement Dès le premier tour de pédale et à faible vitesse de rotation, l'étage générateur à aimants permanents (3) produit de l'électricité. Le ratio production électrique/résistance à la rotation mécanique est calculé de façon à générer une résistance à la rotation la plus faible possible, tout en assurant une production électrique dite minimale (alimentation d'un moteur électrique en mode faible consommation et/ou recharge de batterie/hyper condensateurs).
Si la vitesse de pédalage croît, de fait la vitesse de rotation du volant d'inertie croît elle aussi, les masselottes (volant d'inertie) s'écartent augmentant progressivement l'inertie du volant.
Le volant d'inertie emmagasine l'énergie.
Passé une vitesse de rotation prédéterminée (en sortie volant d'inertie) un générateur à électro-aimants est embrayé mécaniquement progressivement.
Une fois le générateur à électro-aimants embrayé et après contrôle de la vitesse de rotation du volant d'inertie (capteur), les électro-aimants du générateur électrique sont excités via une alimentation externe (batterie/condensateur) qui est pilotée par un gestionnaire d'alimentation.
Le gestionnaire d'alimentation va (à minima) prendre en compte :
L'unité de calcul (30) peut aussi comporter un avertisseur de recharge : en rentrant de vacances ou en fin de week-end et selon le déplacement du lendemain, le système indique alors le nombre de minutes qu'il est nécessaire de pédaler pour recharger le combo batteries ¨ supercondensateur afin de pouvoir démarrer le lendemain en de bonnes conditions.
Fonctionnement Dès le premier tour de pédale et à faible vitesse de rotation, l'étage générateur à aimants permanents (3) produit de l'électricité. Le ratio production électrique/résistance à la rotation mécanique est calculé de façon à générer une résistance à la rotation la plus faible possible, tout en assurant une production électrique dite minimale (alimentation d'un moteur électrique en mode faible consommation et/ou recharge de batterie/hyper condensateurs).
Si la vitesse de pédalage croît, de fait la vitesse de rotation du volant d'inertie croît elle aussi, les masselottes (volant d'inertie) s'écartent augmentant progressivement l'inertie du volant.
Le volant d'inertie emmagasine l'énergie.
Passé une vitesse de rotation prédéterminée (en sortie volant d'inertie) un générateur à électro-aimants est embrayé mécaniquement progressivement.
Une fois le générateur à électro-aimants embrayé et après contrôle de la vitesse de rotation du volant d'inertie (capteur), les électro-aimants du générateur électrique sont excités via une alimentation externe (batterie/condensateur) qui est pilotée par un gestionnaire d'alimentation.
Le gestionnaire d'alimentation va (à minima) prendre en compte :
14 = la gestion de l'effort humain (couple exercé sur manivelles pédalier, surveillance de la vitesse de rotation pédalier) = la gestion de l'énergie produite (en fonction de l'énergie nécessaire au fonctionnement à puissance normale du moteur électrique connecté (énergie absorbée, état batterie/condensateur, prise en compte du couple nécessaire :
charge, résistance à l'avancement, etc..).
Les données locales sont, selon une variante, transmises par le calculateur (30) au téléphone intelligent (35). Ce dernier exécute une application qui commande l'émission à intervalles répétés d'une séquence de données comportant une géolocalisation, une datation et les données d'efforts. Ces données sont agrégées sur le serveur pour mutualiser les données provenant d'une flotte d'équipements, et pour transmettre à un utilisateur les données prévisionnelles d'efforts améliorant le fonctionnement du gestionnaire d'alimentation (8).
Gestion de l'effort humain La résistance à la rotation mécanique du générateur à électro-aimants est proportionnelle au frein généré par le champ magnétique (consommation électrique, état batterie/condensateur, etc...).
Si le frein magnétique est très important, l'effort de pédalage peut devenir physiquement trop important pour l'utilisateur avec pour conséquence un ralentissement de la vitesse de rotation du pédalier. Ce ralentissement va dans un premier temps consommer l'énergie emmagasinée dans le volant d'inertie, la vitesse de rotation du volant d'inertie va diminuer, ce qui va entrainer en cascade, la diminution de la vitesse de rotation du générateur à électro-aimants.
Si le frein magnétique est important et si la vitesse de rotation du volant d'inertie descend trop bas, relancer la rotation du pédalier va demander un effort physique important.
charge, résistance à l'avancement, etc..).
Les données locales sont, selon une variante, transmises par le calculateur (30) au téléphone intelligent (35). Ce dernier exécute une application qui commande l'émission à intervalles répétés d'une séquence de données comportant une géolocalisation, une datation et les données d'efforts. Ces données sont agrégées sur le serveur pour mutualiser les données provenant d'une flotte d'équipements, et pour transmettre à un utilisateur les données prévisionnelles d'efforts améliorant le fonctionnement du gestionnaire d'alimentation (8).
Gestion de l'effort humain La résistance à la rotation mécanique du générateur à électro-aimants est proportionnelle au frein généré par le champ magnétique (consommation électrique, état batterie/condensateur, etc...).
Si le frein magnétique est très important, l'effort de pédalage peut devenir physiquement trop important pour l'utilisateur avec pour conséquence un ralentissement de la vitesse de rotation du pédalier. Ce ralentissement va dans un premier temps consommer l'énergie emmagasinée dans le volant d'inertie, la vitesse de rotation du volant d'inertie va diminuer, ce qui va entrainer en cascade, la diminution de la vitesse de rotation du générateur à électro-aimants.
Si le frein magnétique est important et si la vitesse de rotation du volant d'inertie descend trop bas, relancer la rotation du pédalier va demander un effort physique important.
15 Pour éviter cela, un capteur de couple sur le pédalier (1) et 2 capteurs de vitesse de rotation (10, 40) envoient en permanence les informations collectées au gestionnaire d'alimentation.
Si le couple appliqué sur les manivelles du pédalier est trop important (valeur prédéterminée) ou si la vitesse de rotation du pédalier est en dessous d'un seuil prédéterminé, plusieurs cas possibles :
Premier cas Le gestionnaire d'alimentation décide de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (celui-ci est toujours entrainé par le volant d'inertie). L'effort de pédalage plus faible permet de relancer le pédalage, la vitesse de rotation du volant d'inertie augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités.
Deuxième cas Le gestionnaire d'alimentation a décidé de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (toujours entrainé par le volant d'inertie). Malgré cela, la vitesse de rotation diminue et/ou se stabilise en deçà du palier prédéterminé : le générateur à électro-aimants est débrayé, ce qui va diminuer encore l'effort à exercer sur le pédalier, deux possibilités :
1) Si la vitesse de rotation du pédalier (et donc du volant d'inertie) augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, le générateur à électro-aimants est embrayé progressivement. Si les informations de vitesse de rotation envoyées au gestionnaire d'alimentation sont correctes, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités.
Si le couple appliqué sur les manivelles du pédalier est trop important (valeur prédéterminée) ou si la vitesse de rotation du pédalier est en dessous d'un seuil prédéterminé, plusieurs cas possibles :
Premier cas Le gestionnaire d'alimentation décide de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (celui-ci est toujours entrainé par le volant d'inertie). L'effort de pédalage plus faible permet de relancer le pédalage, la vitesse de rotation du volant d'inertie augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités.
Deuxième cas Le gestionnaire d'alimentation a décidé de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (toujours entrainé par le volant d'inertie). Malgré cela, la vitesse de rotation diminue et/ou se stabilise en deçà du palier prédéterminé : le générateur à électro-aimants est débrayé, ce qui va diminuer encore l'effort à exercer sur le pédalier, deux possibilités :
1) Si la vitesse de rotation du pédalier (et donc du volant d'inertie) augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, le générateur à électro-aimants est embrayé progressivement. Si les informations de vitesse de rotation envoyées au gestionnaire d'alimentation sont correctes, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités.
16 2) Si la vitesse de rotation du pédalier (et donc du volant d'inertie) continue de diminuer, seul le générateur à
aimants permanents continue à être activé. Après une période de temporisation à déterminer, le gestionnaire d'alimentation peut décider de basculer tous les composants consommateurs d'énergie en mode veille ou éco (exemple : le moteur électrique servant à
la propulsion passe en mode éco, vitesse de rotation et consommation minimum).
Troisième cas Si la rotation du pédalier est stoppée, progressivement la vitesse de rotation du volant d'inertie va revenir à zéro, et les masselottes du volant d'inertie vont revenir à leurs places initiales tel qu'avant démarrage du pédalage.
Gestion de flotte Selon une variante de gestion d'une flotte de bicyclettes (ou autres engins) selon l'invention, le système comporte des points de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente. Les bicyclettes (ou autres engins) sont tous connectés entre eux et à un système de panneaux solaires. Le système de gestion permet d'utiliser l'énergie des bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible.
Alternatives La figure 2 représente une alternative permettant de rendre un système d'entraînement hybride musculaire / électrique équipé d'un super condensateur/batterie cent pourcent autonome en toute circonstance.
aimants permanents continue à être activé. Après une période de temporisation à déterminer, le gestionnaire d'alimentation peut décider de basculer tous les composants consommateurs d'énergie en mode veille ou éco (exemple : le moteur électrique servant à
la propulsion passe en mode éco, vitesse de rotation et consommation minimum).
Troisième cas Si la rotation du pédalier est stoppée, progressivement la vitesse de rotation du volant d'inertie va revenir à zéro, et les masselottes du volant d'inertie vont revenir à leurs places initiales tel qu'avant démarrage du pédalage.
Gestion de flotte Selon une variante de gestion d'une flotte de bicyclettes (ou autres engins) selon l'invention, le système comporte des points de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente. Les bicyclettes (ou autres engins) sont tous connectés entre eux et à un système de panneaux solaires. Le système de gestion permet d'utiliser l'énergie des bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible.
Alternatives La figure 2 représente une alternative permettant de rendre un système d'entraînement hybride musculaire / électrique équipé d'un super condensateur/batterie cent pourcent autonome en toute circonstance.
17 A cet effet, le système comprend un deuxième convertisseur d'énergie musculaire (100), additionnel. Ce convertisseur d'énergie musculaire peut être la résultante :
= d'une rotation (ex : un pédalier, une poulie) = et/ou d'une oscillation (ex : levier, rame) = et/ou d'une translation rectiligne (ex : siège mobile d'un rameur/aviron). Il est accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/ électrique.
Il prévoit l'utilisation d'un lanceur manuel (100) (type poulie + corde) ou type levier ou à pied (type pédale de démarrage) ou encore par déplacement rectiligne accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
Variante Lanceur type poulie + corde La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur (100) comprenant :
= une poulie (101) sur laquelle s'enroule une corde (102). Au bout de la corde est fixée une poignée (103) qui permet de tirer confortablement sur la corde pour le lancement.
= deux ressorts escargots (104, 105) : l'un assure le rembobinage et l'autre l'assistance à la rotation = Un train relais de pignonnerie = Un embrayage à cliquets (106), ayant deux fonctions : désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) et embrayer la poulie.
Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le lanceur, on tire une cordelette (101) ce qui va entrainer la rotation de la poulie et comprimer
= d'une rotation (ex : un pédalier, une poulie) = et/ou d'une oscillation (ex : levier, rame) = et/ou d'une translation rectiligne (ex : siège mobile d'un rameur/aviron). Il est accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/ électrique.
Il prévoit l'utilisation d'un lanceur manuel (100) (type poulie + corde) ou type levier ou à pied (type pédale de démarrage) ou encore par déplacement rectiligne accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
Variante Lanceur type poulie + corde La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur (100) comprenant :
= une poulie (101) sur laquelle s'enroule une corde (102). Au bout de la corde est fixée une poignée (103) qui permet de tirer confortablement sur la corde pour le lancement.
= deux ressorts escargots (104, 105) : l'un assure le rembobinage et l'autre l'assistance à la rotation = Un train relais de pignonnerie = Un embrayage à cliquets (106), ayant deux fonctions : désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) et embrayer la poulie.
Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le lanceur, on tire une cordelette (101) ce qui va entrainer la rotation de la poulie et comprimer
18 (tendre) les deux ressorts (104, 105), une fois la cordelette (101) entièrement déroulée, la poignée (102) du lanceur est ramenée à sa position initiale (aidé en cela, par le ressort (104) qui assure la fonction de rembobinage). Le ressort d'assistance (105) à la rotation est libéré ce qui va entrainer la rotation du générateur à assistance hybride. On répète l'opération autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/ électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante Lanceur type levier La figure 3 représente une variante de réalisation avec un lanceur à levier comprenant :
= un levier (200) avec une poignée (201) = un secteur cranté en liaison avec un train relais de pignonnerie
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/ électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante Lanceur type levier La figure 3 représente une variante de réalisation avec un lanceur à levier comprenant :
= un levier (200) avec une poignée (201) = un secteur cranté en liaison avec un train relais de pignonnerie
19 = un embrayage à cliquets (202), ayant la fonction de désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) = un deuxième embrayage à cliquets (203) couplé à
un pignon inverseur, assurant l'embrayage du levier dans les 2 sens d'oscillation.
Le levier (200) oscille sur son axe (sur une amplitude de 120 a minima). Cette oscillation est transformée en rotation via un secteur cranté + train relais de pignonnerie.
Un système d'embrayage à cliquets (+ pignon) permet de faire en sorte que, quel que soit le sens de l'oscillation (vers l'avant ou vers l'arrière), l'oscillation du levier est transformée en rotation.
Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En faisant osciller le levier d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin de course soit a minima une amplitude d'environ 120 ). Chaque oscillation du levier va via un secteur cranté et un train relais de pignonnerie entrainer la rotation du système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo
un pignon inverseur, assurant l'embrayage du levier dans les 2 sens d'oscillation.
Le levier (200) oscille sur son axe (sur une amplitude de 120 a minima). Cette oscillation est transformée en rotation via un secteur cranté + train relais de pignonnerie.
Un système d'embrayage à cliquets (+ pignon) permet de faire en sorte que, quel que soit le sens de l'oscillation (vers l'avant ou vers l'arrière), l'oscillation du levier est transformée en rotation.
Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En faisant osciller le levier d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin de course soit a minima une amplitude d'environ 120 ). Chaque oscillation du levier va via un secteur cranté et un train relais de pignonnerie entrainer la rotation du système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo
20 sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante Lanceur type pédale de démarrage La figure 4 représente une variante de réalisation avec un lanceur utilisant :
= le pédalier (1) du système d'entrainement hybride musculaire/électrique = un sélecteur/bouton-poussoir (300) qui permet d'accoupler le lanceur au pédalier et de sélectionner la pédale droite ou gauche qui sera utilisée = deux ressorts escargots (301, 302): l'un assure le rappel de la pédale sélectionnée, l'autre ressort assure l'assistance à la rotation = un train de pignons pour obtenir un ratio d'environ 1/10 en sortie du lanceur = un couplage mécanique (Par bouton-poussoir/manette) à l'axe du générateur à assistance hybride = des cliquets assurant l'embrayage.
Une des 2 pédales est utilisée, la droite ou la gauche en fonction des préférences ou du pied d'appel de l'utilisateur.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante Lanceur type pédale de démarrage La figure 4 représente une variante de réalisation avec un lanceur utilisant :
= le pédalier (1) du système d'entrainement hybride musculaire/électrique = un sélecteur/bouton-poussoir (300) qui permet d'accoupler le lanceur au pédalier et de sélectionner la pédale droite ou gauche qui sera utilisée = deux ressorts escargots (301, 302): l'un assure le rappel de la pédale sélectionnée, l'autre ressort assure l'assistance à la rotation = un train de pignons pour obtenir un ratio d'environ 1/10 en sortie du lanceur = un couplage mécanique (Par bouton-poussoir/manette) à l'axe du générateur à assistance hybride = des cliquets assurant l'embrayage.
Une des 2 pédales est utilisée, la droite ou la gauche en fonction des préférences ou du pied d'appel de l'utilisateur.
21 Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le bouton-poussoir, le lanceur est accouplé au pédalier, une des deux pédales est sélectionnée. La pédale sélectionnée est ramenée dans sa position la plus haute par le ressort de rappel. En appuyant sur la pédale et en lui faisant faire une rotation de 180 vers le bas, l'axe de sortie du train de pignon fait environ 5 tours, l'opération est répétée une deuxième fois, pour tendre le ressort d'assistance à son maximum. Une fois ce ressort tendu, le ressort est automatiquement libéré et via l'embrayage à cliquets, entraine le système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
En relâchant la pression sur la pédale, celle-ci est remontée vers le haut (par le ressort de rappel) dans sa position initiale. En appuyant à nouveau sur la pédale, le cycle est répété, il est répété autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/
électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le bouton-poussoir, le lanceur est accouplé au pédalier, une des deux pédales est sélectionnée. La pédale sélectionnée est ramenée dans sa position la plus haute par le ressort de rappel. En appuyant sur la pédale et en lui faisant faire une rotation de 180 vers le bas, l'axe de sortie du train de pignon fait environ 5 tours, l'opération est répétée une deuxième fois, pour tendre le ressort d'assistance à son maximum. Une fois ce ressort tendu, le ressort est automatiquement libéré et via l'embrayage à cliquets, entraine le système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
En relâchant la pression sur la pédale, celle-ci est remontée vers le haut (par le ressort de rappel) dans sa position initiale. En appuyant à nouveau sur la pédale, le cycle est répété, il est répété autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/
électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de
22 pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante Lanceur par déplacement rectiligne Principe : La translation rectiligne d'un objet est transformée en énergie, exemple d'application pour une poignée (401, 402) coulissant le long d'un rail (400) :
= une poignée coulissante (401, 402) le long d'un rail (400), cette poignée entrainant une crémaillère (parallèle au rail) = une liaison crémaillère système d'entrainement hybride musculaire/électrique par train relais (405) de pignonnerie = un embrayage à cliquets (404) couplé à un pignon inverseur, assurant l'embrayage dans les deux sens de translation = un couplage mécanique (Par bouton-poussoir/manette) à l'axe du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique générateur à assistance hybride = des cliquets assurant l'embrayage = un deuxième embrayage à cliquets, ayant la fonction de désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) = un ressort de rappel (403) Fonctionnement dans l'exemple du vélo :
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant et faisant coulisser la poignée d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin
Variante Lanceur par déplacement rectiligne Principe : La translation rectiligne d'un objet est transformée en énergie, exemple d'application pour une poignée (401, 402) coulissant le long d'un rail (400) :
= une poignée coulissante (401, 402) le long d'un rail (400), cette poignée entrainant une crémaillère (parallèle au rail) = une liaison crémaillère système d'entrainement hybride musculaire/électrique par train relais (405) de pignonnerie = un embrayage à cliquets (404) couplé à un pignon inverseur, assurant l'embrayage dans les deux sens de translation = un couplage mécanique (Par bouton-poussoir/manette) à l'axe du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique générateur à assistance hybride = des cliquets assurant l'embrayage = un deuxième embrayage à cliquets, ayant la fonction de désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) = un ressort de rappel (403) Fonctionnement dans l'exemple du vélo :
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant et faisant coulisser la poignée d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin
23 de course), chaque translation de la poignée va via la crémaillère et un train relais de pignonnerie entrainer la rotation du système d'entrainement hybride musculaire/électrique. Une fois arrivée en fin de course, la poignée est ramenée à sa position initiale, en relâchant la pression sur elle.
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique). L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique). L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie.
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager.
Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Claims
Revendications 1 Système d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile comprenant un convertisseur d'énergie musculaire (1) en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique (5) et un volant d'inertie (4), ladite génératrice (5) fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie (8) comportant une unité de commande électronique (ECU) commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique (9) et l'alimentant d'un moteur électrique (7), caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) entraîne en outre une seconde génératrice électrique (3) de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale (5) fournissant un courant électrique d'alimentation dudit circuit de management de l'énergie (8), pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
2 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) et ledit volant d'inertie (4) comprend un embrayage pilotable (40).
3 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs (10, 40, 70, 71) mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique.
4 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique (30) d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur.
- Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle (11).
5 6 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) est la résultante d'une rotation et/ou d'une oscillation et/ou d'une translation rectiligne.
7 ¨ Engin de locomotion individuel motorisé
comprenant un système d'entraînement conforme à la revendication 1.
8 ¨ Cycle, notamment bicyclette motorisée comprenant un système d'entraînement conforme à la revendication 1.
9 ¨ Engin de locomotion individuel motorisé, notamment cycle, ou bicyclette motorisés selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques.
10 ¨ Système comprenant une flotte de cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 notamment bicyclettes motorisées caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 dont le niveau de charge est très faible.
11 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion individuels conformes à la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
12 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion de cycles, notamment de bicyclettes selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion ou desdits cycles et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
2 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) et ledit volant d'inertie (4) comprend un embrayage pilotable (40).
3 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs (10, 40, 70, 71) mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique.
4 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique (30) d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur.
- Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle (11).
5 6 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) est la résultante d'une rotation et/ou d'une oscillation et/ou d'une translation rectiligne.
7 ¨ Engin de locomotion individuel motorisé
comprenant un système d'entraînement conforme à la revendication 1.
8 ¨ Cycle, notamment bicyclette motorisée comprenant un système d'entraînement conforme à la revendication 1.
9 ¨ Engin de locomotion individuel motorisé, notamment cycle, ou bicyclette motorisés selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques.
10 ¨ Système comprenant une flotte de cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 notamment bicyclettes motorisées caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 dont le niveau de charge est très faible.
11 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion individuels conformes à la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
12 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion de cycles, notamment de bicyclettes selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion ou desdits cycles et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
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| US20100228405A1 (en) * | 2007-06-13 | 2010-09-09 | Intrago Corporation | Shared vehicle management system |
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|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20231011 |
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| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20231011 |