FR3078678A1 - Gyroroue a portance spherique - Google Patents

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Abstract

Gyroroue de forme substantiellement sphérique permettant un appui au sol du repose-pied pour s'élancer et un contrôle latéral amélioré par le ratio de courbure, et qui après utilisation, en configuration de portage, peut aussi être déplacée par roulement omnidirectionnel de type balle au pied

Description

Figure FR3078678A1_D0001
GYROROUE A PORTANCE SPHERIQUE
ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION
Les gyroroues, inventée par Simeray (brevet américain US8616313B2) ont connu un succès notable depuis 2013. Elles constituent un moyen de micro transport électrique ludique, agile, attractif. Leur diffusion se heurte toutefois à une phase d’apprentissage pénalisante (requiert un équilibre non intuitif du débutant), et à un poids de dispositif élevé (souvent supérieur à 12 kilogrammes).
- Principalement équipée de pneu de diamètre 14 ou de 16 pouces, la bande de roulement du pneu est étroite (généralement de l’ordre de 2 pouces). L’équilibre transversal est d’autant plus difficile à réaliser que le rayon de courbure transversale du pneu est petit. Cette difficulté demeure pour les utilisateurs expérimentés en termes de fatigue ressentie après une utilisation intense. L’équilibre transversal précaire a conduit certaines sociétés à équiper la roue de pneu double, plus stable, mais qui handicape la conduite lorsqu’il s’agit de tourner. Si l’on compare le succès fulgurant rencontré par les planches de type gyroskate (aussi connues sous la dénomination hoverboard) sans apprentissage requis, le défaut d’équilibre transversal est donc un obstacle majeur pour une utilisation des gyroroues à grande échelle.
- Le poids élevé du dispositif a aussi conduit certaines sociétés à équiper les gyroroues de canne télescopique pour pouvoir, après utilisation, les traîner sans les porter (tel un trolley). L’esthétique du produit est relégué au second plan au profit de la praticité.
Notons enfin le Community design(s) registration number(s) 004425924 de M SIMERAY portant sur un modèle uniquement.
DESCRIPTION
Un objectif de l’invention est de résoudre la contrainte de portage d’une gyroroue par un mode de déplacement nouveau et ludique.
Un second objectif de l’invention est de faciliter l’apprentissage par une prise de contrôle de l’équilibre transversal plus intuitive et une stabilité accrue au démarrage (en phase d’élancement).
Sont concernés par l’invention différents modes de réalisation dont principalement un mode préférentiel, mais non exclusif, est décrit ci-après.
L’invention met en œuvre un pneu (1) de rayons de courbures longitudinale (4) et transversale (5) semblables et deux repose-pieds pliables (2) situés de part et d’autre des flancs de la roue, où :
- La gyroroue en configuration repose-pieds repliés FIGURE 3 - possède une aptitude au roulement omnidirectionnel régulier (tel une balle au pied), réalisé au moyen d’une enveloppe substantiellement sphérique du pneu et des repose-pieds formant le contour des flancs de la roue, et, de la concentricité du centre de masse avec le centre géométrique de la sphère inférieure au quart de rayon d'une part, et de la concentricité du centre de masse avec l’axe de la roue inférieure au quart de rayon d’autre part, ce, pour éviter le balourd et le roulement irrégulier en quelque direction que ce soit. Cette définition permet le mode de déplacement innovant d’une gyroroue sans portage.
- La gyroroue en configuration d’utilisation, avec les reposepieds déployés FIGURE 7- , dispose de ses surfaces d’appuis (6) face au-dessus de la roue lorsque le centre de masse (G), le centre géométrique (O) et le point d’appui au sol du pneu (P) sont alignés, réalisé au moyen d’une répartition de masse de la gyroroue ou le centre de masse (G1) des corps cinématiques rattachés au stator est situé sous le plan horizontal passant par l’axe de rotation (suivant direction de la gravité D).
- La topologie de pneu possède sur chacun de ses flancs une cavité substantiellement cylindrique (7) FIGURE 5 qui permet à la région basse du repose-pied (9) par rapport à son articulation (8) de s’escamoter dans ladite cavité sans contact avec les parties tournantes, et de réaliser l’anti couple de reprise d’effort entre le repose-pied (2) et l’axe physique du stator (15) au moyen de pièce entretoise (16).
À l’arrêt en configuration repose-pieds déployés, l’appui au sol réalisé par le dessous de repose-pied (B) et le pneu (A) permettent un transfert du poids utilisateur (F1) lorsque celui-ci prend appui sur le second repose-pied situé en l’air (F2), et s’apprête à s’élancer avec un basculement vers l’avant rendu possible grâce à la courbure longitudinale du pneu et du repose pied.
. Les flasques de rotor sont préférentiellement distantes de façon à reprendre les efforts transmis au point d’appui (A). Le corps tournant comportant le pneu peut aussi (à l’arrêt avant élancement) être bloqué en rotation relativement aux corps fixe (cinématiquement rattachés au stator et assimilé comme les repose-pieds déployées), en reliant les phases du moteur. Lors du basculement (détecté angulairement par gyroscope et/ou accéléromètre par exemple, et/ou mesure d’équilibrage du poids appliqué sur les repose-pieds), le contrôle moteur est activé (self-balancing) pour assurer la stabilité longitudinale).
- En utilisation, la stabilisation transversale est réalisée par le transfert de poids, des pieds sur les repose-pieds, avec une réponse angulaire proportionnelle à la force d’appui (suivant la courbure transversale constante). L’équilibre requiert alors un effort réduit pour une conduite souple sans forcer. L’équilibre transversal est grandement facilité. Contrairement aux gyroroues classiques, la gyroroue sphérique ne requiert pas de réaction au niveau des jambes. Le transfert de poids suffit à incliner l’axe de la roue pour réaliser le rayon de giration et tourner.
- Le ratio de forme sphérique (largeur sur hauteur de 1) autorise l’emploie de stator plus large que celui généralement utilisé pour les gyroroues (moteur dit ‘9 continents’ ou 9C) ; il en résulte une capacité à produire un couple élevé comme le ratio du diamètre pneu sur le diamètre de l’entrefer moteur est réduit. La réserve de couple est un critère essentiel pour une dynamique élevée de correction du déséquilibre, une bonne stabilisation gyroscopique ressentie, et l’efficacité énergétique de correction (Le marché des roues a évolué de puissances de quelques centaines de watt à plus du kilowatt pour fournir le couple de crête nécessaire).
- Pour un diamètre de pneu de l’ordre de 10 pouces, la distance de l’axe de la roue (3) au plan d’appui des pieds (6) est inférieure à 2 pouces. Il en résulte une meilleure capacité à réaliser des décélérations fortes comme le couple résistant est réalisé par I actionneur principal en quadrant frein (avec l’énergie qui repart vers les batteries) avec un bras de couple sensiblement court.
- La roue de pneu de l’ordre de 10 pouces de forme sphérique permet aussi une bonne absorption des irrégularités du sol, elle conserve un diamètre suffisant pour franchir les irrégularités du sol, et permet de mieux absorber les chocs avec une pression de contact réduite (liée au rayon de courbure transversale élevé).
- Suivant le mode préférentiel de réalisation de l’invention, le corps tournant (comprenant le cylindre rotor (13) et ses flasques (19) ainsi que le pneu (1)) contient : le stator (12), le gyro contrôleur (21), et les batteries (20), qui sont reliées au corps cinématique de l’axe physique fixe (15). Toujours suivant le mode de configuration préférentielle :
- Chaque repose-pied de la gyroroue possède une surélévation (11) par rapport au plan d appui des pieds (6) situé coté intérieur de la roue, pour réaliser l’écartement naturel nécessaire et suffisant des pieds par rapport aux arrêtes du pneu sur les flancs (14).
- Le repose-pied au niveau de sa surface extérieure substantiellement sphérique intègre un dispositif interne de préhension avec une région rigide (22) assurant l’appui au sol au point (B), un évidement interne (23) réalisant la fonction de poignée, des lumières (17) et de régions substantiellement déformable (18) en élastomère flexibles permettant à la main de s’insérer pour accéder à une poignée (dispositif de préhension).
- La gyroroue dispose en chacun de ses flancs d’un volet basculant (10) vers l’extérieur qui protège le pied ou le mollet ou la jambe ou le pantalon du contact de l’arête tournante du pneu (14).
- Les entretoises (16) de support des repose-pieds intègrent un dispositif de détection de la charge utilisateur et/ou de détection de présence des repose-pieds à l’état déployé conditionnant l’activation de l’alimentation du moteur.
- Les entretoises (16) de support des repose-pieds intègrent un dispositif de détection de présence des repose-pieds à l’état replié conditionnant la mise à l’arrêt du moteur pour sécuriser la fonction de portage de la gyroroue, ou de son déplacement en mode roulement libre omnidirectionnel au sol.
- Les entretoises (16) de support des repose-pieds intègrent l’interrupteur de mise en marche, et/ou la prise pour chargeur, et/ou le témoin de charge batterie, et/ou un dispositif de signal sonore de limite de vitesse ou de surchauffe ou de surpuissance.
- Un dispositif d inclinomètre coupe la puissance moteur lorsqu’ une inclinaison supérieure à 45 degrés est détectée.
Table
1 Pneu
2 Repose-pied
3 Axe virtuel de rotation de la roue
4 Rayon de courbure longitudinal du pneu
5 Rayon de courbure transversal du pneu
6 Surface d’appui du pied du repose-pied
7 Cavité de flanc de pneu
8 Axe de charnière du repose-pied
9 Région basse de repose-pied
10 Volet basculant de protection
11 Région du repose-pied en surélévation par rapport à la surface d’appui (6)
12 Stator du moteur
13 Cylindre rotor du moteur
14 Arrête de pneu sur flanc de roue
15 Axe physique lié au stator moteur
16 Entretoise (liaison axe physique du stator - repose-pied)
17 Lumière du repose-pied
18 Région flexible du repose-pied
19 Flasque de rotor
20 Batteries
21 Carte électronique du gyro contrôleur
22 Région rigide du repose-pied
23 Evidement interne servant à la préhension
D Direction de l’accélération de la pesanteur
0 Centre géométrique
G Centre de masse général de la gyroroue
G1 Centre de masse de l’ensemble des corps cinématiques reliés au stator ou assimilés (repose-pieds déployés)
P Contact du pneu au sol en utilisation roue
A Point d’appui sol du pneu lorsque repose-pied est en appui au sol
B Point appui au sol du repose-pied
F1 Force d’appui du premier pied utilisateur au démarrage
F2 Force d’appui du second pied utilisateur au démarrage
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La description détaillée, donnée à titre d'exemple et ne visant pas à limiter la présente invention aux seules représentations, sera mieux appréciée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels les numéros de référence désignent les éléments et pièces, où :
Figure 1 est une vue de profil suivant le mode de réalisation préférentiel de la gyroroue, en configuration repose-pieds repliés.
Figure 2 est une vue de face suivant le mode de réalisation préférentiel de la gyroroue, en configuration repose-pieds repliés.
Figure 3 est une vue isométrique suivant le mode de réalisation préférentiel de la gyroroue, en configuration repose-pieds repliés.
Figure 4 est une vue de profil suivant le mode de réalisation préférentielle de la gyroroue, en configuration repose-pieds déployés.
Figure 5 est une vue de section A-A suivant figure 4
Figure 6 est une vue de face suivant le mode de réalisation préférentiel de la gyroroue à l’arrêt, repose-pieds déployés en contact au sol
Figure 7 est une vue isométrique suivant le mode de réalisation préférentiel de la gyroroue, en condition pour utilisation

Claims (8)

1) La gyroroue disposant :
- d’un pneu (1) de rayon de courbure longitudinale (4) et transversale (5) semblable,
- deux repose-pieds pliables (2) situés de part et d’autre des flancs de la roue,
Caractérisée en ce que :
- la gyroroue en configuration repose-pieds repliés, possède une aptitude au roulement omnidirectionnel régulier, réalisé au moyen d'une enveloppe substantiellement sphérique du pneu et des repose-pieds formant le contour sur les flancs de la roue, et, de la concentricité du centre de masse avec le centre géométrique de la sphère inférieure au quart de rayon d'une part , et, de la concentricité du centre de masse avec l’axe de la roue inférieure au quart de rayon d’autre part, tous deux pour éviter le balourd.
Et où,
- la gyroroue - en configuration avec les repose-pieds déployés FIGURE 7- dispose des surfaces d’appuis (6) face au-dessus de la roue lorsque le centre de masse (G), le centre géométrique (O) et le point d’appui au sol du pneu (P) sont alignés, réalisé au moyen d’une répartition de masse de la gyroroue ou le centre de masse (G1) des corps cinématiques rattachés au stator est situé sous le plan horizontal passant par l’axe de rotation (3) suivant la direction de la gravite vers le bas.
Et où,
- la topologie de pneu réalisant sur chacun de ses flancs une cavité (7) FIGURE 5 qui permet à la région basse du repose-pied (9) de s’escamoter dans ladite cavité sans contact avec les parties tournantes, et de réaliser l’anti couple de reprise d’effort entre le repose-pied (2) et l’axe physique stator (15) au moyen de pièce entretoise (16).
Et où.
En configuration à l’arrêt repose-pieds déployées, l’appui au sol réalisé par le dessous de repose-pied (B) et le pneu (A) permettent un transfert du poids utilisateur (F1) lorsque celui-ci prend appuis sur le second repose-pied situé en l’air (F2), et permettant de s’élancer par un basculement vers l’avant, rendu possible par la courbure longitudinale du pneu et du repose pied.
Et où,
En configuration utilisation, la stabilisation transversale est réalisée par un transfert de l’appuis des pieds sur les repose-pieds, avec une réponse angulaire proportionnelle à la force, grâce à une courbure transversale constante.
2) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce qu’un corps tournant (comprenant un cylindre rotor (13) et flasque(s) (19) et un pneu (2)), contient un stator (12), un gyro contrôleur (21), et des batteries (20) reliés au corps cinématique fixe de l’axe physique (15).
3) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce que chaque repose pied possède une surélévation (11) par rapport au plan d appui des pieds (6) situé coté intérieur de la roue, de façon à réaliser un écartement naturel et suffisant des pieds par rapport aux arrêtes tournantes des flancs de pneu (14)
4) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce que chaque flanc de roue comporte un volet basculant (10) vers l’extérieur qui protège le pied ou le mollet ou la jambe ou le pantalon du contact de l’arrête tournante de flanc de pneu (14)
5) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce que le repose-pied au niveau de sa surface extérieure substantiellement sphérique intègre un dispositif interne de préhension avec une région rigide (22) assurant l’appui au sol au point (B), un évidement interne (23) réalisant la fonction de poignée, des lumières (17) et de régions substantiellement déformables (18) en élastomère flexibles permettant à la main de s’insérer.
6) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce que les entretoises (16) de support des repose-pieds intègrent un dispositif de détection de la charge utilisateur et/ou de détection de présence des repose-pieds à l’état déployé conditionnant l’activation de l’alimentation du moteur.
7) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce que les entretoises (16) de support des repose-pieds intègrent
- L’interrupteur de mise en marche, et/ou la prise pour chargeur, et/ou le témoin de charge batterie, et/ou un dispositif de signal sonore de limite de vitesse ou de surchauffe ou de surpuissance.
8) Gyroroue selon revendication n°1 caractérisé en ce qu’un dispositif d inclinomètre coupe la puissance moteur lorsqu5 une inclinaison supérieure à 45 degrés est détectée.
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