FR2722163A1 - Dispositif oscillant de transformation de l'energie musculaire en energie mecanique, notamment pour la propulsion de bicyclettes - Google Patents

Abstract

Ce dispositif comprend principalement un pédalier à pédales oscillantes (301) et des manettes oscillantes (661) utilisables séparément ou en combinaison, par l'intermédiaire de contre-manivelles (481), prolongeant les manivelles oscillantes (311) du pédalier au delà de leur axe d'articulation des cordes de traction flexibles (501) reliant les contre-manivelles (481) à des leviers indépendants (731) accolés aux manettes oscillantes indépendantes (661) et des doigts de verrouillage à poignée de manoeuvre (671) montés contre les manettes oscillantes (661) rappelés par des ressorts dans des orifices percés dans le moyeu des leviers indépendants (731). Le pédalier oscillant pour être rendu multiplicateur par l'incorporation d'un système à roue solaire (391), satellites (411, 414) et secteur planétaire (410).

Description

L'invention concerne un dispositif oscillant de transformation de

l'énergie musculaire en énergie mécanique, notamment

pour la propulsion de bicyclettes.

Il est connu, depuis des temps immémoriaux, d'utiliser l'énergie

musculaire fournie par les bras ou/et les jambes d'une per-

sonne pour engendrer et entretenir la rotation d'un organe mé-

canique, tour de palier, chignole à main, machine à coudre à pé-

dales, générateur électrique de campagne, etc.

A l'origine, il s'agissait principalement de l'entraînement en ro-

tation d'un outil, mis en oeuvre à partir d'un bâti fixe.

Plus prés de nous, c'est-à-dire en 1790, il fut inventé un moyen permettant à l'homme de se déplacer sur le sol, à une vitesse excédant celle qu'il pouvait normalement atteindre. Le cycle, et

plus précisément la bicyclette, était née.

Le concept de propulsion mécanique alors choisi, et encore en

vigueur de nos jours, est le pédalier à rotation circulaire, solida-

risé en rotation de la roue avant sur les toutes premières bicy-

clettes, ou disposé entre les roues avec solidarisation en rota-

tion avec la roue arrière, généralement par une transmission à

chaîne et pignons, sur les bicyclettes actuelles.

Il faut souligner que, sauf sur des tricycles destinés aux dépla-

cements d'infirmes, I'énergie musculaire des bras n'est pas uti-

lisée sur les cycles actuels en raison de leur ergonomie totale-

ment inadaptée. En effet, I'énergie des bras est déjà durement sollicitée pour soutenir, à la fois, le rapport du poids du buste sur le guidon, pour contrer les forces de réaction des pieds, et,

enfin, pour contrôler l'équilibre de la direction de la machine.

On constate, par ailleurs, que l'énergie disponible des bras,

pour soutenir la motorisation, est très réduite et que la trans-

mission de cette énergie est compliquée par l'éloignement du pédalier. 1 0 La cinématique de ce type de pédalier montre que - La force motrice (F1) résultant d'une poussée (F) sur l'une des

pédale est, en chaque point de la trajectoire circulaire, calcu-

lable selon la relationZ(F1) =L(F) cos. bêta

bêta correspondant à l'angle de rotation des pédales par rap-

port au plan vertical passant par son axe. Lorsque les pédales sont aux positions extrêmes (haut et bas), le cosinus de l'angle bêta de la poussée (F) est nul et la résultante motrice est nulle

ce qui constitue deux points morts diamétralement opposés.

- Le déplacement de chaque pied est extravaguant, puisque ce-

lui-ci parcourt, à chaque tour de manivelle classique de 17 cm

de rayon, une trajectoire circulaire, développant 1,07 m de cir-

conférence, et une course verticale de 0,34 m, qui peut être

comparée à deux fois la hauteur d'une marche d'escalier.

- Enfin, la courbe de puissance de ce pédalier est constamment

déphasée par rapport à celle du cycliste, attendu que la puis-

sance maximum transmise par le pédalier est atteinte à mi-

course et correspond à une position encore trop fléchie des jambes et que la puissance maximum développée par celles-ci s'exprime en fin d'extension, c'est-à-dire au niveau du point

mort inférieur du pédalier, o la résultante motrice est nulle.

Cette fâcheuse discordance explique la posture dite "en dan-

seuse" adoptée par les coureurs cyclistes en recherche de puissance, qui, debout sur les pédales, corrigent ce déphasage en faisant correspondre la position horizontale à mi-course des pédales avec la position en extension des jambes; mais cette posture précaire consomme énormément d'énergie inutile, et

offre une plus grande prise au vent.

Quant aux bras, ils sont déjà mobilisés en pure perte, comme

nous l'avons déjà dit.

On connaît déjà, par le brevet européen 228 du 20 juin 1978, un

dispositif de propulsion musculaire, notamment pour un véhi-

cule présentant au moins trois points d'appui (tricycle). Avec ce

dispositif, la force musculaire des jambes et des bras est re-

transmise à la roue arrière par l'intermédiaire de deux roues

libres indépendantes, mues chacune par un enrouleur-dérou-

leur combiné à un câble relié à un levier articulé par rapport à un axe situé sur l'avant de l'engin. Ces deux leviers, ou pédales, actionnables par les jambes selon un mouvement oscillant, ont été combinés à deux autres leviers oscillants, destinés, eux, à être actionnés par les bras. Comme le précise l'inventeur, ce

système ne convient pas aux bicyclettes.

Par ailleurs, on connaît aussi, dans le domaine de la propulsion par pédalier oscillant, les dispositifs décrits dans les docu- ments suivants: - brevet français 2 042 609, pour un mécanisme de propulsion

pour bicyclettes, comportant deux pédales, actionnant, cha-

cune, un levier coopérant par l'intermédiaire d'une chaîne et d'une roue libre à l'entraînement de la roue arrière,

- brevet français 2 460 834, pour un pédalier "à manivelles amo-

vibles" qui fonctionnent "en battements de bas en haut", qui in-

i15 tercale une roue libre entre chaque manivelle et l'axe du péda-

lier supportant le plateau denté,

- brevet européen 0 029 055, pour un pédalier de cycle oscillant.

Ce dispositif s'affranchit de la classique roue dentée d'entraî-

nement, mais exige un ressort de rappel constant de-la chaîne taré en 1, 1 et 2,3 daN de poussée, qui consomme inutilement de l'énergie,

- brevet français 2 516 041, pour un para-système bielle-mani-

velle à roues libres axiales jumelées. Ce dispositif constitue

une solution intermédiaire à celles décrites dans les deux docu-

ments précédents, - brevet français 2 577 294, pour un dispositif destiné à mouvoir

des engins à l'aide de l'énergie musculaire. Le dispositif de pro-

pulsion comprend deux pédales oscillantes, dirigées vers le bas. Dans le domaine de la propulsion d'un cycle à l'aide des bras,

on peut citer la demande internationale PCT/WO/85 03265.

L'énergie musculaire des bras est utilisée alternativement pour

mouvoir, par l'intermédiaire de leviers, de cliquets et de cré-

maillères, les roues d'une chaise roulante.

Tous ces dispositifs présentent l'inconvénient de recourir, soit

à des techniques assez simplistes et anti-mécaniques ne per-

mettant pas d'optimiser le transfert d'énergie ni la transforma-

tion d'énergie, soit à des techniques à cinématiques com-

plexes, et, par conséquent, onéreuses et peu fiables.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé-

nients. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à créer un pédalier oscillant, combinable à

volonté avec des manettes oscillantes, avec lequel il soit pos-

sible d'obtenir - un système de transmission commun animant la roue motrice, - une économie de déplacement des jambes et des bras, - une harmonisation de l'amplitude maximum des pédales et des manettes oscillantes, - la synchronisation des courbes de puissance, - une puissance notablement accrue du pédalier seul ou combi-

né pourvu d' une motricité quasi-continue: la poussée de cha-

que pied ou de chaque main prolongeant sans interruption la poussée de l'autre,

- la modulation de l'amplitude de pédalage au gré de l'utilisa-

teur, en fonction de son rythme, de sa capacité physique et de sa foulée, et dont la réduction a, en outre, pour effet d'accroître

le rendement du pédalier vers 100 %, comme l'indique le ta-

bleau reproduit plus bas,

- la libre synchronisation des pédales et des manettes os-

cillantes, qui a pour effet de doubler la puissance transmise au pédalier pendant la durée d'une poussée simultanée des deux pieds ou /et d'une traction des deux mains, à la suite d'un retour accéléré des pédales, qui permet, cependant, de commencer la poussée d'un pied et d'une main pendant la fin de la poussée de l'autre,

- un mouvement uniformément continu du mécanisme de trans-

mission (plateaux, chaînes, pignons) exempt de pertes d'éner-

gie inertielle, - I'arrêt complet du mécanisme de transmission en situation de roue libre, qui stoppe toutes les résistances mécaniques et

donc les pertes d'énergie.

Avec le dispositif que nous proposons, les manivelles sont ani-

mées d'un mouvement, non plus rotatif, mais oscillant, et cha- que cycle comprend un aller moteur, durant lequel s'exerce la

poussée du pied sur la pédale correspondante, et un retour in-

versé à la position de départ. Le pédalier oscillant assure donc la même fonction qu'un pédalier classique, mais il en améliore

notablement le rendement.

Le rendement est donné par le rapport entre la force de poussée

(F), appliquée à la pédale, et la force résultante motrice (F1).

L'application de la formule déjà citée,_(F1) =I(F) cos. bêta, au pédalier circulaire classique et au pédalier oscillant, permet

d'obtenir les résultats comparatifs suivants, en terme de rende-

ment amplitude 360 110 90 600 500 30

pédalier 0,64 - - - - -

circulaire pédalier dosilln - 0,85 0,90 0,95 0,97 0, 99 oscillant On remarquera que

- le rendement du pédalier oscillant tend vers 100 % quand l'am-

plitude de pédalage tend vers zéro, - le rendement théorique d'un pédalier circulaire n'est que de 64%, alors que celui d'un pédalier oscillant calé à 90 est de %, - le rapport des rendements des pédaliers circulaire et oscillant est de 1,406, soit un gain de rendement de 40 % d'un pédalier oscillant par rapport au pédalier circulaire, - le cycliste qui réduit l'amplitude de pédalage à 50 améliore i15 encore le rendement, puisque celui-ci s'élève alors à 0,97 avec

un rapport de 0,97/0,64 = 1,5, soit un gain de rendement théori-

que de 50 % par rapport au pédalier circulaire.

Toutefois, dans la pratique, c'est le rendement global, c'est-à-

dire le rapport entre l'énergie mécanique reçue par la roue mo-

trice et l'énergie musculaire transmise aux pédales oscillantes,

qui importe le plus à l'utilisateur.

Ce rendement global étant le produit des rendements de cha-

cun des éléments dynamiques constituant l'ensemble du dispo-

sitif de transformation d'énergie et de transmission, on com-

prend que celui-ci sera directement fonction de la conception

des dits éléments, à commencer par le pédalier oscillant lui-

même et les manettes oscillantes susceptibles d'être combi-

nées au pédalier, dans le but de récupérer le maximum d'éner-

gie musculaire, comme l'enseigne le brevet européen 228 cité et analysé plus haut Le dispositif oscillant de transformation de l'énergie musculaire en énergie mécanique selon l'invention, constitué d'un pédalier

à pédales oscillantes et de manettes oscillantes utilisables sé-

parément ou en combinaison, se caractérise principalement en ce que le pédalier à pédales oscillantes est constitué de deux manivelles à pédales, montées folles aux extrémités d'un arbre monté libre en rotation dans un boîtier supporté par une console, d'un moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des dites manivelles avec leur arbre d'articulation, et

d'au moins un plateau denté solidarisé à l'arbre, destiné à l'en-

traînement d'une chaîne de transmission, de moyens d'équili-

brage et de récupération d'énergie, et de moyens permettant de

régler l'amplitude du débattement des manivelles. Les ma-

nettes oscillantes sont constituées, pour l'essentiel, de deux manettes indépendantes, à poignées de manoeuvre montées

folles sur les extrémités d'un arbre fixé à l'extrémité d'une po-

tence, de deux leviers indépendants accolés aux manettes, de ressorts annulaires de récupération d'énergie, qui assurent, en outre, le rappel en arrière des manettes pourvues d'ergots, en butée contre la potence, et de ressorts spiraux qui impriment une rotation opposée aux leviers plaqués sur les butées avants, d'un système de blocage des manettes et des leviers dans cette

position correspondant au simple guidon et d'un système d'em-

brayage permettant d'assurer la motorisation avec le déblo-

cage des manettes et la mise en action des leviers. Ces ma-

nettes oscillantes sont utilisables séparément ou en combinai-

son avec les pédales oscillantes par l'intermédiaire de contre-

manivelles prolongeant les pédales oscillantes au-delà de leur axe d'articulation, de cordes de traction flexibles, semi-rigides,

reliant l'extrémité des contre-manivelles à l'extrémité des le-

viers indépendants accolés aux manettes indépendantes, et de doigts de verrouillage, à poignée de manoeuvre, montés contre les manettes oscillantes, rappelés par des ressorts dans des

orifices percés dans le moyeu des leviers indépendants.

Selon un premier mode de réalisation, le moyen de solidarisa-

tion intermittente dans un seul sens des manivelles avec leur

i15 arbre d'articulation est constitué de deux roues à rochet, soli-

daires de l'arbre d'articulation des manivelles, et de deux cli-

quets à rappel contre les roues à rochet par des ressorts fixés

contre les côtés des manivelles.

Toutefois, ledit moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des manivelles avec leur arbre d'articulation peut être, en variante, constitué de roues libres interposées entre le

moyeu des manivelles et leur arbre d'articulation.

Selon un second mode de réalisation, le moyen de solidarisa-

tion intermittente dans un seul sens des manivelles avec leur arbre d'articulation est constitué de deux roues d'engrenages

solaires solidarisées à l'arbre, de deux paires de roues d'engre-

nages satellites, dont l'une de chaque paire est en prise cons-

tante sur la roue d'engrenage solaire motrice correspondante, et dont l'autre de chaque paire est en prise constante sur un secteur planétaire denté, centré et fixé sur l'arbre d'articulation des manivelles, les deux roues d'engrenages de chaque paire

étant reliées entre elles par un système de roues libres à cli-

quets monté libre en rotation sur un maneton solidaire de cha-

cune des manivelles.

Les rayons des roues d'engrenages solaires, des roues d'en-

grenages satellites et du secteur denté planétaire sont détermi-

nés afin d'obtenir un rapport multiplicateur entre les oscilla-

tions des manivelles du pédalier et la rotation des roues d'en-

grenages solaires selon la formule: R = 1 + Dlx ^;.2 avec D2 = D1 + dl + d2 dl x D2

Dans les deux modes de réalisation, le moyen permettant de ré-

gler l'amplitude du débattement des manivelles est contrôlé par des butées hautes (H), constituées d'une traverse horizontale solidaire du cadre, et d'une butée basse (B), constituée d'un anneau élastique ovale interchangeable, de différentes tailles,

clipsé sur la gorge d'une bague, monté sur la traverse horizon-

tale, et à l'intérieur duquel le maneton orbite sans contact jus-

qu'en butée de fin de course, au droit d'une gorge pratiquée

dans le maneton.

Selon un mode de réalisation, le moyeu permettant de régler

l'équilibrage et la récupération d'énergie est constitué d'un res-

sort spiral, qui prend appui sur une traverse et qui s'enroule au-

tour du pied de chaque manivelle sur une bague comportant des branches élastiques pourvues d'un bossage, prenant appui sur une gorge radiale de blocage de la dite bague, pratiquée sur la face interne de chaque manivelle, pour contrôler l'arrêt sur la position choisie, qui assure la tension du ressort dans un sens

ou dans l'autre.

Les cordes flexibles de traction semi-rigides reliant l'extrémité des contre-manivelles du pédalier et des leviers indépendants

des manettes oscillantes sont montées libres dans les oeille-

tons des têtes percées montées libres en articulation à l'extré-

mité des contre-manivelles et des leviers indépendants des

manettes oscillantes.

Un ressort spiral imprime, aux manettes et aux leviers, une ro-

tation opposée, qui plaque les manettes en butée haute (A) et

les leviers en position basse (B) sur les butées avants, en confi-

guration d'arrêt,

Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent, es-

sentiellement, en ceci que le pédalier oscillant à déplacement horizontal, accolé à la colonne de direction du cycle entre la

roue avant et le guidon, permet d'obtenir une faible traînée aé-

rodynamique de l'équipage, liée à un confort postural et physio-

logique optimal, que le principe d'intégration des systèmes mo-

teurs, avec pédalage horizontal du pédalier oscillant et ma-

nettes oscillantes reliés à une transmission commune, permet d'obtenir une motricité continue, sans interruption, ni perte de rendement, ni point mort, avec une courbe de puissance en phase avec celle de pédalage de l'utilisateur et celle des ma-

nettes oscillantes, lesquelles offrent, elles-mêmes, une motri-

cité continue d'appoint, débrayable et embrayable sans quitter

la position des mains, et, enfin, que le système de pédalier os-

cillant peut inclure une surmultiplication.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la

description qui va suivre du dispositif selon l'invention avec ses

variantes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels

- la figure 1 représente une vue de côté schématique de la co-

lonne de direction et du guidon d'une bicyclette équipée d'un pédalier oscillant simple combiné à des manettes oscillantes,

- la figure 2 représente une vue de face schématique en demi-

coupe d'un pédalier oscillant simple selon la figure 1,

- la figure 3 représente une vue de face schématique du sys-

tème d'encliquetage du pédalier oscillant simple,

- la figure 4 représente une vue de côté schématique de la co-

lonne de direction et du guidon d'une bicyclette équipée d'un

pédalier oscillant multiplicateur combiné à des manettes os-

cillantes,

- la figure 5 représente une vue de face schématique en demi-

coupe d'un pédalier oscillant multiplicateur selon la figure 4,

- la figure 6 représente une vue de côté schématique des ma-

nettes oscillantes,

- la figure 7 représente une vue de face schématique en demi-

coupe des manettes oscillantes selon la figure 6.

Les figures 1 à 3 représentent un pédalier oscillant simple à cli-

quets, comportant, principalement, un boîtier 61 soutenu par la console 6 solidaire du cadre alésé intérieurement, dans lequel est monté un arbre 57 en rotation libre par rapport à un jeu de roulement à billes et à cuvette 60 fixé à chaque extrémité du boîtier 61 et bloqué par un contre-écrou 47 muni de cannelures de serrage et d'un joint torique d'étanchéité 59; sur cet arbre

fou 57 sont montés, dans un premier mode de réalisation à en-

cliquetage extérieur, deux roues à rochet 490 et 491

solidarisées au dit arbre 57 par clavetage ou blocage par file-

tage, un plateau denté 51 pour chaîne de transmission, fixé sur l'une des roues à rochet 490 par l'intermédiaire d'entretoises 39, deux manivelles 310 et 311, disposées à chaque extrémité de l'arbre 57 mais libres en rotation par rapport à celui-ci par l'intermédiaire d'un jeu de roulement à billes et à cuvette, et d'un cône 44 vissé sur l'arbre 57 et bloqué par un contre-écrou , protégé par un capuchon 460 ou 461; les manivelles 310, 311 sont éventuellement prolongées par une contre- manivelle 480, 481, reliée aux cordes 500, 501 de traction des manettes oscillantes. Chaque manivelle 310, 311 comporte une pédale classique 300, 301, munie de cale-pieds automatiques ou non, ou tout autre dispositif de solidarisation, du genre à dégage-

ment rapide.

Chaque manivelle 310, 311 actionne l'arbre fou 57 par l'inter-

médiaire d'un système mécanique comprenant: un maneton 350, 351 vissé sur les manivelles 310,311, avec contre-écrous

360, 361, sur lequel s'articule des cliquets 380, 381 qui s'encli-

quettent sur les roues à rochet 490, 491 dont la rotation est as-

sujettie.

Chaque cliquet 380, 381 est contrôlé par une fine lame de res-

sort 370, 371 clipsée sur chaque maneton 350, 351. A chaque poussée sur les pédales, les cliquets 380, 381 actionnent les roues à rochet 490, 491 solidaires de l'arbre fou 57 et, donc, le plateau denté 51 à chaîne de transmission vers la roue libre de la roue motrice. A chaque retour de pédale, le cliquet libère la

roue à rochets 490, 491, qui poursuit sa rotation continue, ani-

mée par l'autre pédale.

Chaque manivelle 310, 311 est contrôlée par un ressort spiral très souple 420, 421 d'équilibrage de chaque pédale, qui prend appui sur une traverse 32, 62 et qui est enroulé autour du pied de chaque manivelle sur une bague 430, 431 en tôle emboutie ou en matière plastique, comportant trois ou quatre branches élastiques pourvues d'un bossage 400, 401, prenant appui

dans une gorge radiale de blocage de cette bague 430, 431 pra-

tiquée sur la face interne de chaque manivelle 310, 311 pour contrôler l'arrêt sur la position choisie, par quart de tour. Ce système assure le réglage manuel de la tension du ressort d'équilibrage, qui contrôle le retour automatique des pédales selon deux options: soit sur "butée haute" (H) soit sur "butée basse" (B), au choix de l'utilisateur. En option sportive, avec usage de cale-pieds automatiques, les ressorts sont réglés pour être comprimés par les pédales tractées en arrière, et pour

ensuite se détendre en restituant l'énergie motrice emmagasi-

née par la traction des pieds vers l'arrière et, d'autre part, pour assurer le maintien en position basse des deux manivelles 310,

311, en position de repos ou à l'arrêt. Avec ce dispositif, le mou-

1 5 vement alternatif des pieds est productif d'énergie dans les deux sens. En configuration non sportive, avec chaussures de

ville sur cale-pieds élémentaires à sangle, la poussée des res-

sorts peut être neutralisée ou légèrement inversée, en vue d'assurer le retour automatique des pédales en position d'arrêt sur la butée haute (H) Dans cette configuration, le retour des pédales est facilité,

mais le mouvement alternatif des pieds n'est productif d'éner-

gie que dans le sens de la poussee.

Le système de réglage d'amplitude du pédalier entre les bu-

tées, avec développement réglable entre 60 et 110 , est cons-

titué d'une première butée haute (H) des manivelles 310, 311, qui, pour simplifier, peut être fixe et constituée de la traverse

horizontale 32 formée d'un tube solidaire du cadre, et d'une bu-

tée basse (B) assurée par un anneau ovale 340, 341, que la

forme rend élastique, clipsé sur la gorge d'une bague en ma-

tière plastique 33 de la traverse fixe haute 32 et à l'intérieur du- quel le maneton 350, 351 orbite sans contact jusqu'en butée de fin de course, au droit d'une gorge pratiquée sur le maneton

* 350, 351. Ce dispositif assure l'arrêt et l'amortissement du re-

bord des manivelles 310, 311 en fin de course. Ces ressorts dé-

clipsables sont manuellement interchangeables, en différentes tailles qui règlent l'amplitude maximum de pédalage de 60 à

et, donc, le développement au choix de l'utilisateur.

Selon une variante de réalisation à encliquetage intégré, non représentée, du pédalier oscillant simple, les deux manivelles 310, 311, montées à chaque extrémité de l'arbre 57, libres en rotation par rapport à celui-ci, sont associées à un encliquetage de roue libre intégré agissant sur l'arbre, chaque manivelle 310, 311 indépendante actionnant l'arbre par l'intermédiaire de I'encliquetage en prise dans le sens de la poussée. Comme dans le cas précédent, les manivelles sont prolongées par une

contre-manivelle 480, 481, reliée aux cordes des manettes os-

cillantes. Les systèmes d'équilibrage et de réglage d'amplitude entre butées sont les mêmes que dans le mode de réalisation

précédent.

Quel que soit le mode d'encliquetage, le pédalier décrit précé-

demment met en rotation le plateau denté à chaîne à la même vitesse angulaire que les pédales, comme les pédaliers rotatifs classiques. Selon l'autre mode de réalisation du pédalier oscillant selon I'invention, correspondant aux figures 4 et 5, celui-ci a la parti- cularité de multiplier la vitesse de rotation du ou des plateaux

par rapport à celle du pédalier, selon un rapport prédéterminé.

Pour cela, chaque manivelle oscillante 310, 311 est pourvue d'un maneton solidaire 350, 351, autour duquel deux roues

d'engrenages satellites sont constamment en prise: la pre-

mière 414 sur un secteur de pignon externe fixe planétaire 410, et la seconde 411 sur une roue d'engrenage solaire 390 ou 391,

mobile de transmission. Ces deux roues d'engrenages satel-

lites sont en rotation parallèle, mais assujetties, réciproque-

ment, à un encliquetage disposé entre elles. Chaque poussée sur les pédales anime les deux satellites encliquetés entre eux, et donc en prise, qui a pour effet de mettre en rotation accélérée le pignon solaire 390, 391 central et moteur. Chaque retour de pédales a pour effet d'inverser le sens de rotation du premier satellite 414 toujours en prise sur le planétaire 410, inversion qui désenclique le second satellite 411, qui continue donc sa

rotation en roue libre sur le solaire 390 de transmission, qui, lui-

même, poursuit sa rotation motrice animée par l'autre mani-

velle, et ainsi de suite.

Ce second mode de réalisation se distingue donc du premier par le montage, sur l'arbre fou 57, de deux roues d'engrenages

solaires 390, 391, solidarisées à l'arbre 57 par clavetage ou ta-

raudage, bloquées sur un filetage pratiqué sur le dit arbre 57, un jeu de plateaux dentés 51 pour chaîne de transmission fixé sur l'une des roues 390, 391 par des entretoises 49 rendant les dits plateaux solidaires de l'arbre 57. Cet ensemble étant complété par deux secteurs planétaires dentés à l'intérieur 410, soli-

daires du cadre, centrés sur l'axe du pédalier, ayant un profil ré-

sistant, en T ou en L, prenant appui sur la traverse haute 32 soli-

daire du cadre et sur la traverse basse 62 solidaire du boîtier du pédalier 61, et par deux paires de roues d'engrenages satellites 411, 414 accolées, montées sur un maneton 350 solidaire des

manivelles 310, 311, assujetties entre elles par un enclique-

tage de roue libre, qui les solidarise en poussée des pédales et les désolidarise en rotation inverse de retour des pédales, et qui comprennent - la roue d'engrenage satellite 411 en rotation sur chemin de

roulement à billes avec cône vissé 413 supportant un jeu de cli-

quets 412 et s'engrenant sur la roue d'engrenage solaire 390, 391 et lui transmettant la motricité,

- la roue d'engrenage satellite 414 qui est en rotation sur la pre- mière, et sur roulement à billes, avec cuvette et cône vissé 415, et qui

s'engrène sur le planétaire denté fixe 410 solidaire du

cadre, est dotée d'une cage à rochet en nombre impair, sur la-

quelle agissent les au moins deux cliquets 412.

A chaque poussée sur la manivelle 310, 311, le satellite 414 en

prise sur le planétaire intérieur denté fixe 410 est mis en rota-

tion sur le maneton 350 et entraîne la roue d'engrenage encli-

quetée satellite 411, qui, elle-même, s'engrène sur la roue

d'engrenage solaire denté 390, 391, mise ainsi en rotation mo-

trice transmise au jeu de plateaux dentés qui tractent la chaîne de transmission.

A chaque retour de la manivelle 310, la rotation inversée du sa-

tellite 414 libère le cliquet, qui met en roue libre le satellite 411 sur la roue solaire 390, qui poursuit sa rotation ininterrompue,

entretenue par l'autre manivelle 311.

Dans sa version surmultiplicatrice, le pédalier permet d'obte-

nir, à titre d'exemple, les rapports de multiplication suivant, avec D1 = diamètre primitif de la roue d'engrenage planétaire fixe 410, dl = diamètre primitif de la roue d'engrenage satellite 414 en appui sur la roue d'engrenage planétaire 410, d2 = diamètre primitif de la roue d'engrenage satellite 411 en appui sur la roue d'engrenage solaire 390, 391, D2 = diamètre primitif de la roue d'engrenage solaire 390, 391 moteur, Nombre de rotation angulaire de pédales R = rapport de surmultiplication = _ Nombre de rotation angulaire des plateaux moteurs on a la relation R = 1+D.l x d2 dl x D2 avec D1 = D2 + dl + d2 et 1,--RoO Avec un pas d'engrenage de 8 mm et des roues d'engrenages de, respectivement, 76, 22, 22 et 32 dents, on obtient

R = 1 + 76 X 22 = 3,38

22 x 32

En se reportant maintenant aux figures 1, 4, 6 et 7, se rappor-

tant aux manettes oscillantes, on constate que le système de

direction de la bicyclette est constitué d'une potence 81 com-

portant une tête 85, en forme de disque, traversée par un arbre solidaire 83 qui constitue le support du mécanisme, lequel est

constitué, pour l'essentiel, de deux manettes oscillantes indé-

pendantes 660 et 661, pourvues d'une poignée de manoeuvre 650, 651 solidarisée par des vis, et d'un moyeu 800, 801 monté

sur roulement à billes, maintenu sur l'arbre 83 par un écrou 75.

Les manettes 660, 661 pivotent librement, selon un mouvement alternatif dont l'amplitude est contrôlée par les butées arrières 89 et avant 90, disposées entre elles, par exemple, à 50 , contre lesquelles un ergot 91, appartenant au moyeu de chaque

manivelle, vient en butée sur 89, tandis que le corps des ma-

nettes 660, 661 arrive en butée sur 90.

Un ressort annulaire 860, 861 de récupération d'énergie, en-

castré dans un évidement torique pratiqué de chaque côté de la

tête 85 de potence 81, qui prend appui sur l'embase 88 de la po-

tence 81, à côté de la butée 90, et sur la gorge d'un maneton so-

lidaire des manettes 660, 661, plaque, en alignement parallèle, les deux leviers 730, 731 sur les butées, en position (A). Ce ressort est interchangeable en différentes puissances, selon la force du cycliste. Il emmagasine une résistance à la poussée exercée sur les manettes 660, 661, qu'il restitue intégralement lors des tractions motrices exercées sur celles-ci, qui assurent

ainsi une motricité dans les deux sens.

Deux leviers indépendants 730, 731, accolés deux par deux aux manettes 660, 661, sont équipés de contre-moyeux satellites

690, 691, qui, avant d'être solidarisés, pivotent sur un coussi-

net 78 en plastique, serti sur les moyeux 800, 801 des manettes,

et sont munis d'un tourillon 740, 741 à l'autre extrémité.

Un ressort spiral 84, de faible puissance, encastré dans un évi-

dement torique pratiqué dans l'épaisseur de chaque moyeu

800, 801, imprime aux contre-moyeux 690, 691 une rotation op-

posée, qui plaque les manettes 660, 661 en position (A) sur les

butées arrières 89 de l'embase 88, et les leviers 730, 731 en po-

sition (B) sur les butées avant basses 82, en configuration d'ar-

rêt (b).

Les deux leviers 730, 731 sont entraînés par les manettes 660, 661 par l'intermédiaire d'un doigt de verrouillage 680, 681 à deux positions (a) et (b), débrayable et embrayable à volonté par soulèvement avec l'index de la poignée 670, 671 du doigt de verrouillage 680, 681, avec ressort de rappel 682, 683 engagé dans un alésage conique 70, pouvant occuper, sur le moyeu des

leviers, les deux positions (a) et (b) décalées de 50 .

La transmission d'énergie au pédalier oscillant, quelle qu'en soit la version, est assurée par deux cordes flexibles 500, 501

i15 de liaison entre les têtes percées articulées 760, 761 des le-

viers 730, 731 des manettes oscillantes 660 661, et les têtes percées articulées 560, 561 des contre-manivelles 480, 481 du

pédalier, situées juste en-dessous (figures 1 et 4).

L'articulation des têtes percées 760, 761 est constituée d'un tube 730, 731 taraudé à l'intérieur, et à l'intérieur duquel est disposé un roulement à billes bloqué, à la fois, par un capuchon vissé 881 dans le tube et par un écrou 871 vissé sur l'axe 52 des

têtes percées 760, 761.

L'articulation des têtes percées 560, 561 des contre-manivelles 480, 481 du pédalier est composée d'un tube 550, 551 taraudé à l'intérieur, et à l'intérieur duquel est disposé un roulement à

billes, protégé par un joint torique et bloqué, à la fois, par un ca-

puchon vissé 540, 541 sur le tube et par un écrou 53 vissé sur

l'axe 52 des têtes percées 560, 561.

Les cordes 500, 501 qui traversent les têtes 760, 761 des le- viers 730, 731 sont suspendues à des serres-câbles 710, 711 qui prennent appui sur une vis de réglage de tension 720, 721, à l'instar des câbles de frein. Les vis de réglage 720, 721 et les serres-câbles 710, 711 sont, de préférence, aimantés, afin d'assurer une attraction magnétique des cordes 500, 501 en simple apppui sur les têtes percées 760, 761, pour le maintien en place et l'amortissement des vibrations. Chaque corde 500, 501 est munie, à son extrémité inférieure, d'une butée d'arrêt sertie et traverse librement les têtes percées articulées 560,

561 des contre-manivelles 480, 481 du pédalier.

Au départ, les deux manettes 660, 661 sont alignées en position (A), en appui arrière sur les butées 89 et par le cliquet engagé en position (b) sur les deux leviers, en position (B') en appui sur

les butées avants 82.

Pour embrayer le système en course ou à l'arrêt, il suffit de libé-

rer la manette 660, 661 en soulevant préalablement la poignée 671 de la tige d'encliquetage engagée dans l'alésage conique

(b) pratiqué sur le moyeu du levier, puis de pousser simultané-

ment la manette de 50 jusqu'à la butée 90, en position (B), en

comprimant les ressorts spiraux 84 en vue de faire tomber auto-

matiquement la tringle d'encliquetage dans l'alésage (a), qui solidarise à nouveau l'ensemble manette-levier et neutralise le

ressort 84.

Chaque nouvelle traction d'une manette 660, 661, qui ramène celle-ci en position (A) et le levier en position (A'), met en ten- sion la corde de liaison 501, qui exerce une traction d'appoint

motrice sur la contre-manivelle 480, 481 du pédalier synchroni-

sé avec la poussée du pied correspondant.

Chaque nouvelle poussée sur une manette oscillante 660, 661, qui ramène celle-ci en position (B) et le levier en position (B'), libère la corde 501 qui redescend et exerce une compression du seul ressort spiral 86, qui restitue son énergie sur la poussée suivante.

On voit que la présence de ce ressort 86 vise, d'une part, à récu-

pérer l'énergie de poussée des bras, qui ne peut être transmise au pédalier par la compression des cordes trop flexibles, et, d'autre part, à bloquer accessoirement les jeux éventuels des

pièces mobiles.

Avec ce dispositif, le mouvement alternatif des bras est moteur

dans les deux sens.

Pour débrayer le système en course ou à l'arrêt, il suffit de sou-

lever préalablement la poignée 670, 671 de la tige d'enclique-

tage engagée dans l'alésage conique pratiqué sur le moyeu du levier, puis, ensuite, de tirer simultanément la manette 660, 661

de 50 jusqu'à la butée 89 en position (A), en libérant les res-

sorts spiraux 84 et 86 en vue de faire tomber le cliquet automati-

quement dans l'alésage, qui solidarise à nouveau l'ensemble

manette-levier bloqué en position (A) et (B).

Les rotations du guidon de direction entretiennent des varia-

tons incessantes d'éloignement des points d'appui hauts et bas des cordes 500, 501, respectivement sur le guidon mobile et sur

le pédalier oscillant indépendant solidaire du cadre.

Attendu que les cordes non élastiques mais flexibles sont de

longueur constante, c'est le système de transmission qui com-

pense automatiquement ces variations continuelles d'éloigne-

ment des points d'appui par des variations d'amplitude de course des manettes oscillantes 660, 661, commandées par

les cordes 500, 501 elles-mêmes.

Ces variations d'éloignement, en vertu de la configuration spa-

tiale des cordes 500, 501, sont néanmoins limitées à plus ou moins quelques millimètres seulement, les cordes étant peu

distantes de la position invariante de l'axe de la colonne de di-

rection. Enfin, les réactions sur la direction de la bicyclette, induites par les forces manuelles motrices agissant sur les manettes 660, 661, sont contrôlées par les deux bras du cycliste, qui dosent

les efforts en conséquence, à l'instar des coureurs sur les gui-

dons traditionnels, d'autant plus facilement que l'amplitude des

mannettes oscillantes 660, 661 reste modérée.

On notera que les mouvements des bras participent eux-

mêmes, tels des balanciers en opposition de phase, au rééquili-

brage bénéfique des masses en mouvement des membres infé-

rieurs, que le cycliste n'aura aucune difficulté à contrôler, at-

tendu que ces mouvements sont réglés par cette cinématique naturelle du corps humain, que l'on observe déjà dans la

marche et la course à pied.

En actionnant les manettes oscillantes 660, 661 en synchro-

nisme avec le pédalier, on obtient un supplément d'énergie

continu et sans à coups.

Avec un pédalier calé à 90 et des manettes oscillantes 660, 661 calées à 50 par exemple, le rendement théorique des dites

manettes est égal à 0,90 x 0,97 = 0,87.

On comprend que de tels moyens pris en combinaison puissent

être utilisés pour obtenir le dispositif de transformation d'éner-

gie musculaire en énergie mécanique selon l'invention, adap-

table à diverses applications fixes ou mobiles, y compris dans des domaines o l'appel à l'énergie musculaire avait été jusqu'à présent exclu, principalement pour insuffisance de rendement

et de puissance.

Claims (9)

Revendications

1. Dispositif oscillant de transformation de l'énergie musculaire en énergie mécanique, constitué, principalement, d'un pédalier à pédales oscillantes et de manettes oscillantes, utilisables sé- parément ou en combinaison, caractérisé en ce que le pédalier à pédales oscillantes est constitué de deux manivelles (310, 311) à pédales (300, 301) montées folles aux extrémités d'un arbre (57) monté libre en rotation dans un boîtier (61) supporté par une console (6), d'un moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des dites manivelles (310, 311) avec leur arbre d'articulation (57), et d'au moins un plateau denté (51), solidarisé à l'arbre (57), destiné à l'entraînement d'une chaîne de transmission, de moyens d'équilibrage et de récupération

i15 d'énergie, et de moyens permettant de régler l'amplitude du dé-

battement des manivelles (310, 311), en ce que les manettes oscillantes sont constituées, pour l'essentiel, de deux manettes indépendantes (660, 661), à poignées de manoeuvre (650, 651), montées folles sur les extrémités d'un arbre (83) fixé à I'extrémité d'une potence (81), de deux leviers indépendants

(730, 731) accolés aux manettes (660, 661), de ressorts annu-

laires (860, 861) de récupération d'énergie, qui assurent, en outre, le rappel en arrière des manettes (660, 661) pourvues d'ergots, en butée (89, 90) contre la potence (81), et de ressorts spiraux (84) qui impriment une rotation opposée aux leviers plaqués sur les butées avants (82), et en ce que les manettes

oscillantes (660, 661) sont utilisables séparément ou en combi-

naison avec les pédales oscillantes (300, 301) par l'intermé-

diaire de contre-manivelles (480, 481) prolongeant les mani-

velles (310,311) des pédales oscillantes (300, 301) au-delà de

leur axe d'articulation, de cordes de traction flexibles semi-ri-

gides (500, 501) reliant l'extrémité des contre-manivelles (480, 481) à l'extrémité des leviers indépendants (730, 731) accolés

aux manettes indépendantes (660, 661), et de doigts de ver-

rouillage (680, 681), à poignées de manoeuvre (670, 671), montés contre les manettes oscillantes (660, 661), rappelés par des ressorts (682, 683) dans des orifices percés dans le

moyeu des leviers indépendants (730, 731).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des manivelles (310, 311) avec leur arbre (57) d'articulation peut être constitué de deux roues à rochet (490, 491), solidaires de l'arbre (57) d'articulation des manivelles (310, 311), et de deux cliquets (380, 381) à rappel contre les roues à rochet (490, 491)

par des ressorts (370, 371) fixés contre les côtés des mani-

velles (310, 311).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des manivelles (310, 311) avec leur arbre (57) d'articulation est constitué de roues libres interposées entre les manivelles et

leur arbre (57) d'articulation.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de solidarisation intermittente dans un seul sens des manivelles (310, 311) avec leur arbre (57) d'articulation est

constitué de deux roues d'engrenages solaires (390, 391) soli-

darisées à l'arbre (57), de deux paires de roues d'engrenages satellites (411, 414), dont l'une de chaque paire (411) est en prise constante sur la roue d'engrenage solaire motrice corres- pondante, et dont l'autre de chaque paire (414) est en prise constante sur un secteur planétaire denté (410), centré et fixé sur l'arbre (57) d'articulation des manivelles, reliées entre elles

par un système de roue libre à cliquets (412) monté libre en ro-

tation sur un maneton (350) solidaire de chacune des mani-

velles (310, 311).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rayons des roues d'engrenages solaires (390, 391), des roues

d'engrenages satellites (411, 414) et du secteur denté plané-

taire (410) sont déterminés afin d'obtenir un rapport multiplica-

teur entre les oscillations des manivelles (310, 311) du pédalier et la rotation de la roue d'engrenage solaire (390, 391), selon la formule R = 1 + Dl x d2; avec D2 = D1 + dl + d2 dl x D2

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen permettant de régler l'amplitude du débattement des manivelles (310, 311) est contrôlé par des butées hautes (H), constituées d'une traverse horizontale (32) solidaire du cadre, et d'une butée basse (B), constituée d'un anneau élastique

ovale (340,341), interchangeable et de différentes tailles, clip-

sé sur la gorge d'une bague (33), monté sur la traverse horizon-

tale (32), et à l'intérieur duquel le maneton (350, 351) orbite sans contact jusqu'en butée de fin de course, au droit d'une gorge pratiquée dans le maneton (350, 351).

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cordes de traction semi- rigides (500, 501) reliant l'extrémité

des contre-manivelles (480, 481) du pédalier et des leviers in-

dépendants (730, 731) des manettes oscillantes (660, 661) sont montés libres dans les oeilletons des têtes percées (560, 561- 760, 761) montées libre en articulation à l'extrémité des contre-manivelles (480, 481) et des leviers indépendants (730,

731) des manettes oscillantes (660, 661).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

moyen de réglage de l'équilibrage et de la récupération d'éner-

gie est constitué d'un ressort spiral (420, 421), qui prend appui sur une traverse (32) et qui s'enroule autour du pied de chaque manivelle sur une bague (430, 431) comportant des branches élastiques pourvues d'un bossage (400, 401), prenant appui sur une gorge radiale de blocage de cette bague (430, 431),

pratiquée sur la face interne de chaque manivelle, pour contrô-

ler l'arrêt sur la position choisie, qui assure la tension du ressort

dans un sens ou dans l'autre.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts spiraux (84) impriment, aux manettes (660, 661) et aux

leviers (730, 731), une rotation opposée, qui plaque les ma-

nettes en position haute (A) et les leviers en position basse (B)

sur les butées avants (82), en configuration d'arrêt.