FR3094951A1 - système d’entraînement hybride musculaire/électrique - Google Patents
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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. Figure de l’abrégé : Figure 1
Description
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 œuvre 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.
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.
Etat de la technique
On connaît dans l’état de la technique le modèle d’utilité chinois CN203427955 décrivant une bicyclette à volant d’inertie associé à un dispositif permettant de recharger l’énergie d’une batterie lors d’une descente.
Le dispositif comprend un embrayage contrôlant l’activation de la recharge de la batterie. Lorsque le vélo est en montée ou sur un terrain plat, le dispositif est débrayé, afin de réduire la charge.
La demande de brevet international WO2015039529 décrit un dispositif de recharge d’une batterie par un volant d'inertie. Lorsque la bicyclette est en descente, le dispositif est embrayé automatiquement pour fournir de l'énergie cinétique au volant d'inertie ; et lorsque la bicyclette est en montée ou se déplace sur un plat, le dispositif est automatiquement débrayé afin d'alléger la puissance requise.
Le brevet américain US4768607 décrit un système de transmission par volant à roue libre capable de stocker et de libérer de l'énergie cinétique de rotation, comprenant un arbre supporté en rotation par un cadre et une pluralité de volants montés de manière rigide sur l'arbre. Le système de transmission est muni d'un pignon d'entrée pour faire tourner l'arbre en réponse à la puissance transmise par une source d'alimentation. Un ensemble pignon est monté sur l'arbre pour transmettre le mouvement de rotation des volants d'inertie à un pignon de roue motrice. Dans un mode de réalisation, de l'énergie est fournie à un pignon à roue libre qui fait tourner l'arbre, et ainsi à la pluralité de volants. L'ensemble pignon comprend un premier et un second pignon de diamètres différents, chacun supporté de manière rotative sur des roulements sur l'arbre. Des premier et second embrayages sont utilisés pour engager respectivement le premier pignon et un premier volant de ladite pluralité de volants, et le second pignon et un second volant, permettant à l'utilisateur de transférer l'énergie au pignon du volant pour faire fonctionner un véhicule dans une pluralité de modes selon les besoins en puissance.
Le brevet US6019385 décrit un dispositif de stockage d'énergie qui comprend, en combinaison: un véhicule adapté à la propulsion via l'énergie fournie par un opérateur, le véhicule ayant une manivelle à pédale et un moyeu de frein à rétropédalage disposé autour de l'essieu d'une roue du véhicule, la manivelle à pédale et le frein à rétropédalage le moyeu étant disposé en communication fonctionnelle pour transmettre de l'énergie de la manivelle du pédalier au moyeu de frein à rétropédalage et ensuite à la roue; un dispositif de stockage d'énergie destiné à stocker sélectivement de l'énergie et à appliquer sélectivement l'énergie stockée, le dispositif de stockage d'énergie étant disposé en communication fonctionnelle avec la manivelle de pédale pour transmettre de l'énergie de la manivelle de pédale au dispositif de stockage d'énergie afin de stocker l'énergie, et le stockage d'énergie un dispositif étant disposé en communication fonctionnelle avec le moyeu de frein à rétropédalage pour transmettre sélectivement l'énergie stockée du dispositif de stockage d'énergie au moyeu de frein à rétropédalage; et, un dispositif de combinaison pour combiner de manière différentielle l'énergie instantanée fournie par l'opérateur et le dispositif de stockage d'énergie, de sorte que l'énergie appliquée au moyeu de frein à rétropédalage correspond essentiellement à la somme de l'énergie instantanée fournie par l'opérateur et du dispositif de stockage d'énergie.
Inconvénients de l’art antérieur
Les 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.
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 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 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 :
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 :
- 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 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) 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.
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 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).
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 :
- 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.
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 :
- 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 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.
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 (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
- 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 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.
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 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 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.
Claims (12)
- – 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), 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 audit circuit de management de l’énergie (8), pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
- - 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).
- - 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.
- - 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).
- - 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.
- – Engin de locomotion individuel motorisé comprenant un système d’entraînement conforme à la revendication 1.
- – Cycle, notamment bicyclette motorisée comprenant un système d’entraînement conforme à la revendication 1.
- – 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.
- – 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.
- - 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.
- - 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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