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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'IMPORTATION Dispositif pour produire un courant électrique sur des bicyclettes et véhicules analogues.
La présente invention concerne un dispositif pour produire un courant électrique, par exemple d'éclairage, pour bicyclettes et véhicules analogues, qui se compose principa- lement d'une génératrice électrique et d'une transmission par l'intermédiaire de laquelle cette génératrice est entraînée.
On connaît déjà de tels dispositifs, dont la génératrice est actionnée par un des pneus de la bicyclette au moyen d'un galet de friction portant contre le pneu. Toutefois, ces dis- positifs présentent certains inconvénients. Par exemple, il arrive facilement que, sur une route détrempée, il se produise un glissement entre le galet et le pneu. En outre, en raison de leur montage, ces génératrices de bicyclette sont très ex- posées aux avaries et peuvent être enlevées par des personnes non autorisées. Dans d'autres dispositifs connus de ce genre,
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la génératrice est montée dans le moyeu d'une roue du cycle et est entraînée par l'intermédiaire d'un train d'engrenage.
Toutefois ces dispositifs n'ont guère trouvé un champ d'ap- plications étendu, pour la raison qu'ils occupent beaucoup de place, de sorte qu'il fallait donner de trop grandes di- mensions au moyeu, et aussi parce que l'engrenage devenait inutilisable après une courte durée de service par suite d'usure ou de rupture.
Des essais de diminuer les dimensions du moyeu en réduisant le diamètre de la génératrice, tout en conservant à la génératrice le même effet utile par un accroissement correspondant de la vitesse de rotation de la génératrice, n'ont guère réussi. En effet, l'accroissement de la vitesse de rotation conduit à un plus grand rapport de multiplication de l'engrenage lequel occupe de ce fait plus de place, de sorte qu'on ne tire aucun profit de la place gagnée grâce à la diminution des dimensions de la génératrice.
La raison pour laquelle il faut augmenter le;:; dimensions de l'engrenage lorsqu'on veut accroître le rapport de multiplication, réside en ce qu'on doit choisir le module des roues dentées en tenant compte des efforts maxima que peuvent subir les dents non pas pendant la transmission normale de la puissance, mais lors d'un ralentissement ou d'une accélération rapides du véhicule. Lorsqu'on freine le véhicule en pleine vitesse alors que l'effet de la génératrice est normal, toute la force vive de l'induit de la génératrice doit être transmise par l'intermédiaire de l'engrenage. Les dents sont alors soumises à une certaine force périphérique dont la grandeur dépend en partie de la force vive de l'induit en vitesse normale, et en partie de la distance de freinage.
Si l'on admet une certaine longueur du trajet de freinage, la force qui influence les dents pendant le freinage ne dépend
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que de la force vive de l'induit pour la vitesse de rotation normale et l'effet utile normal. Il a été trouvé cependant que pour un certain effet utile la force vive de l'induit a une valeur sensiblement constante, indépendante du diamètre de l'induit et de la vitesse de rotation. Par suite, lorsque la génératrice doit fournir un certain effet utile, l'induit doit avoir une certaine force vive et il faut dimensionner les dents de l'engrenage pour une certaine force périphérique déterminée, c'est-à-dire avec un certain module indépendant de la vitesse de rotation et du diamètre.
Quand on diminue le diamètre de l'in- duit, il faut accroyître la vitesse de rotation pour obtenir un certain effet utile, et par suite il faut aussi augmenter le rapport de transmission de l'engrenage. Toutefois, pour les raisons évoquées ci-dessus, on ne peut augmenter le module, et étant donné que - dans l'hypothèse de l'emploi de dents en forme de développante, ce qui constitue la seule possibilité à envisager en pratique - la plus petite des roues dentées doit avoir un certain nombre minimum de dents, on ne peut réduire le diamètre de la plus petite roue et il faut accroftre le rapport de multiplication en augmentant le diamètre de la plus grande des roues, de sorte qu'on accroft les dimensions de l'engrenage.
Naturellement, l'engrenage exige aussi plus de place quand on augmente le rapport de multiplication en divisant l'engrenage en plusieurs étages.
Vu que les forces engendrées lors d'une accéléra- tion et d'un ralentissement rapides peuvent atteindre des va.leurs très importantes, il faut choisir un grand module et l'engrenage devient très grand et lourd.
Une autre raison pour laquelle les trains d'engrenage ne sont pas pratiquement utilisables pour entraîner des géné- ratrices électriques de bicyclette consiste en ce qu'en général le degré de non uniformité du mouvement de l'induit est élevé.
En effet, les génératrices convenant pour cette fin comportant @
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un grand nombre de p6les et une même subdivision dans l'induit et dans le stator, de sorte que l'attraction magnétique entre les pöles statoriques et rotoriques est forte. L'accélération et le ralentissement alternatifs de l'induit, provoqués par cette attraction, ont pour effet de produire un contact discontinu entre les dents et, par suite,,un travail fatigant à haute fréquence dans les dents, de sorte que les dents se brisent à la longue. De la discontinuité précitée du contact des dents résulte une marche bruyante désagréable, ou bour- donnement" des dents.
Etant donné qu'en général les roues dentées sont disposées excentriquement par rapport à l'axe de la roue de bicyclette, des forces centrifuges naissent dans les roues dentées et ces forces centrifuges doivent être absorbées par les axes des roues dentées. Quand les portées de ces axes sont usées, ce qui advient après un temps assez court en raison de la grande vitesse et de l'effet de la force cen- trifuge, il se produit un décalage de l'engrènement des dents à la suite de la légère variation de l'écartement des axes. Pareil décalage de l'engrènement provoque un plus fort bourdonnement et une plus grande fatigue des dents.
Suivant l'invention, on obvie à tous les incon- vénients précités liés à l'emploi de génératrices montées dans des moyeux de roue, en transmettant l'effort d'en- traînement du moyeu à la génératrice par l'intermédiaire de roues ou galets de friction au lieu de roues dentées. On peut répartir en un ou plusieurs étages de multiplication, comme un train d'engrenages, la transmission constituée de la sorte, et pour gagner de la place il est avantageux de disposer les roues ou galets de friction de manière que l'effort d'entraînement se transmette d'une périphérie de grand diamètre à une périphérie de plus petit diamètre, con-
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centrique à la première.
En employant des galets de friction ou des roues de friction, il devient possible de réduire les dimensions du moyeu de roue à celles d'un moyeu de roue libre ordinaire et de produire néanmoins l'effet utile requis pour l'éclairage.
Ceci est dû au fait que, dans chaque étage de multiplication, on donne à la plus petite des roues un trèpetit Diamètre, de sorte qu'on obtient un trèsgrand rapport de multiplica- tion même quand la plus grande des roues a des dimensions relativement faibles. En l'occurrence on n'est plus lié à un certain module et à un certain nombre de dents minimum comme dans le dimensionnement des trains d'engrenage. Il ne faut pas non plus construire la transmission à friction de manière qu'elle soit à même de supporter les efforts périphériques intenses naissant lors des ralentissements et accélérations rapides, car les galets de friction peuvent glisser.
Ces galets ne sont appelés qu'à transmettre les efforts périphériques produits en service normal, et la pres- sion avec Laquelle les galets ou roues de friction appuient les uns contre les autres est déterminée de façon qu'un glissement se produise quand ces efforts périphériques sont dépassés.
Lorsqu'on emploie des roues de friction ou des galets de friction pour des transmissions montées dans des moyeux de roue, ils peuvent servir de roulements pour les éléments rotatifs, de sorte qu'on n'est pas obligé de monter des roulements à billes ou à rouleaux spéciaux. Par suite, on réalise un gain de place supplémentaire qui ne peut être obtenu lorsqu'on emploie pour la transmission des roues dentées.
Etant donné que durant la. friction les roues de friction portent constamment les unes contre les autres, il ne peut se produire des oscillations dues à l'action des forces
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magnétiques. De toute façon, l'engagement par friction réduit très notablement les oscillations éventuellement engendrées.
Par suite, il ne peut se produire des efforts de fatigue et la transmission a une marche silencieuse, ce qui présente une grande importance pour les bicyclettes et véhicules ana- logues. Vu que les roues de friction sont constamment sou- tenues à la périphérie, la force centrifuge ne peut engendrer sur leurs axes et portées des efforts importants. Pour cette raison on peut donner aux axes et aux portées des roues de friction de plus faibles dimensions qu'aux axes et portées des roues dentées, si bien qu'on peut escompter une plus faible usure.
On décrira ci-après l'invention plus en détail en se référant au dessin annexé qui en représente un exemple d'exécution.
Figs. 1 et 2 montrent le principe de la transmission conforme à l'invention.
Figs. 3, 4 et 5 montrent des détails d'exécution de l'invention,
Fig. 6 montre la génératrice montée dans le moyeu de la roue, et
Fig. 7 montre les éléments de la génératrice, servant à recueillir le courant.
Sur la fig. 1, la référence 1 désigne un axe et la référence 2 un certain nombre, trois en l'occurrence, de galets entourant l'axe. 3 est une bague entourant les galets, qui est de préférence faite en une matière élastique et dont le diamètre est choisi de manière que la bague exerce une pression élastique sur les galets.
En supposant que la bague 3 tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre, dans le sens de la. flèche, les galets 2 tournent naturellement eux aussi en sens inverse des
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aiguilles d'une montre, tandis que l'axe 1 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. La vitesse angulaire de l'axe est évidemment beaucoup plus élevée que celle de la bague, dans,, la mesure du rapport entre le diamètre de la bague et celui de l'axe.
Les galets 2 comportent avantageusement des axes 4 qui assurent la position des galets. Il faut qu'au moins un des galets ait pour son axe 4 un alésage suffisamment large pour que le galet se prête à un déplacement perpen- diculaire à l'axe, afin que la tension élastique de la bague 3 puisse s'exercer sur ce galet et, par l'entremise de celui-ci, également sur les autres galets et sur l'axe.
La fig. 2 montre deux transmissions multipli- catrices reliées entre elles en série. Quand la bague 3 tourne, les galets 2 et l'axe 1 tournent aussi. Sur l'axe 1 est fixé un manchon cylindrique 5 ou organe analogue dans lequel est enfilée un bague 3' analogue à la bague 3. La bague 3' entraîne un certain nombre de galets 2' qui à leur tour entraînent eux aussi un axe 1'. La bague 3, les galets 2 et t'axe 1 constituent un étage de multiplication et la bague 3', les galets 2' et l'axe 1' constituent un second étage de multiplication relié en série au premier étage. Les axes respectifs 4 et 4' des galets 2 et 2' sont fixés respectivement dans deux flasques 6 et 7 disposés de 'part et d'autre de la transmission, ce qui assure la position des galets.
De préférence, les galets de chaque étage de multiplication sont montés à part entre deux disques 9 et 10 (Figs. 4 et 5).
Afin que les bagues 3 et 3' ne puissent se déplacer axialement pendant la rotation, elles comportent à leur périphérie intérieure des gorges 8 dans lesquelles roulent les galets. Il s'est avéré qu'on obtient le meilleur résultat
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quand ces gorges des bagues ont des arêtes relativement vives (cf. fig. 3), de manière que les galets pourvus de surfaces de roulement arrondies ne touchent que les deux arêtes de la gorge.
Dans la vue d'ensemble représentée sur la fig. 6, la référence 11 désigne le moyeu de la roue, auquel sont fixés les rayons 12 de la roue. Le moyeu comporte des rou- lements à billes 13 et 13' et des bouts d'axe respectifs 14 et 14' lesquels sont destinés à assujettir le moyeu dans la fourche de la bicyclette. La bague 3 tourne avec le moyeu 11 et fait tourner les galets 2, l'axe 1 et le manchon 5 fixé à l'axe. Dans le manchon 5 est monté l'induit de la gé- nératrice, qui se compose d'un certain nombre de bobines 15.
La bague 3' fixée au manchon 5 entraîne les galets 2' et l'axe 1'. Sur celui-ci est montée la culasse magnétique de la génératrice, qui se compose d'un nombre d'aimants perma- nents 16 égal au nombre de bobines 15. Les aimants tournent par rapport aux bobines de l'induit, de façon à induire un courant dans les bobines.
Etant donné que dans l'exemple d'exécution repré- senté la culasse magnétique et l'induit de la génératrice sont entraînés à l'aide de deux étages de multiplication 1-3 et 1'-3' en sens inverses, on obtient une vitesse relative très élevée pour ces éléments en employant un nombre minimum d'étages de multiplication. Lorsqu'on veut accroître encore davantage la vitesse relative, on peut disposer entre le moyeu et l'induit, ou entre le moyeu et la culasse magnétique, des étages de multiplication supplémentaires.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 6, seuls les galets 2 du premier étage de multiplication sont portés des deux cotés par des disques 9, 10. Les disques sont fixés à l'aide de boulons ou organes analogues sur le plateau 17
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adapté sur le bout d'axe 14. Les galets 2' du second étage de multiplication sont portés d'un seul coté, par l'inter- médiaire de leurs axes, par un disque 17' adapté sur le bout d'axe 14', ce disque étant porté par une enveloppe protectrice 18 entourant la génératrice.
Comme le montre la fig. 6,la génératrice constitue conjointement avec la transmission et avec les bouts d'axe un ensemble qu'on peut facilement introduire dans le moyeu.
Ceci présente un grand avantage car on peut fabriquer et essayer la génératriceà part avant de la monter dans le moyeu.
L'accouplement entre la génératrice et le moyeu est de préférence conforme de manière qu'on puisse facilement dé- saccoupler la génératrice. Dans le dispositif représenté sur la fig. 6 il est prévu à cet effet un cliquet 19 qui est articulé sur un pivot 20 fixé sur le moyeu et qu'on peut amener en prise ou hors de prise avec la bague 3 à l'aide d'une poignée 21.
Il est évident qu'au lieu du cliquet 19 on peut aménager tous autres organes voulus pour créer la liaison facilement déclenchable de la bague 3 avec le moyeu 11. Ainsi, on peut par exemple remplacer le cliquet par un ruban de frein qui est fixé au moyeu et qui entoure la bague 3, et faire en sorte qu'on puisse bloquer le ruban sur la bague au moyen d'un dispositif de serrage déclenchable. De même, on peut aussi produire la liaison au moyen d'une denture intérieure du moyeu, dans laquelle peuvent entrer des dents adaptées sur la bague 3 alors déplaçable latéralement.
L'accouplement à ruban de frein présente sur les autres accouplements précités l'avantage de constituer un accouplement à friction qui permet d'accoupler et de désac- coupler facilement la génératrice en marche.On peut évidem- ment exécuter de diverses maniéresle dispositif servant à
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manoeuvrer l'accouplement; on le conforme avantageusement de façon qu'on puisse l'actionner depuis tout endroit voulu de la bicyclette au moyen d'un câble ou d'une timonerie.
La fig. 7 montre une disposition avantageuse pour collecter le courant de la génératrice. Le doigt de contact 23 monté isolé sur l'axe 1 est connecté à une des extrémités li- bres 24 des bobines de la génératrice, reliées en série. Dans le bout d'axe 14 est monté un autre doigt de contact isolé 25 qui est mobile axialement et qui est serré par un ressort à boudin 26 contre le doigt 25, de manière qu'un bon contact existe entre ces doigts. Le ressort à boudin 26 établit une liaison conductrice entre le doigt de contact 25 et une tige de contact 27 d'où- on peut envoyer le courant au phare par un conducteur avantageusement logé dans la fourche creuse de la bicyclette. Le retour du courant à l'autre extrémité des bobines de la génératrice s'effectue par la masse de la bicyclette.
Les éléments du dispositif d'éclairage électrique, qui n'ont pas été décrits ci-dessus et qui ne font pas l'objet de la présente invention, peuvent être de toute construction connue, par exemple ils peuvent comprendre des redresseurs avec batteries d'accumulateurs, etc.
Bien que la génératrice conforme à l'invention soit prévue principalement pour créer l'énergie requise pour l'éclairage, on peut aussi l'employer pour d'autres fins, par exemple pour alimenter un avertisseur électrique ou dis- positif analogue.
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