EP2619075A1 - Dispositif a manivelle integrant un systeme de conversion d'energie - Google Patents

Dispositif a manivelle integrant un systeme de conversion d'energie

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Publication number
EP2619075A1
EP2619075A1 EP11773754.4A EP11773754A EP2619075A1 EP 2619075 A1 EP2619075 A1 EP 2619075A1 EP 11773754 A EP11773754 A EP 11773754A EP 2619075 A1 EP2619075 A1 EP 2619075A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crank
pedal
tube
parts
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11773754.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Philippe Gros
Claire Jean-Mistral
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Decathlon SE
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Decathlon SE
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Decathlon SE, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2619075A1 publication Critical patent/EP2619075A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J6/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices on cycles; Mounting or supporting thereof; Circuits therefor
    • B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/02—Construction of cranks operated by hand or foot of adjustable length
    • B62M3/04—Construction of cranks operated by hand or foot of adjustable length automatically adjusting

Definitions

  • the present invention relates to the recovery of mechanical energy in a pedal vehicle, for example a bicycle, to produce electricity. It is more generally aimed at converting energy into crank devices.
  • the pedals are equipped with lighting systems, for example LED lights, and / or various sensors.
  • lighting systems for example LED lights
  • / or various sensors For the supply of these devices, it has been proposed to integrate into the pedal a small alternator adapted to convert the mechanical energy of rotation of the pedal about its axis into electrical energy.
  • Systems of this type are described in patent applications US2003 / 0035295 and US2002 / 0134192.
  • a disadvantage of these systems is that integrating an alternator into a pedal is complex and expensive.
  • An alternator further comprises relatively high weight parts such as magnets.
  • this type of device is quite noisy in operation, which is a nuisance for the user.
  • the exploitation of the Turning the pedal around its axis to produce electricity requires additional effort on the part of the user. It is therefore at the expense of performance and / or comfort of use of the bicycle.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide a system for energy recovery in a crank device, at least partially overcoming some of the disadvantages of the solutions of the prior art.
  • Another object of an embodiment of the present invention is to provide such a less expensive, lighter, and quieter system than existing systems.
  • Another object of an embodiment of the present invention is to provide such a system not requiring the provision of additional effort on the part of the user, or in which the extra effort to be provided by the user is negligible.
  • crank device incorporating an assistance-to-use system.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide a crank device incorporating an energy conversion system.
  • an embodiment of the present invention provides a crank comprising first and second parts movable in translation relative to each other, and a device for converting energy.
  • said device comprises a mechano-electric conversion system for exploiting a translation movement between the first and second parts.
  • said device comprises an electro ⁇ mechanical conversion system to cause a translation movement between the first and second portions.
  • the crank further comprises means for returning the first and second parts to a rest position.
  • said device comprises at least one element made of an electroactive polymer.
  • said device comprises at least one element made of piezoelectric material.
  • said device comprises a deformable membrane fixed between the first and second parts.
  • said membrane is elastic.
  • said biasing means comprise a spring mechanism.
  • a pedal comprising a transmission plate, a pedal, and a crank, wherein the first and second parts of the crank are respectively fixed to the plate and the pedal.
  • Figure 1 is a side view schematically showing a bicycle crankset
  • Figure 2 is a diagram schematically showing the evolution of the forces exerted by a cyclist on a pedal crank during a normal pedaling cycle
  • Fig. 3A is a partially sectional view of a crankset, schematically showing an embodiment of a crank with energy recovery in a first operating position;
  • Figure 3B is a sectional view of the crank of Figure 3A along the axis B-B of Figure 3A;
  • Figs. 4A and 4B are sectional views, corresponding to sectional views of Figs. 3A and 3B, showing the energy recovery crank of Figs. 3A and 3B in a second operating position;
  • Figure 5 is a partially sectional view of a pedal, schematically showing an alternative embodiment of the energy recovery crank of Figure 3A in a first operating position;
  • Figure 6 is a partially sectional view of a crankset, showing the crank of Figure 5 in a second operating position.
  • crankset for example a winch, a jack, a winch, etc.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a crankset 1.
  • the crankset 1 comprises a crank 3 whose first end is fixed to a plate of transmission 5 of circular general shape.
  • the plate 5 is rotatable about an axis 7 orthogonal to the plate and passing through the center of the plate.
  • the axis 7 is the axis of rotation of the pedal.
  • the plate 5 At its periphery, the plate 5 generally comprises teeth, not shown, adapted to drive a transmission chain.
  • the crank 3 is adapted to receive a pedal 9 movable in rotation about an axis 11 parallel to the axis 7.
  • a second crank (not shown) is genera ⁇ LEMENT provided on the axis 7 on the other side of the frame in the case of a bicycle, an angle of approximately 180 ° with the crank 3.
  • This second crank support a pedal (not shown) rotatable about an axis parallel to the axis 11.
  • the pedal 1 conventionally forms a mechanical assembly with two degrees of freedom.
  • a first degree of freedom allows the movement of the pedal 9 in rotation about its axis 11, and a second degree of freedom allows the rotational movement of the plate 5 about its axis 7.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the evolution of the forces exerted by a cyclist on a pedal crank during a normal pedaling cycle.
  • the abscissa shows the angle, in degrees (°), formed between the crank and the vertical, and on the ordinate, the value of the forces in Newton (N).
  • This diagram corresponds to a complete pedaling cycle, from 0 to 360 °, performed on a bicycle in the normal operating position, on a road without significant difference, by a cyclist in a seated position.
  • An angle of 0 ° (or 360 °) in abscissa corresponds to the passage of the pedal to its highest position, while an angle of 180 ° corresponds to the passage of the pedal to its lowest position (position lb of the figure 1) .
  • the tangential component F ⁇ is dominant with respect to the radial component FR.
  • the component F is maximum (close to 400 N in this example) around 90 ° (position la of FIG. 1), and minimal (close to 0 N in this example) around 330 °.
  • the radial component FR is maximum (close to 50 N in this example) around 180 °, and minimum (close to -50 N in this example) around 0 °.
  • the radial component FR vanishes briefly at approximately 90 ° and at 270 °.
  • the tangential component F causes the crankset to rotate around its axis.
  • the radial component FR is a force which does not contribute to the setting in motion of the bicycle. Note that the diagram of Figure 2 is given by way of example, and that many factors are likely to change the evolution of the components FR and F ⁇ during the pedaling cycle. The cyclist can for example learn, by adapted pedaling techniques, to minimize the radial component FR of the force he exerts on the crank. However, in practice, this radial component inevitably remains significant.
  • Figure 3A is a partially sectional view of a crankset 1, schematically showing an embodiment of a crank 3 for energy recovery in a first operating position.
  • Figure 3B is a sectional view of the crank 3 along the axis B-B of Figure 3A.
  • Figures 4A and 4B are sectional views, corresponding to the sectional views of Figures 3A and 3B, showing the crank 3 in a second operating position.
  • the crank 3 of the crankset 1 comprises two parts 33 and 34 movable in translation relative to each other in the length of the crank.
  • the parts 33 and 34 are in the form of coaxial tubes of different diameters.
  • the tube 34 of smaller diameter, fits and can slide in the tube 33, thus forming a telescopic crank.
  • End stops are provided adapted to prevent the tube 34 from fully exiting the tube 33, and preventing the tube 34 from entering the tube 33 beyond a certain depth. These stops consist for example of lugs 35 arranged on the inner wall of the tube 33 and on the outer wall of the tube 34.
  • the end of the tube 33 opposite the tube 34 is fixed to the transmission plate 5 of the pedal, and the end of the tube 34 opposite the tube 33 supports the pedal 9 movable in rotation about the axis 11.
  • the invention is not limited to this particular configuration. In particular, it would be possible to fix the tube 34, moreover small diameter, to the transmission plate 5, and the tube 33, of larger diameter, to the pedal 9.
  • Provision means for returning the crank to a rest position for example a retracted position.
  • the tube 33 comprises a transverse support rod 37.
  • the tube 34 comprises a transverse support rod 38 parallel to the rod 37.
  • a belt or elastic membrane 39 extends between the support rods 37 and 38.
  • a spring mechanism may be provided.
  • the proposed pedal includes a third degree of freedom allowing a movement of two distinct parts of the crank in translation relative to each other.
  • the inventors propose to exploit the movement linked to this new degree of freedom to produce electricity.
  • an electro-active material is associated with the belt 39 so that the deformations of the belt cause mechanical stress variations in this material, and consequently the formation of electrical charges.
  • An electrode system not shown is provided to collect the generated charges.
  • the electroactive material is for example a piezoelectric material or a dielectric polymer. This material can be deposited directly on the belt or on a portion of the belt, or deposited on a deformable intermediate support, itself fixed at at least two points distinct to the belt. It may also provide a belt directly made of an electro-active material.
  • the amount of electrical energy produced in the crank 3 increases with the length of the stroke of the tube 34 relative to the tube 33.
  • This stroke must not exceed a certain length so as not to disturb the pedaling cycle of the user.
  • the length of the stroke of the tube 34 relative to the tube 33 may be between 0.1 centimeters (if one uses a piezoelectric material) and 1 cm (if a dielectric polymer is used). The invention is however not limited to these particular values.
  • the belt 39 may be deformable but not elastic.
  • complementary return means for example springs, will be provided to return the tubes 33 and 34 to a rest position.
  • the provision of an elastic belt 39 is a preferred embodiment of the invention since it allows to combine in a single element the return means and the energy conversion means.
  • An advantage of the proposed energy recovery system is that it does not require the provision of extra effort on the part of the user. Indeed, only the radial component of the force exerted by the cyclist, pre-existing and useless to the operation of the bicycle, is exploited.
  • Another advantage of the proposed system is that it is particularly simple to implement and inexpensive.
  • FIG. 5 is a partially sectional view of a crankset 1, schematically showing an alternative embodiment of the crank 3 energy recovery of Figures 3A to 4B in a first operating position.
  • Figure 6 is a partially sectional view of the crankset 1, showing the crank 3 of Figure 5 in a second operating position.
  • crank 3 comprises two tubes 33 and 34 of different diameters and a system of end stops comprising pins 35.
  • the crank 3 comprises two distinct deformable membranes 53 and 54.
  • the membranes 53 and 54 have the shape of cylinders disposed between the inner wall of the tube 33 and the outer wall of the tube 34.
  • the membrane 53 is fixed with a share a lug 35a ring, secured to the tube 34, and secondly to a lug 35b ring, integral with the tube 33, the lug 35a being located on the side of the plate 5 relative to the lug 35b.
  • the membrane 54 is fixed on the one hand to a lug 35c in a ring, integral with the tube 34, and on the other hand to the lug 35b, the lug 35c being located on the side of the pedal 9 with respect to the lug 35b.
  • the membranes 53 and 54 may be elastic or not, and a complementary return mechanism, for example a spring mechanism, may be provided to return the tubes 33 and 34 to a rest position when no radial force is exerted on the crank.
  • a complementary return mechanism for example a spring mechanism
  • an advantage of the energy recovery crank of FIGS. 5 and 6 is that it makes it possible to exploit both directions of the translational movement of the tube 33 with respect to the tube 34.
  • an electromechanical conversion system enabling a user to adjust the total length of the crank by causing, by a supply of electrical energy, the translational movement of the crank. tube 33 relative to the tube 34.
  • the electromechanical conversion system may be an electro-active membrane of the type described above, a linear motor, or any other suitable system.
  • Such a system allows for example an assistance allowing the user to adjust the length of the crank during operation of the device. Shortening the crank reduces the torque exerted, and an elongation of the crank leads to increase the torque exerted.
  • the user can for example shorten the length of the crank in the climbs and increase the length of the crank in descents.
  • crank structure comprising two parts movable in translation relative to each other in the direction of the crank may be used.
  • crank structure comprising two parts movable in translation relative to each other in the direction of the crank may be used.
  • crank of the type described above mounted not in rotation about a fixed axis, but one end of which is connected to a linear bar (or rail), this end being able to slide in translation along the bar .
  • crank device for both the energy recovery and the length adjustment of the crank.
  • lugs or notches defining ranges in which the length of the crank is likely to vary under the action of the mechanical force exerted by the user.
  • These lugs or notches can not be crossed under the effect of the only force exerted by the user.
  • they can be crossed using the electromechanical conversion system, under the effect of a supply of electrical energy.
  • any mechano-electric conversion system adapted to exploit the translational movement between the two mobile parts of the crank may be used, for example a linear motor.

Landscapes

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  • Transmission Devices (AREA)
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Abstract

L'invention concerne une manivelle comprenant des première (33) et seconde (34) parties mobiles en translation l'une par rapport à l'autre, et un dispositif (39) de conversion d'énergie.

Description

DISPOSITIF A MANIVELLE INTEGRANT UN SYSTEME DE CONVERSION
D ' ENERGIE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne la récupération d'énergie mécanique dans un véhicule à pédales, par exemple une bicyclette, pour produire de l'électricité. Elle vise plus généralement la conversion d'énergie dans les dispositifs à manivelle .
Exposé de 1 ' art antérieur
Sur certaines bicyclettes, les pédales sont équipées de systèmes d'éclairage, par exemple des éclairages à LED, et/ou de divers capteurs. Pour l'alimentation de ces dispositifs, on a proposé d'intégrer dans la pédale un petit alternateur adapté à convertir l'énergie mécanique de rotation de la pédale autour de son axe en énergie électrique. Des systèmes de ce type sont décrits dans les demandes de brevet US2003/0035295 et US2002/0134192.
Un inconvénient de ces systèmes est que 1 ' intégration d'un alternateur dans une pédale est complexe et coûteuse. Un alternateur comprend en outre des pièces de poids relativement élevé comme des aimants. De plus, ce type de dispositif est assez bruyant en fonctionnement, ce qui constitue une nuisance pour l'utilisateur. Par ailleurs, l'exploitation du mouvement de rotation de la pédale autour de son axe pour produire de l'électricité requiert un effort supplémentaire de la part de l'utilisateur. Elle se fait donc au détriment des performances et/ou du confort d'utilisation de la bicyclette.
On pourrait également exploiter les mouvements de rotation du pédalier autour de son axe, en intégrant un alternateur au niveau de cet axe. Toutefois, un tel système présenterait les mêmes inconvénients de coût, de poids, de bruit, et d'effort supplémentaire à fournir, que les systèmes intégrés aux pédales.
Plus généralement, des problèmes similaires peuvent se poser dans tout dispositif à manivelle.
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un système de récupération d'énergie dans un dispositif à manivelle, palliant au moins en partie certains des inconvénients des solutions de l'art antérieur .
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un tel système moins coûteux, moins lourd, et moins bruyant que les systèmes existants.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un tel système ne nécessitant pas la fourniture d'un effort supplémentaire de la part de l'utilisateur, ou dans lequel l'effort supplémentaire devant être fourni par l'utilisateur est négligeable.
Il serait en outre souhaitable de disposer d'un dispositif à manivelle intégrant un système d'assistance à 1 'utilisation.
Plus généralement, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un dispositif à manivelle intégrant un système de conversion d'énergie.
Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une manivelle comprenant des première et seconde parties mobiles en translation l'une par rapport à l'autre, et un dispositif de conversion d'énergie.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit dispositif comprend un système de conversion mécano- électrique pour exploiter un mouvement de translation entre les première et seconde parties.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit dispositif comprend un système de conversion électro¬ mécanique pour provoquer un mouvement de translation entre les première et seconde parties.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manivelle comprend en outre des moyens de rappel des première et seconde parties vers une position de repos.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit dispositif comprend au moins un élément en un polymère électro-actif.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit dispositif comprend au moins un élément en matériau piézoélectrique .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit dispositif comprend une membrane déformable fixée entre les première et seconde parties.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite membrane est élastique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits moyens de rappel comprennent un mécanisme à ressorts.
On prévoit également un pédalier comprenant un plateau de transmission, une pédale, et une manivelle, dans lequel les première et seconde parties de la manivelle sont respectivement fixées au plateau et à la pédale.
On prévoit également une bicyclette comprenant un tel pédalier.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue de côté représentant de façon schématique un pédalier de bicyclette ;
la figure 2 est un diagramme représentant de façon schématique l'évolution des forces exercées par un cycliste sur une manivelle de pédalier lors d'un cycle de pédalage normal ;
la figure 3A est une vue partiellement en coupe d'un pédalier, représentant de façon schématique un mode de réalisation d'une manivelle à récupération d'énergie dans une première position de fonctionnement ;
la figure 3B est une vue en coupe de la manivelle de la figure 3A selon l'axe B-B de la figure 3A ;
les figures 4A et 4B sont des vues en coupe, correspondant aux vues en coupe des figures 3A et 3B, représentant la manivelle à récupération d'énergie des figures 3A et 3B dans une deuxième position de fonctionnement ;
la figure 5 est une vue partiellement en coupe d'un pédalier, représentant de façon schématique une variante de réalisation de la manivelle à récupération d'énergie de la figure 3A dans une première position de fonctionnement ; et
la figure 6 est une vue partiellement en coupe d'un pédalier, représentant la manivelle de la figure 5 dans une deuxième position de fonctionnement.
Description détaillée
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.
L'invention sera décrite ci-après en relation avec des exemples de pédalier de bicyclette. Elle s'applique toutefois plus généralement à tout dispositif à manivelle, par exemple un winch, un cric, un treuil, etc.
La figure 1 est une vue de côté représentant de façon schématique un pédalier 1. Le pédalier 1 comprend une manivelle 3 dont une première extrémité est fixée à un plateau de transmission 5 de forme générale circulaire. La manivelle 3, constituée d'une barre ou d'un tube rigide, par exemple en acier ou en aluminium, est soudée ou vissée au plateau 5 selon une direction radiale. Le plateau 5 est mobile en rotation autour d'un axe 7 orthogonal au plateau et passant par le centre du plateau. L'axe 7 constitue l'axe de rotation du pédalier. A sa périphérie, le plateau 5 comprend généralement des dents, non représentées, adaptées à entraîner une chaîne de transmission. Du côté de sa seconde extrémité, la manivelle 3 est adaptée à recevoir une pédale 9 mobile en rotation autour d'un axe 11 parallèle à l'axe 7.
Une seconde manivelle (non représentée) est généra¬ lement prévue sur l'axe 7, de l'autre côté du cadre dans le cas d'une bicyclette, formant un angle d' approximativement 180° avec la manivelle 3. Cette seconde manivelle supporte une pédale (non représentée) mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe 11.
Lorsque le cycliste appuie sur les pédales, l'effort est transmis au plateau 5 par les manivelles 3, entraînant un mouvement de rotation du pédalier autour de l'axe 7. Les pédales 9 tournent autour de leurs axes respectifs 11 de façon à accompagner le mouvement des pieds du cycliste. En figure 1, on a représenté à titre d'exemple quatre positions la à ld du pédalier 1 dans sa rotation autour de l'axe 7 (dans le sens illustré par la flèche f) .
On notera que le pédalier 1 forme classiquement un ensemble mécanique à deux degrés de liberté. Un premier degré de liberté permet le mouvement de la pédale 9 en rotation autour de son axe 11, et un second degré de liberté permet le mouvement de rotation du plateau 5 autour de son axe 7.
Selon un aspect général d'un mode de réalisation de la présente invention, on propose ici d'intégrer un système de conversion d'énergie dans une manivelle.
La figure 2 est un diagramme représentant de façon schématique l'évolution des forces exercées par un cycliste sur une manivelle de pédalier lors d'un cycle de pédalage normal. En abscisse, on a représenté l'angle, en degrés (°), formé entre la manivelle et la verticale, et en ordonnée, la valeur des forces en newton (N) . Ce diagramme correspond à un cycle de pédalage complet, de 0 à 360°, effectué sur une bicyclette en position normale de fonctionnement, sur une route sans dénivelé significatif, par un cycliste en position assise. Un angle de 0° (ou 360°) en abscisse correspond au passage de la pédale à sa position la plus haute, alors qu'un angle de 180° correspond au passage de la pédale à sa position la plus basse (position lb de la figure 1) .
Lorsque le cycliste appuie sur les pédales, la force transmise à chaque manivelle est en fait la somme d'une force tangentielle F^ (figure 1) , orthogonale à la manivelle et parallèle au plan du plateau de transmission, et d'une force radiale FR, parallèle à la manivelle.
Comme l'illustre le diagramme, la composante tangentielle F^ est dominante par rapport à la composante radiale FR. La composante F est maximale (proche de 400 N dans cet exemple) autour de 90° (position la de la figure 1), et minimale (proche de 0 N dans cet exemple) autour de 330°. La composante radiale FR est maximale (proche de 50 N dans cet exemple) autour de 180°, et minimale (proche de -50 N dans cet exemple) autour de 0°. La composante radiale FR s'annule brièvement approximativement à 90° et à 270°.
La composante tangentielle F entraîne la mise en rotation du pédalier autour de son axe. En revanche, la composante radiale FR est une force qui ne contribue pas à la mise en mouvement de la bicyclette. On notera que le diagramme de la figure 2 est donné uniquement à titre d'exemple, et que de nombreux facteurs sont susceptibles de modifier l'évolution des composantes FR et F^ au cours du cycle de pédalage. Le cycliste peut par exemple apprendre, par des techniques de pédalage adaptées, à minimiser la composante radiale FR de la force qu'il exerce sur la manivelle. Toutefois, dans la pratique, cette composante radiale reste inévitablement non négligeable.
On propose ici d'intégrer, dans une manivelle de pédalier, un système de conversion mécano-électrique adapté à exploiter la composante radiale FR de la force exercée sur la manivelle par le cycliste.
La figure 3A est une vue partiellement en coupe d'un pédalier 1, représentant de façon schématique un mode de réalisation d'une manivelle 3 à récupération d'énergie dans une première position de fonctionnement.
La figure 3B est une vue en coupe de la manivelle 3 selon l'axe B-B de la figure 3A.
Les figures 4A et 4B sont des vues en coupe, correspondant aux vues en coupe des figures 3A et 3B, représentant la manivelle 3 dans une deuxième position de fonctionnement .
La manivelle 3 du pédalier 1 comprend deux parties 33 et 34 mobiles en translation l'une par rapport à l'autre dans la longueur de la manivelle. Dans cet exemple, les parties 33 et 34 ont la forme de tubes coaxiaux de diamètres différents. Le tube 34, de plus petit diamètre, s'emboîte et peut coulisser dans le tube 33, formant ainsi une manivelle télescopique . On prévoit des butées de fin de course adaptées à empêcher le tube 34 de sortir totalement du tube 33, et à empêcher le tube 34 de rentrer dans le tube 33 au-delà d'une certaine profondeur. Ces butées sont par exemple constituées d'ergots 35 disposés sur la paroi intérieure du tube 33 et sur la paroi extérieure du tube 34.
Dans cet exemple, l'extrémité du tube 33 opposée au tube 34 est fixée au plateau de transmission 5 du pédalier, et l'extrémité du tube 34 opposée au tube 33 supporte la pédale 9 mobile en rotation autour de l'axe 11. On notera que l'invention ne se limite pas à cette configuration particulière. En particulier, on pourrait prévoir de fixer le tube 34, de plus petit diamètre, au plateau de transmission 5, et le tube 33, de plus grand diamètre, à la pédale 9.
On prévoit des moyens de rappel de la manivelle vers une position de repos, par exemple une position rétractée. Dans cet exemple, à distance intermédiaire entre le plateau 5 et le commencement du tube 34, le tube 33 comporte une tige de support transverse 37. De plus, à une distance intermédiaire entre la pédale 9 et le commencement du tube 33, le tube 34 comporte une tige de support transverse 38 parallèle à la tige 37. Une courroie ou membrane élastique 39 s'étend entre les tiges de support 37 et 38.
Lorsqu'une force radiale positive est exercée sur la manivelle 3, par l'intermédiaire de la pédale 9, la manivelle 3 tend à s'allonger, provoquant une extension de la courroie 39 (figures 4A, 4B) . Lorsque cette force cesse de s'exercer, ou lorsqu'une force radiale négative est exercée sur la manivelle 3, la courroie 39 tend à se rétracter vers une position de repos, entraînant une diminution de la longueur totale de la manivelle (figures 3A, 3B) .
On notera que tout autre moyen de rappel de la manivelle
3 vers une position de repos pourra être utilisé. On pourra par exemple prévoir un mécanisme à ressorts.
Par rapport aux pédaliers habituels à deux degrés de liberté, le pédalier proposé comprend donc un troisième degré de liberté autorisant un mouvement de deux parties distinctes de la manivelle en translation l'une par rapport à l'autre. Les inventeurs proposent d'exploiter le mouvement lié à ce nouveau degré de liberté pour produire de l'électricité.
Dans cet exemple, un matériau électro-actif est associé à la courroie 39 de façon que les déformations de la courroie entraînent des variations de contraintes mécaniques dans ce matériau, et par conséquent la formation de charges électriques. Un système d'électrodes non représenté est prévu pour collecter les charges générées. Le matériau électro-actif est par exemple un matériau piézoélectrique ou un polymère diélectrique. Ce matériau peut être déposé directement sur la courroie ou sur une partie de la courroie, ou déposé sur un support intermédiaire déformable, lui-même fixé en au moins deux points distincts à la courroie. On pourra aussi prévoir une courroie directement constituée d'un matériau électro-actif.
La quantité d'énergie électrique produite dans la manivelle 3 augmente avec la longueur de la course du tube 34 par rapport au tube 33. Cette course ne doit toutefois pas dépasser une certaine longueur pour ne pas perturber le cycle de pédalage de l'utilisateur. A titre d'exemple, dans le cas d'une manivelle de pédalier de longueur comprise entre 15 et 20 centimètres, la longueur de la course du tube 34 par rapport au tube 33 pourra être comprise entre 0,1 centimètres (si l'on utilise un matériau piézoélectrique) et 1 cm (si l'on utilise un polymère diélectrique). L'invention ne se limite toutefois pas à ces valeurs particulières.
Dans une variante de réalisation, la courroie 39 pourra être déformable mais pas élastique. Dans ce cas, des moyens de rappel complémentaires, par exemple des ressorts, seront prévus pour ramener les tubes 33 et 34 vers une position de repos. La prévision d'une courroie 39 élastique constitue toutefois un mode de réalisation préféré de l'invention puisqu'elle permet de combiner en un seul élément les moyens de rappel et les moyens de conversion d'énergie.
Un avantage du système de récupération d'énergie proposé est qu'il ne nécessite pas la fourniture d'un effort supplémentaire de la part de l'utilisateur. En effet, seule la composante radiale de la force exercée par le cycliste, préexistante et inutile au fonctionnement de la bicyclette, est exploitée.
Un autre avantage du système proposé est qu'il est particulièrement simple à mettre en oeuvre et peu onéreux.
Un autre avantage d'un tel système est qu'il est léger et silencieux en comparaison des systèmes à générateur électro- magnétique. La figure 5 est une vue partiellement en coupe d'un pédalier 1, représentant de façon schématique une variante de réalisation de la manivelle 3 à récupération d'énergie des figures 3A à 4B dans une première position de fonctionnement.
La figure 6 est une vue partiellement en coupe du pédalier 1, représentant la manivelle 3 de la figure 5 dans une deuxième position de fonctionnement.
Comme aux figures 3A à 4B, la manivelle 3 comprend deux tubes 33 et 34 de diamètres différents et un système de butées de fin de course comprenant des ergots 35.
La manivelle 3 comprend deux membranes déformables distinctes 53 et 54. Dans cet exemple, les membranes 53 et 54 ont la forme de cylindres disposées entre la paroi intérieure du tube 33 et la paroi extérieure du tube 34. La membrane 53 est fixée d'une part à un ergot 35a en couronne, solidaire du tube 34, et d'autre part à un ergot 35b en couronne, solidaire du tube 33, l'ergot 35a étant situé du côté du plateau 5 par rapport à l'ergot 35b. La membrane 54 est fixée d'une part à un ergot 35c en couronne, solidaire du tube 34, et d'autre part à l'ergot 35b, l'ergot 35c étant situé du côté de la pédale 9 par rapport à l'ergot 35b.
Lorsque la manivelle 3 s'allonge sous l'effet d'une force radiale positive exercée sur la pédale, la membrane 53 se rétracte et la membrane 54 se tend. A l'inverse, lorsque la manivelle 3 se rétracte, en l'absence de force radiale, ou sous l'effet d'une force radiale négative exercée sur la pédale, la membrane 53 se tend et la membrane 54 se rétracte.
Les membranes 53 et 54 peuvent être élastiques ou non, et un mécanisme de rappel complémentaire, par exemple un mécanisme à ressort, peut être prévu pour ramener les tubes 33 et 34 vers une position de repos lorsqu ' aucune force radiale n'est exercée sur la manivelle.
Un avantage de la manivelle à récupération d'énergie des figures 5 et 6 est qu'elle permet d'exploiter les deux sens du mouvement de translation du tube 33 par rapport au tube 34. Selon un autre aspect d'un mode de réalisation de la présente invention, on prévoit un système de conversion électromécanique permettant à un utilisateur de régler la longueur totale de la manivelle en provoquant, par un apport d'énergie électrique, le mouvement de translation du tube 33 par rapport au tube 34. Le système de conversion électro-mécanique pourra être une membrane électro-active du type décrit ci- dessus, un moteur linéaire, ou tout autre système adapté.
Un tel système permet par exemple une assistance permettant à l'utilisateur de régler la longueur de la manivelle pendant le fonctionnement du dispositif. Un raccourcissement de la manivelle conduit à réduire le couple exercé, et un allongement de la manivelle conduit à augmenter le couple exercé. Dans le cas d'un pédalier de bicyclette, l'utilisateur pourra par exemple raccourcir la longueur de la manivelle dans les montées et augmenter la longueur de la manivelle dans les descentes .
Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.
En particulier, l'homme de l'art saura adapter la structure de manivelle proposée. Toute structure de manivelle comportant deux parties mobiles en translation l'une par rapport à l'autre selon la direction de la manivelle pourra être utilisée. On pourra par exemple prévoir une manivelle en deux parties plates allongées coulissant l'une sur l'autre.
On pourra également prévoir une manivelle du type décrit ci-dessus montée non pas en rotation autour d'un axe fixe, mais dont une extrémité est reliée à une barre (ou rail) linéaire, cette extrémité pouvant coulisser en translation le long de la barre.
De plus, on notera que les systèmes de conversion mécano-électrique et électro-mécanique mentionnés ci-dessus pourront être confondus . On pourra prévoir un dispositif à manivelle permettant à la fois la récupération d'énergie et le réglage de longueur de la manivelle. Pour cela on prévoit par exemple un système d'ergots ou de crans, définissant des plages dans lesquelles la longueur de la manivelle est susceptible de varier sous l'action de la force mécanique exercée par l'utilisateur. Ces ergots ou crans ne peuvent être franchis sous l'effet de la seule force exercée par l'utilisateur. En revanche, ils peuvent être franchis à l'aide du système de conversion électro-mécanique, sous l'effet d'un apport d'énergie électrique.
Par ailleurs, tout système de conversion mécano- électrique adapté à exploiter le mouvement de translation entre les deux parties mobiles de la manivelle pourra être utilisé, par exemple un moteur linéaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Manivelle comprenant des première (33) et seconde (34) parties susceptibles de coulisser en translation l'une par rapport à l'autre en entraînant une variation de la longueur totale de la manivelle, et un dispositif (39) de conversion d'énergie pour exploiter ou provoquer un mouvement de translation entre les première et seconde parties.
2. Manivelle selon la revendication 1, dans laquelle ledit dispositif comprend un système de conversion mécano- électrique pour exploiter un mouvement de translation entre les première et seconde parties.
3. Manivelle selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit dispositif comprend un système de conversion électro-mécanique pour provoquer un mouvement de translation entre les première et seconde parties.
4. Manivelle selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, comprenant en outre des moyens (39) de rappel des première (33) et seconde (34) parties vers une position de repos .
5. Manivelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ledit dispositif comprend au moins un élément (39) en un polymère électro-actif.
6. Manivelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ledit dispositif comprend au moins un élément en matériau piézoélectrique.
7. Manivelle selon l'une quelconque des revendications
1 à 6, dans laquelle ledit dispositif comprend une membrane déformable (39) fixée entre les première (33) et seconde (34) parties .
8. Manivelle selon la revendication 7, dans laquelle ladite membrane est élastique.
9. Manivelle selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans laquelle lesdits moyens de rappel comprennent un mécanisme à ressorts.
10. Pédalier (1) comprenant un plateau de transmission (5), une pédale (9), et une manivelle (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les première (33) et seconde (34) parties de la manivelle sont respectivement fixées au plateau (5) et à la pédale (9) .
11. Bicyclette comprenant un pédalier selon la revendication 10.
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