FR3140612A1 - Pédalier generateur a couple résistif variable et véhicule hybride série associé - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un pédalier générateur à couple résistif variable comportant :- un axe de pédalier (41) ;- un moteur électrique fonctionnant en générateur de sorte à appliquer un couple résistif sur l’axe de pédalier ; et- des moyens de transmission mécanique entre l’axe de pédalier et un axe du moteur électrique ; le moteur électrique présentant :- une longueur (L1) comprise entre 25 et 45 mm ;- un rayon externe (R1) compris entre 35 et 45 mm ;- un rayon interne (R2) compris entre 17.5 et 23.5 mm ;- un pourcentage de largeur d’encoche compris entre 50 et 75.6 % ; et- une épaisseur d’aimant comprise entre 2 et 5 mm ; les moyens de transmission mécanique correspondant à un train d’engrenages parallèles avec un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55. Figure pour abrégé : Figure 3.
Description
La présente invention se rapporte à un pédalier générateur, c’est-à-dire un pédalier dont l’axe de rotation des pédales, appelé axe de pédalier, est relié à un moteur électrique fonctionnant en générateur. Le moteur électrique peut ainsi convertir l’énergie mécanique de rotation, appliquée sur l’axe de pédalier, en énergie électrique.
Plus précisément, l’invention vise un pédalier générateur à couple résistif variable, dans lequel le moteur électrique est capable de faire varier le couple résistif appliqué sur l’axe de pédalier, par exemple en fonction de paramètres d’un véhicule, tels que la vitesse du véhicule, la vitesse de rotation du pédalier, le pourcentage de la pente sur laquelle le véhicule évolue…
En outre, l’invention concerne également un véhicule hybride série comportant un tel pédalier, c’est-à-dire un véhicule à pédales sans transmission mécanique entre le pédalier et la ou les roues motrices, assurant la traction ou la propulsion au moyen d’un moteur électrique. Ces véhicules sont appelés “hybride série” dans certaines classifications pour montrer que les véhicules comportent deux moteurs électriques montés en “série” : un moteur fonctionnant principalement en générateur au niveau du pédalier et un moteur associé à la roue motrice. Le terme “hybride” révèle que l’énergie utilisée pour déplacer les véhicules provient à la fois de l’énergie mécanique appliquée sur le pédalier et de l’énergie électrique contenue dans une batterie.
Ces véhicules hybride série peuvent prendre la forme de cycles, de vélos, de vélomobiles, de vélo-couchés…
Les véhicules à pédales connaissent aujourd’hui un essor important avec le développement des solutions d’assistance électrique.
Les véhicules à assistance électrique sont généralement composés d’un pédalier, d’une roue motrice assurant la traction ou la propulsion du véhicule, d’une transmission mécanique reliant le pédalier à la roue motrice, d’un moteur électrique et d’une batterie alimentant le moteur électrique.
Ainsi, au sens de l’invention, un véhicule à assistance électrique intègre toujours une transmission mécanique reliant le pédalier à la roue motrice, par exemple une chaîne ou une courroie. L’assistance électrique peut être utilisée pour limiter les efforts nécessaires afin d'entraîner en rotation la roue motrice ou le pédalier.
Dans ce dernier cas, dans les pédaliers à assistance électrique intégrée, l’axe du moteur électrique n’est pas directement fixé sur l’axe de pédalier car les moteurs permettant de répondre aux contraintes d’encombrement dans le pédalier ne sont pas capables de fournir le couple recherché par l’assistance électrique. Ainsi, il est classique d’utiliser une transmission mécanique avec une combinaison d’engrenages entre l’axe du moteur et l’axe de pédalier pour fournir le couple d’assistance électrique recherché.
Au sens de l’invention, une combinaison d’engrenages est appelée train d’engrenages. Selon la position relative des axes, on distingue plusieurs types de train d’engrenages, notamment les trains d’engrenages parallèles et les trains épicycloïdaux.
Les trains d’engrenages parallèles sont connus pour présenter un poids limité, un encombrement restreint, un nombre de pièces limité et un coût réduit. Ainsi, les trains d’engrenages parallèles sont particulièrement intéressants pour former une transmission mécanique interne au pédalier entre l’axe du moteur et l’axe de pédalier. Cependant, ces trains d’engrenages parallèles sont peu compacts en surface latérale car l’augmentation de la taille du moteur implique une augmentation du dimensionnement du carter contenant les engrenages et le moteur.
La de l’état de la technique représente un pédalier à assistance électrique intégrant un train d’engrenages parallèles. Ce type de pédalier se compose d’un carter10comprenant trois axes41,42,43fixés sur le carter10grâce à des roulements à billes20, de quatre roues dentéesZ1,Z2,Z3,Z4et d’un moteur111formé d’un stator31et d’un rotor30. Quand un utilisateur applique une force sur les pédales40, cette force est transmise à l’axe du pédalier41. Une roue dentéeZ1, fixée sur l’axe du pédalier41, engrène une roue dentéeZ2solidaire d’un axe interne42. L’axe interne42entraîne une roue dentéeZ3, fixée sur l’axe interne42, qui engrène une roue dentéeZ4. Cette roue dentéeZ4est solidaire de l’axe du moteur43et permet donc l'entraînement du rotor30. Les roues dentéesZ1etZ3présentent classiquement un diamètre supérieur aux roues dentéesZ2etZ4de sorte que l’axe du moteur43tourne à une vitesse supérieure à l’axe interne42, tournant quant à lui à une vitesse supérieure à l’axe du pédalier41.
Sur cette , on remarque que le volume disponible pour l’intégration du moteur111est limité. En effet, le moteur111doit être intégré dans l’entraxe entre l’axe du moteur43et l’axe interne42, limitant ainsi le rayon intérieurR1du moteur111, c’est-à-dire le rayon du rotor30. En outre, le moteur111est également contraint en largeur car la largeurLcdu carter10ne doit pas être trop élevée au risque d’augmenter la distanceQfentre les points de fixation des pédales40.
Ainsi, les limitations en largeur et en rayon du moteur111limitent le couple maximum que peut fournir le moteur111pour répondre à des contraintes d’encombrement du carter10. Il s’ensuit que le moteur111ne permet pas de répondre à une exigence de couple volumique élevé.
Par ailleurs, les trains épicycloïdaux sont connus pour présenter un couple volumique élevé par rapport aux autres types de trains d’engrenages. Cependant, ces trains d’engrenages épicycloïdaux présentent un nombre de pièces et un poids plus important que les trains d’engrenages parallèles.
En effet, la de l’état de la technique représente un pédalier générateur intégrant un train épicycloïdal. Ce type de pédalier comporte également un carter10intégrant un moteur112, comprenant un stator31et un rotor30, relié à un axe de pédalier41. La liaison du stator31avec l’axe de pédalier41est assurée par trois types de roues dentées : une roue planétaireZ5, plusieurs roues satellitesZ6et une roue couronneZ7.
Quand un utilisateur applique une force au niveau du pédalier40, cette force est transmise à l’axe du pédalier41. L’engrenage planétaireZ65est fixé sur l’axe du pédalier41et engrène les roues dentées satellitesZ6qui tournent autour d’une roue couronne fixeZ7. Ainsi, la force de l’utilisateur est transmise à un porte satellitesZ5qui est solidaire de l’axe creux du rotor30et qui permet la rotation de l’axe du moteur112. En pratique, plusieurs engrenages planétaires et satellites sont souvent nécessaires.
Contrairement aux pédaliers générateurs à trains d’engrenages parallèles, les pédaliers générateurs à trains d’engrenages épicycloïdaux permettent d’intégrer un moteur112de plus grand volume. En effet, l’utilisation d’un axe de pédalier41passant à l’intérieur de l’axe du moteur112permet au rayon du moteur112d’occuper la totalité du rayon du carter10sans augmenter l’encombrement du pédalier. Tel qu’illustré sur la , le train d’engrenages épicycloïdal est disposé devant ou derrière le moteur et impacte uniquement la largeurLcdu carter10.
Dans la conception d’un système mécanique tel qu’un pédalier, il est nécessaire de réaliser un compromis entre le poids, l’encombrement, notamment l’encombrement entre les pédales, le couple volumique, le coût, la robustesse, ou encore le volume de la transmission mécanique.
Dans les véhicules à assistance électrique, l’assistance vise à fournir à l’utilisateur la possibilité de se déplacer en fournissant moins d’effort physique que sur un véhicule sans assistance électrique. De plus, les véhicules à assistance électrique doivent pouvoir être utilisés avec ou sans l’assistance électrique. Ainsi, si la batterie est vide ou si un dysfonctionnement survient au niveau du moteur, les utilisateurs s’attendent à pouvoir utiliser le véhicule sans l’assistance électrique grâce à la transmission mécanique reliant l’axe du pédalier et l’axe de la roue motrice.
Pour anticiper cette configuration de fonctionnement sans assistance électrique, il est recherché en priorité de minimiser le poids de la transmission mécanique pour les véhicules à assistance électrique car les autres éléments de l’assistance électrique, tels que le moteur et la batterie, peuvent difficilement être allégés.
Dans un tout autre domaine, il existe également des véhicules hybride série, c’est-à-dire des véhicules à pédales ne disposant pas d’une transmission mécanique entre le pédalier à la roue motrice. Tel que décrit dans le document US 10,754,340, ces véhicules sont composés d’un pédalier générateur, captant l’énergie mécanique de rotation appliquée par l’utilisateur sur les pédales pour recharger une batterie, elle-même utilisée pour alimenter un moteur électrique situé au niveau de l’axe de rotation de la roue motrice.
Les utilisateurs de véhicules à pédales ont l’habitude de ressentir un retour haptique au niveau du pédalier en fonction de l’état du véhicule. Par exemple, si l’utilisateur souhaite démarrer un véhicule sur une montée avec une pente importante, il doit appliquer un couple beaucoup plus important sur les pédales que pour démarrer en descente. Ainsi, un pédalier relié à une transmission mécanique, avec ou sans assistance électrique, présente naturellement un retour haptique.
Avec un pédalier sans transmission mécanique entre le pédalier et la roue motrice, le moteur générateur du pédalier doit en outre être capable d’appliquer un couple résistif variable sur l’axe du pédalier pour simuler le retour haptique d’une transmission mécanique entre la roue motrice et le pédalier. Ce couple résistif doit être particulièrement important dans certaines configurations du véhicule, par exemple lorsque l’utilisateur souhaite démarrer le véhicule en montée avec une pente importante. Dans cette configuration, avec un pédalier générateur, le couple résistif efficace appliqué par le pédalier doit être sensiblement de 200 N.m pendant au moins une 1 seconde afin de permettre à l’utilisateur de démarrer le véhicule sans avoir une sensation de pédalier qui patine.
Compte tenu de l’exigence de transmission de couples résistifs importants, des contraintes de dimensionnement liées à la taille du moteur intégré au pédalier et des contraintes de couple volumique, les pédaliers générateurs intègrent classiquement une transmission mécanique utilisant un train épicycloïdal, tel que décrit dans le document EP 2711281.
Cependant, un train épicycloïdal nécessite l’utilisation d’un grand nombre de pièces ce qui entraîne une complexité de réalisation du pédalier générateur. En outre, cette transmission mécanique présente également un poids et un coût plus élevé que les trains d’engrenages parallèles.
Le problème technique de l’invention consiste donc à obtenir un pédalier générateur permettant d’appliquer un couple résistif variable sur l’axe de pédalier afin de simuler le comportement d’un pédalier relié à une transmission mécanique, c’est-à-dire de pouvoir fournir un couple résistif volumique important, sans augmenter le volume du carter.
Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose d’utiliser un moteur électrique spécifique permettant de fournir un couple résistif très important dans un encombrement réduit et répondant aux contraintes d’intégration dans les pédaliers.
Plus précisément, l’invention propose d’utiliser un moteur électrique présentant :
- une longueur comprise entre 25 et 45 mm ;
- un rayon externe compris entre 35 et 45 mm ;
- un rayon interne compris entre 17.5 et 23.5 mm ;
- un pourcentage de largeur d’encoche compris entre 50 et 75.6 % ; et
- une épaisseur d’aimant comprise entre 2 et 5 mm.
- une longueur comprise entre 25 et 45 mm ;
- un rayon externe compris entre 35 et 45 mm ;
- un rayon interne compris entre 17.5 et 23.5 mm ;
- un pourcentage de largeur d’encoche compris entre 50 et 75.6 % ; et
- une épaisseur d’aimant comprise entre 2 et 5 mm.
Avec ce moteur électrique spécifique et particulièrement performant pour fournir un couple résistif variable dans un pédalier générateur, il est désormais possible d’utiliser un moteur respectant les contraintes de dimensionnements tout en permettant d’obtenir un couple volumique élevé. Pour ce faire, l’invention propose d’utiliser une transmission mécanique avec un train d’engrenages parallèles présentant un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55 entre le moteur électrique et l’axe de pédalier, c’est-à-dire une transmission mécanique avec un nombre de pièces et un bruit limité.
Ainsi, l’invention réside dans une découverte selon laquelle un moteur électrique dimensionné spécifiquement permet de s’affranchir de l’utilisation d’un train épicycloïdal pour un pédalier générateur tout en fournissant le couple résistif recherché pour ce type de pédalier.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un pédalier générateur à couple résistif variable comportant :
- un axe de pédalier sur lequel un couple de pédalage est destiné à être appliqué par un utilisateur ;
- un moteur électrique fonctionnant en générateur de sorte à appliquer un couple résistif sur l’axe de pédalier ; et
- des moyens de transmission mécanique entre l’axe de pédalier et un axe du moteur électrique.
- un axe de pédalier sur lequel un couple de pédalage est destiné à être appliqué par un utilisateur ;
- un moteur électrique fonctionnant en générateur de sorte à appliquer un couple résistif sur l’axe de pédalier ; et
- des moyens de transmission mécanique entre l’axe de pédalier et un axe du moteur électrique.
L’invention se caractérise en ce que le moteur électrique présente :
- une longueur comprise entre 25 et 45 mm ;
- un rayon externe compris entre 35 et 45 mm ;
- un rayon interne compris entre 17.5 et 23.5 mm ;
- un pourcentage de largeur d’encoche compris entre 50 et 75.6 % ; et
- une épaisseur d’aimant comprise entre 2 et 5 mm ;
et en ce que les moyens de transmission mécanique correspondent à un train d’engrenages parallèles avec un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55.
- une longueur comprise entre 25 et 45 mm ;
- un rayon externe compris entre 35 et 45 mm ;
- un rayon interne compris entre 17.5 et 23.5 mm ;
- un pourcentage de largeur d’encoche compris entre 50 et 75.6 % ; et
- une épaisseur d’aimant comprise entre 2 et 5 mm ;
et en ce que les moyens de transmission mécanique correspondent à un train d’engrenages parallèles avec un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55.
L’invention permet ainsi de générer un couple résistif variable et pouvant atteindre des valeurs élevées, par exemple lorsque l’utilisateur souhaite démarrer le véhicule en montée avec une pente importante. Dans cette configuration, le pédalier est capable de fournir un couple résistif sensiblement de 200 N.m pendant une durée de 1 seconde tout en utilisant une transmission mécanique simple correspondant à un train d’engrenages parallèles. De plus, le pédalier générateur est également capable de générer un couple résistif efficace sensiblement de 50 N.m pendant une durée d’au moins 30 min.
De préférence, le train d’engrenages parallèles comporte un axe interne et deux engrenages reliant l’axe de pédalier et l’axe du moteur électrique, chaque engrenage comportant deux roues dentées. Ce mode de réalisation permet d’obtenir une transmission mécanique avec un nombre de pièces limité et un encombrement réduit.
Pour atteindre facilement le rapport d’engrenage compris entre 25 et 55, le rapport d’engrenage peut être compris entre 3.8 et 6.0 pour l’engrenage reliant l’axe du pédalier et l’axe interne et entre 6.9 et 11.4 pour l’engrenage reliant l’axe interne et l’axe du moteur.
Pour répondre aux contraintes de résistance et de tenue mécanique des roues dentées, les roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du pédalier avec l’axe interne présentent préférentiellement une largeur comprise entre 6 et 17 mm et les roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du moteur avec l’axe interne présentent préférentiellement une largeur comprise entre 4 et 9 mm.
De préférence, afin de limiter le bruit engendré par l’engrènement des roues dentées, les roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du pédalier avec l’axe interne et/ou de l’engrenage reliant l’axe du moteur avec l’axe interne présentent une denture hélicoïdale.
Pour répondre aux contraintes mécaniques que subissent les roues dentées lors du fonctionnement, la valeur du module de la denture est comprise entre 1.125 et 1.36 pour l’engrenage reliant l’axe du pédalier avec l’axe interne et entre 0.5 et 0.6 pour l’engrenage reliant l’axe du moteur avec l’axe interne.
Selon un mode de réalisation, l’angle d’hélice des roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du pédalier avec l’axe interne est compris entre 13.5 et 45 degrés et l’angle d’hélice de l’engrenage reliant l’axe du moteur avec l’axe interne est compris entre 4.8 et 45 degrés. Ce mode de réalisation permet de limiter les vibrations engendrées par les frottements des roues dentées.
De préférence, pour répondre aux exigences d’encombrement, la distance entre les points de fixation des pédales sur l’axe du pédalier est comprise entre 130 et170 mm.
Pour supporter les contraintes mécaniques liées à l’utilisation du pédalier, les roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du pédalier avec l’axe interne et/ou les roues dentées de l’engrenage reliant l’axe du moteur avec l’axe interne peuvent également être composées d’acier de cémentation forgé ou d’acier nitruré.
Selon un second aspect, l’invention concerne un véhicule hybride série comportant :
- au moins un pédalier générateur à couple résistif variable selon le premier aspect de l’invention ;
- au moins une batterie apte à emmagasiner l’énergie électrique produite par le pédalier générateur ;
- un moteur électrique alimenté par ladite au moins une batterie et couplé à au moins une roue mobile de sorte à assurer les déplacements du véhicule ; et
- une unité de contrôle du moteur électrique configurée pour activer le moteur électrique lorsque le pédalier est actionné par l’utilisateur.
- au moins un pédalier générateur à couple résistif variable selon le premier aspect de l’invention ;
- au moins une batterie apte à emmagasiner l’énergie électrique produite par le pédalier générateur ;
- un moteur électrique alimenté par ladite au moins une batterie et couplé à au moins une roue mobile de sorte à assurer les déplacements du véhicule ; et
- une unité de contrôle du moteur électrique configurée pour activer le moteur électrique lorsque le pédalier est actionné par l’utilisateur.
La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien des modes de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif mais non limitatif, à l’appui des figures 1 à 6 dans lesquelles :
La illustre un pédalier générateur à couple résistif variable selon un mode de réalisation de l’invention.
Ce pédalier est composé d’un axe de pédalier41sur lequel les pédales40appliquent un couple de pédalage. Pour ce faire, les pédales40peuvent être visées à chaque extrémité de l’axe de pédalier41ou solidarisées par tout autre moyen, par exemple les pédales40peuvent être soudées aux extrémités de l’axe de pédalier41. La distance entre les points de fixation des pédales définie la distanceQf, préférentiellement comprise entre 130 et170 mm.
Entre les points de fixation des pédales40, l’axe de pédalier41pénètre dans un carter10.
Selon l’invention, à l’intérieur de ce carter10, le pédalier comporte un moteur11et un train d’engrenages parallèles présentant un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55 entre l’axe de pédalier41et un axe du moteur43.
De préférence, tel qu’illustré sur la , ce rapport de réduction est obtenu avec un axe interne42reliant l’axe du pédalier41et un axe de moteur43. Plus précisément, une roue dentéeZ1est fixée sur l’axe du pédalier41et engrène une roueZ2solidaire de l’axe interne42. Cette roueZ2entraîne l’axe interne42sur lequel une roue dentéeZ3est fixée. Cette roue dentéeZ3engrène une roue dentéeZ4fixée sur l’axe du moteur43. Cette roue dentéeZ4entraîne quant à elle l’axe du moteur43et permet donc la rotation d’un rotor30du moteur11.
De préférence, les différents axes41,42,43sont reliés sur le carter10en utilisant des roulements à billes20.
Dans un mode préféré de l’invention, les roues dentéesZ1etZ2présentent une largeurLZ1identique et comprise entre 6 et 17 mm alors que les roues dentéesZ3etZ4présentent une largeurLZ2identique et comprise entre 4 et 9 mm.
Les roues dentéesZ1etZ3présentent classiquement un diamètre supérieur aux roues dentéesZ2etZ4de sorte que l’axe du moteur43tourne à une vitesse supérieure à l’axe interne42, tournant quant à lui à une vitesse supérieure à l’axe du pédalier41. Typiquement, les roues dentéesZ1etZ2peuvent être dimensionnées pour obtenir un rapport d’engrenage compris entre 3.8 et 6.0 et les roues dentéesZ3etZ4peuvent être dimensionnées pour obtenir un rapport d’engrenage compris entre 6.9 et 11.4. Pour ce faire, la roue dentéeZ1peut présenter un nombre de dents compris entre 74 et 95, la roue dentéeZ2peut présenter un nombre de dents compris entre 16 et 19, la roue dentéeZ3peut présenter un nombre de dents compris entre 157 et 215 et la roue dentéeZ4peut présenter un nombre de dents compris entre 19 et 23.
Tel qu’illustré sur la , les roues dentées peuvent présenter une denture hélicoïdale, c’est-à-dire une denture avec des dents orientées avec une angle différent de 90° par rapport à la circonférence de la roue. Une denture hélicoïdale est définie notamment par l’angle d’héliceAHd’orientation des dents par rapport à la circonférence de la roue. Typiquement, l’angle d’héliceAHpeut être compris entre 13.5 et 45 degrés pour les roues dentéesZ1,Z2du premier engrenage et entre 4.8 et 45 degrés pour les roues dentéesZ3etZ4.
Outre l’angle de la denture, la géométrie d’une denture est classiquement définie par un moduleM. Ce moduleMpermet de représenter le diamètre à la circonférence de la roue et la hauteurHdes dents.
Pour assurer un bon fonctionnement d’un train d’engrenages, les deux roues dentées d’un même engrenage doivent avoir un moduleMidentique afin de pouvoir s’engrener entre elles. Par exemple, le moduleMdes roues dentéesZ1etZ2est compris entre 1.125 et 1.36 mm alors que le moduleMdes roues dentéesZ3etZ4est compris entre 0.5 et 0.6 mm.
Pour répondre aux contraintes mécaniques et de poids du train d’engrenages parallèles, les roues dentéesZ1,Z2,Z3etZ4sont préférentiellement composées d’acier de cémentation forgé ou d’acier nitruré.
Par ailleurs, le moteur11comprend classiquement un stator31et un rotor30. Selon l’invention, le stator31et le rotor30présentent une largeurL1identique, comprise entre 25 et 45 mm. Le rayon interneR1est défini par l’entraxe entre l’extrémité radiale du rotor31et l’axe du moteur43. Selon l’invention, ce rayon interneR1est compris entre 17.7 et 23.5 mm. Le rayon externeR2est défini par l’entraxe entre l’extrémité radiale du stator31et l’axe du moteur43et il est compris entre 35 et 45 mm.
La est une représentation schématique d’une vue de coupe transversale du rotor30, l’axe central correspond à l’axe du moteur43représenté en . Selon l’invention, le dimensionnement du moteur11est également caractérisé par l’épaisseur des aimantsEA. En effet, les aimants génèrent un champ magnétique dont la puissance varie en fonction de l’épaisseur des aimantsEA. Selon l’invention, l’épaisseur d’aimantsEAest comprise entre 2 et 5 mm.
Un autre paramètre déterminant pour le dimensionnement du moteur11est le pourcentage de largeur d’encochePEcorrespondant à la distance entre deux encoches consécutives. Selon l’invention, la largeur d’encochePE, représentée sur la , est comprise entre 50 et 75,6 %.
Au sens de l’invention, le pourcentage de largeur d'encoche correspond au pas dentaire divisé par le rayon interneR1. Le pas dentaire est obtenu par le nombre d’encoches avec la formule suivante: pas dentaire égal 2.pi divisé par le nombre d’encoches.
Dans certaines publications, la largeur d’encoche est définie en millimètres. Pour passer du pourcentage de largeur d’encochePEde l’invention à la largeur d’encoche définie en millimètres, il suffit d’utiliser la formule suivante : largeur d’encoche définie en millimètres = pourcentage de largeur d’encochePE* pas dentaire * rayon interneR1.
Avec ces dimensionnements précis du moteur11et l’utilisation d’un train d’engrenages parallèles présentant un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55 entre l’axe de pédalier41et un axe du moteur43, l’invention permet ainsi d’obtenir un pédalier générateur permettant d’appliquer un couple résistif variable sur l’axe de pédalier afin de simuler le comportement d’un pédalier relié à une transmission mécanique, c’est-à-dire de pouvoir fournir un couple résistif volumique important, tout en respectant les contraintes de dimensionnement du pédalier.
Le pédalier de l’invention peut être mis en œuvre sur tous type de véhicule pouvant prendre la forme de cycles, de vélos, de vélomobiles, de vélo-couchés.
L’invention concerne également un véhicule hybride série comportant le pédalier de l’invention.
Dans ce véhicule, le pédalier peut fonctionner en mode générateur afin de convertir au moins une partie de l’énergie mécanique fournie par l’utilisateur en énergie électrique stockée dans au moins une batterie pour être restituée plus tard sous forme d’accélération des roues au moyen d’au moins un moteur électrique.
En outre, le pédalier peut également être utilisé pour mesurer le couple appliqué au cours du temps par l’utilisateur pour commander l’accélération ou le freinage du véhicule. Avec l’invention, un véhicule hybride série peut être dimensionné pour circuler à une vitesse importante, typiquement jusqu’à 80 à 120km/h.
Claims (10)
- Pédalier générateur à couple résistif variable comportant :
- un axe de pédalier (41) sur lequel un couple de pédalage est destiné à être appliqué par un utilisateur ;
- un moteur électrique fonctionnant en générateur de sorte à appliquer un couple résistif sur l’axe de pédalier ; et
- des moyens de transmission mécanique entre l’axe de pédalier et un axe du moteur électrique ;
caractérisé en ce que le moteur électrique présente :
- une longueur (L1) comprise entre 25 et 45 mm ;
- un rayon externe (R1) compris entre 35 et 45 mm ;
- un rayon interne (R2) compris entre 17.5 et 23.5 mm ;
- un pourcentage de largeur d’encoche (PE) compris entre 50 et 75.6 % ; et
- une épaisseur d’aimant (EA) comprise entre 2 et 5 mm ;
et en ce que les moyens de transmission mécanique correspondent à un train d’engrenages parallèles avec un rapport d’engrenage compris entre 25 et 55. - Pédalier générateur à couple résistif variable selon la revendication 1, dans lequel le train d’engrenages parallèles comporte un axe interne (42) et deux engrenages (Z2, Z3) reliant l’axe de pédalier (41) et l’axe du moteur (43) électrique, chaque engrenage comportant deux roues dentées (Z1, Z2, Z3, Z4).
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon la revendication 2, dans lequel le rapport d’engrenage est compris entre 3.8 et 6.0 pour l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) et l’axe interne (42) et entre 6.9 et 11.4 pour l’engrenage reliant l’axe interne (42) et l’axe du moteur (43).
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les roues dentées (Z1, Z2) de l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) avec l’axe interne (42) présentent une largeur (LZ1) comprise entre 6 et 17 mm et les roues dentées (Z3, Z4) de l’engrenage reliant l’axe du moteur (43) avec l’axe interne (42) présentent une largeur (LZ2) comprise entre 4 et 9 mm.
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel les roues dentées (Z1, Z2) de l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) avec l’axe interne (42) et/ou les roues dentées (Z3, Z4) de l’engrenage reliant l’axe du moteur (43) avec l’axe interne (42) présentent une denture hélicoïdale.
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel la valeur du module (M) de la denture est comprise entre 1.125 et 1.36 pour les roues dentées (Z1, Z2) de l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) avec l’axe interne (42) et entre 0.5 et 0.6 pour les roues dentées (Z3, Z4) de l’engrenage reliant l’axe du moteur (43) avec l’axe interne (42).
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel l’angle d’hélice (AH) des roues dentées (Z1, Z2) de l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) avec l’axe interne (42) est compris entre 13.5 et 45 degrés et l’angle d’hélice (AH) des roues dentées (Z3, Z4) de l’engrenage reliant l’axe du moteur (43) avec l’axe interne (42) est compris entre 4.8 et 45 degrés.
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel la distance la distance (Qf) entre les points de fixation des pédales (40) sur l’axe du pédalier (41) est comprise entre 130 et170 mm.
- Pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 2 à 8, dans lequel les roues dentées (Z1, Z2) de l’engrenage reliant l’axe du pédalier (41) avec l’axe interne (42) et/ou les roues dentées (Z3, Z4) de l’engrenage reliant l’axe du moteur (43) avec l’axe interne (42) sont composées d’acier de cémentation forgé ou d’acier nitruré.
- Véhicule hybride série comportant :
- au moins un pédalier générateur à couple résistif variable selon l’une des revendications 1 à 9 ;
- au moins une batterie apte à emmagasiner l’énergie électrique produite par le pédalier générateur ;
- au moins une batterie apte à emmagasiner l’énergie électrique produite par le pédalier générateur ;
- un moteur électrique alimenté par ladite au moins une batterie et couplé à au moins une roue mobile de sorte à assurer les déplacements du véhicule ; et
- une unité de contrôle du moteur électrique configurée pour activer le moteur électrique lorsque le pédalier est actionné par l’utilisateur.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2210193A FR3140612A1 (fr) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Pédalier generateur a couple résistif variable et véhicule hybride série associé |
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|---|---|---|---|
| FR2210193 | 2022-10-05 | ||
| FR2210193A FR3140612A1 (fr) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Pédalier generateur a couple résistif variable et véhicule hybride série associé |
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|---|---|
| FR3140612A1 true FR3140612A1 (fr) | 2024-04-12 |
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ID=84569671
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2210193A Pending FR3140612A1 (fr) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Pédalier generateur a couple résistif variable et véhicule hybride série associé |
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2022
- 2022-10-05 FR FR2210193A patent/FR3140612A1/fr active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024074408A1 (fr) | 2024-04-11 |
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