FR3084331A1 - Velo electrique a chaine de transmission electrique parallele a celle de pedalage, comprenant un mat central integrant le moteur, sa batterie et son electronique de commande - Google Patents

Abstract

L'invention consiste essentiellement à essentiellement à intégrer en empilement tous les composants de la motorisation électrique au sein d'un mât central, avec le composant le plus lourd, le moteur au plus près de l'axe de pédalier, dans un vélo à deux transmissions indépendantes (moteur électrique et système de pédalage) selon la demande de brevet FR1755510.

Description

VELO ELECTRIQUE A CHAINE DE TRANSMISSION ELECTRIQUE

PARALLELE A CELLE DE PEDALAGE, COMPRENANT UN MAT CENTRAL

INTEGRANT LE MOTEUR, SA BATTERIE ET SON ELECTRONIQUE DE COMMANDE

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des vélos électriques, c’est-à-dire qui embarquent un moteur électrique et une batterie d’alimentation du moteur.

Elle a trait plus particulièrement aux vélos électriques, destinés à un usage sportif, notamment les vélos tous terrains (VTT) avec lesquels on souhaite ponctuellement 10 passer des pentes très raides ou encore franchir des obstacles naturels.

L’invention vise à dépasser les limites des modes de fonctionnement des vélos électriques actuels, et donc à offrir une gamme de modes de pilotage plus étendue, notamment du pilotage en direct/instantané par l’utilisateur.

Art antérieur

Un vélo dit à assistance électrique, tel qu’il existe actuellement, est un vélo à mécanisme de pédalage classique sur lequel ont été ajoutés les composants suivants:

- un moteur électrique agencé dans la roue avant, la roue arrière, ou à proximité du pédalier, qualifié usuellement de “moteur central” dans ce cas;

- une batterie d’alimentation du moteur électrique;

- une unité électronique de contrôle-commande qui permet de réguler le pilotage (fonctionnement) des différents composants électriques;

- le cas échéant, un boîtier de commande, généralement agencé au niveau du guidon, et qui permet à l'utilisateur de définir un mode d’assistance, de moduler le niveau de son assistance, de connaître son kilométrage....

C’est la directive européenne 2002/24/EC qui fixe en Europe, les critères pour qu'un vélo à assistance électrique puisse circuler sur la voie publique. En particulier, il est précisé que l'assistance ne doit se faire que si le cycliste pédale, et se couper à l'arrêt du pédalage, (mais qu’) il est cependant autorisé de mettre en place une assistance au démarrage sans avoir recours au pédalage mais qui ne doit pas excéder 6 km/h.

En pratique, tous les vélos à assistance électrique à moteur central et par entraînement de la roue arriére, qui existent, à ce jour, sont conçus avec une transmission du couple moteur qui est en série avec celle du couple de pédalage, de sorte que l’ajout du couple moteur à celui de pédalage et la transmission au moyeu de la roue arrière se font par le biais d’une seule chaîne ou courroie. /Ainsi, le moteur rajoute nécessairement un couple à celui du pédalage.

Cette conception présente plusieurs inconvénients majeurs.

Une première difficulté importante vient du fait que la vitesse de rotation optimale des moteurs électriques, bien qu’opérationnels avec un couple important dès leur démarrage à l’arrêt, se situe dans une plage de 300 à 2000 voire 3000 tours/mn, alors que la vitesse de rotation de pédalage que peut exercer durablement un cycliste se trouve entre 20 et 80 tours/mn, tout en évitant les variations discontinues de fréquence. Afin de faire 10 correspondre ces vitesses de rotation, il faut donc intercaler un réducteur de vitesse, après la sortie du moteur puisque celui-ci est en série avec le pédalier. L’ajout d’un réducteur de vitesse entraîne un surpoids, une contrainte géométrique pour l’implantation du moteur et une complexité mécanique supplémentaire.

Lin deuxième point récurrent et qui génère des débats, tant pour les utilisateurs que pour les législateurs, se cristallise autour des facteurs et des lois de contrôle pour gérer le fonctionnement du moteur, en l’asservissant à l’action de pédalage de l’utilisateur.

Plusieurs solutions existent pour détecter quand et comment réaliser ce surplus de couple par le moteur électrique.

Tout d’abord, l’assistance peut se faire par une détection de la rotation du pédalier. Un capteur agencé au niveau du pédalier détecte la rotation de celui-ci et donc le pédalage, ce qui permet alors au moteur électrique de fournir son en sus du pédalage.

L’assistance peut également se faire au moyen d’un capteur de pression agencé sur la pédale: le moteur peut démarrer dès qu'il sent la pression exercée sur la pédale. En général, plus l'utilisateur appuie sur les pédales, plus le moteur l’aide, même si sa cadence de 25 pédalage est faible.

En lieu et place d’un capteur de pression, la détection peut être faite par un capteur de couple ou d'effort: c'est souvent une combinaison de l’effort et de la cadence de pédalage qui commande la puissance du moteur. Plus le cycliste pédale à une cadence élevée et/ou plus son effort augmente en exerçant un couple élevé, plus il bénéficie d'une assistance, 30 ceci afin de rester dans une plage de vitesse de rotation et une valeur de couple à fournir confortables pour le cycliste.

Enfin, on trouve des assistances dans lesquelles le couple moteur est évalué à partir de la connaissance de la tension de la chaîne. Ce système est très réactif puisque la chaîne se tend dès que le pied est posé sur la pédale, cela déclenchera donc un démarrage du moteur dès que le pédalier va commencer à tourner.

En ce qui concerne les modes d’assistance qui sont appliqués, les lois de commande ou programme d’assistance sont préprogrammés par le fabricant du vélo ou le fournisseur du bloc moteur. L’utilisateur choisit un niveau d’assistance parmi un nombre en général de 3 à 5 niveaux, i.e. une valeur du couple moteur proportionnée à celui de pédalage développé par l’utilisateur.

On peut dire que les lois ou programmes actuels, qui rajoutent donc 10 systématiquement un couple supplémentaire au couple de pédalage, conviennent bien lorsque l’utilisateur se définit un type d’effort sur une durée relativement longue, par exemple en attaquant une montée ou une section assez « roulante ». Ils sont donc bien adaptés à des profils de terrains réguliers.

En revanche, chaque loi de commande est figée puisque préprogrammée et 15 asservit donc le moteur électrique au pédalage fourni tant que l’utilisateur ne change pas de lui-même de loi.

Lors d’essais réalisés par la déposante sur des VTT à assistance électrique existants, avec des utilisateurs sportifs, à la fois en recherche de plaisir, de sensations mais aussi de challenges (y compris) d’efforts d’endurance, il a été constaté que ceux-ci avaient, 20 lors de passages techniques ponctuels, une très forte tendance à vouloir augmenter le niveau d’assistance au maximum. En réalité, ces utilisateurs se servaient ponctuellement du basculement sur un programme avec plus d’assistance (normalement dédié à un usage plus contraignant) comme d’un accélérateur indirect.

Et quand bien même ils utilisent ce programme d’assistance maximale, les 25 utilisateurs sportifs se sont retrouvés confrontés à des situations dans lesquelles l’assistance du moteur électrique ne leur apporte pas pleinement satisfaction.

Cela est particulièrement prégnant, lorsqu’ils font face subitement à un obstacle ou une pente très raide ou qu’ils désirent démarrer instantanément dans des configurations de pentes extrêmes. L’obligation de devoir pédaler pour avoir l’assistance n’était également 30 pas compatible avec des passages en dévers, sur des racines d’arbre ou encore sur des sentiers creusés dans lesquels les pédales accrochent régulièrement un bord plus élevé.

Au contraire, lors des nombreux passages moins exigeants, ils souhaitaient pouvoir pédaler sans aucune assistance, ce qui n’est pas prévu dans les modes proposés. De plus, le poids des vélos proposés ne permet pas toujours de le faire en pratique et très rarement sur une distance significative.

En outre, la conception en série du moteur électrique avec la transmission par 5 pédalage induit des inconvénients majeurs que l’on peut énumérer comme suit.

Tout d’abord, il peut y avoir des casses ou usures prématurées de la transmission (chaîne, pignons, roue libre, ...), car celle-ci n’est pas conçue à l’origine pour transmettre des couples importants du moteur, ce qui s’avère particulièrement vrai dans les situations décrites ci-dessus.

Ensuite, un utilisateur peut éprouver des difficultés importantes à changer les rapports de vitesses lorsque le moteur électrique est en marche et apporte du couple, car il applique une tension importante sur la chaîne. Une solution connue consiste à prévoir des coupures d’alimentation pour réussir ces changements de vitesse, mais ce n’est ni performant, ni confortable à l’usage, puisque cela induit des discontinuités dans la vitesse et 15 dans l’effort de l’utilisateur, sans oublier les chocs créés entre les éléments mobiles de la chaîne de transmission (chaîne, pignons, dérailleur, ...).

Pour satisfaire au mieux les utilisateurs, en particuliers sportifs, certains modèles de vélos à assistance électrique ou de cyclomoteurs proposent un système d'accélérateur par poignée ou gâchette qui permet d’apporter à la roue arrière le couple moteur, sans qu’il soit 20 nécessaire pour l’utilisateur de pédaler.

Ces modèles mettant toujours en œuvre, soit un moteur à la roue arrière qui, par son poids excentré important, se révèle à l’usage très peu adapté aux évolutions en tous terrains, soit une transmission du couple moteur nécessairement en série avec le pédalage, les mêmes inconvénients et limitations qu’évoquées précédemment subsistent.

II a déjà été proposé des moteurs-roues pour l’assistance électrique des vélos, c’est-à-dire des ensembles avec un moteur électrique incorporé dans la roue en général arrière de vélos. L’utilisation de moteurs roues est une solution intéressante qui permet d’avoir une transmission du couple issu du moteur en parallèle du couple issu du pédalage. Le mécanisme de transmission du moteur roue est par construction très simplifié puisque directement greffe dans le moyeu de la roue arrière. Il comprend souvent le moteur et un réducteur, ce qui constitue déjà un poids important et une inertie en rotation également très élevée. Ce poids et inertie importants ont une influence négative dans la maniabilité du vélo, en particulier lorsque le pilotage doit être précis et rapide. Le poids de plusieurs kilos ajoutés à la roue arrière se ressent encore plus lorsque le vélo n’est pas sur le sol, lors du portage par exemple, mais aussi dans des franchissements où il faut faire décoller la roue arrière et également dans les sauts d’obstacles très présents dans la pratique du vélo tous terrains. C’est 5 enfin, un inconvénient majeur lorsqu’on veut pédaler en danseuse pendant des montées exigeantes, puisqu’une faible inertie du vélo sous le cycliste est un facteur d’efficacité très important.

C’est ainsi que pour la majorité des pratiques, mise à part une utilisation à vitesse modérée sur route ou en ville où on peut pédaler sans forcer et assis sur la selle, 10 l’implantation des moteurs électriques dans la partie centrale des vélos s’est généralisée.

Il a déjà proposé une conception de vélo à assistance électrique selon laquelle le couple moteur est amené sur la roue arrière en parallèle du couple de pédalage : voir par exemple le modèle d’utilité DE20 2016104737. Mais dans cette conception, il est toujours prévu un réducteur de vitesse entre le moteur et le pédalier, ce qui amène les mêmes 15 inconvénients que ceux précédemment évoqués de poids de complexité mécanique accrue et également de perte de rendement. En outre, le moteur est implanté à l’arrière du vélo en porte-à-faux.

On peut citer également les brevets anciens BE 661118A, et US 2331976 qui divulguent une conception de vélo à assistance par moteur thermique avec un couple moteur 20 amenée sur la roue arrière en parallèle du couple de pédalage, avec les mêmes inconvénients encore plus accentués puisqu’un embrayage doit être intégré pour permettre au véhicule de démarrer sans faire caler le moteur thermique. En outre, de nos jours, il n’est plus raisonnable de concevoir des vélos à assistance par moteur thermique.

Aussi, afin d’améliorer les vélos à assistance électrique actuels, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet n°FR1755510 déposée le 16 juin 2017, une conception de vélo selon laquelle la transmission par pédalage classique est combinée à une transmission supplémentaire par moteur électrique qui est en parallèle et complètement découplée de la transmission par pédalage. Le découplage mécanique entre les deux, mécanismes de transmission est assuré par deux roues libres, une dédiée au mécanisme de pédalage comme usuellement qui peut être intégrée dans une cassette de pignons, l’autre dédiée au mécanisme du moteur électrique, et qui peut être introduite soit à proximité de la sortie du moteur, soit directement sur l’axe de roue arrière.

Cette conception permet d’améliorer considérablement les vélos à assistance électrique actuels notamment pour des utilisateurs sportifs, car l’aide ponctuelle et intense du moteur électrique permet le franchissement instantané d’un obstacle ou d’une pente raide, même sans pédalage et depuis l’arrêt, et ce sans que cela nuise à l’autonomie, c’est-à-dire la 5 capacité du moteur à augmenter très significativement la performance ou à soulager les utilisateurs, très ponctuellement.

Ainsi, avec cette conception, l’utilisateur peut piloter instantanément le moteur électrique pour démarrer et ajuster la vitesse souhaitée du vélo, avec ou sans contribution simultanée du pédalage. La mise en œuvre du couple du moteur peut être limitée à des 10 périodes de temps relativement courtes, et en l’absence de ce couple, le vélo a un comportement identique à celui d’un vélo classique sans assistance électrique.

En outre, comparativement aux vélos à assistance électrique actuels, cette conception à deux chaînes de transmission parallèles permet une meilleure répartition des efforts de chaque côté du moyeu.

Le rapport de démultiplication est obtenu directement entre la sortie du moteur et une couronne de sortie de transmission, solidaire de la roue arrière, ce qui supprime un encombrement et une masse de réducteur couplé au moteur dans les vélos à assistance électrique actuels.

Par ailleurs, les retours d’expérience des vélos à assistances électrique actuels 20 indiquent que les utilisateurs n’ont jamais le même ressenti de comportement et de maniabilité qu’avec un vélo classique sans motorisation.

C’est pourquoi, tout en gardant les avantages de conception d’un vélo conçu selon la demande de brevet FR1755510 précitée, il existe un besoin d’optimiser l’intégration du moteur, de sa batterie et de l’électronique de commande dans l’architecture du vélo, afin 25 de rendre son comportement et sa maniabilité les plus proches possibles de ceux d’un vélo sans motorisation.

Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.

Exposé de l’invention

Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un vélo électrique, comprenant :

- un pédalier, comprenant un axe de pédalier;

- un moteur électrique d’entraînement, comprenant un stator et un rotor pouvant tourner autour d’un axe de rotor;

- une unité électronique de commande du moteur,

- une batterie et/ou un supercondensateur d’alimentation électrique du moteur;

- un cadre dont la partie avant sous la forme d’un triangle comprend:

* un tube de direction, » un tube supérieur, » un tube oblique dont une extrémité est liée au tube supérieur par le tube de direction et l’autre extrémité est liée à un boîtier de pédalier adapté pour loger l’axe de 10 pédalier, * un mât central dont une zone dans une partie supérieure est liée au tube supérieur et une partie inférieure est liée au boîtier de pédalier et/ou au tube oblique, le mât central étant conformé pour loger en empilement de bas en haut le moteur avec l’axe du rotor à proximité de l’axe du pédalier, l’unité électronique de commande et la batterie et/ou le supercondensateur.

Ainsi, l’invention consiste essentiellement à intégrer en empilement tous les composants de la motorisation électrique au sein d’un mât central, avec le composant le plus lourd, le moteur au plus près de l’axe de pédalier.

Les composants de la motorisation électrique, que sont la batterie, typiquement 20 de masse entre 800g et 1500g, le moteur, typiquement de masse entre entre 2 et 4 kg, l’électronique de commande, typiquement de masse de Tordre de 300 g, sont alignés sur Taxe du mât central. Par conséquent, ces composants sont quasiment alignés avec Taxe qui supporte tous les efforts du cycliste sur le vélo.

L’axe de sortie du moteur (rotor) étant ainsi au plus près de Taxe du pédalier, la 25 ligne du mécanisme de transmission du couple moteur est bien parallèle à celle du mécanisme de transmission du couple de pédalage, avec des directions de traction quasiment identiques et donc une bonne répartition des efforts sur le moyeu arrière.

En outre, le fait de mettre le moteur en bas et au plus près de Taxe du pédalier, permet un bon équilibre des masses à proximité de ce dernier. En effet, le moteur positionné 30 assez bas permet d’obtenir une meilleure garde au sol.

La batterie de masse réduite a une influence réduite.

Typiquement, la distance entre Taxe du rotor du moteur et l’axe de pédalier est inférieure à 12 cm.

La distance entre l’axe longitudinal défini par la batterie et le moteur est quasi parallèle et proche de l’axe défini par la selle et le pédalier. Typiquement, cette distance est 5 inférieure à 6 cm.

Autrement dit, l’intégration en empilement des composants de motorisation dans un mât central, avec le composant le plus lourd (moteur) à proximité immédiate de l’axe du pédalier et la batterie alignée sur l’axe selle- moteur permettent d’obtenir un centrage et un équilibrage optimisés des masses, entre l’avant et l’arrière du vélo d’une part et en faible 10 inertie de rotation autour d’un axe vertical d’autre part.

Par-là, la maniabilité et le ressenti du vélo électrique selon l’invention sont proches de ceux d’un vélo sans motorisation.

Selon un mode de réalisation avantageux, le mât central comprend une enveloppe fixe à l’intérieur de laquelle est monté coulissant un capot de forme 15 complémentaire au moins en partie avec celle de l’enveloppe, le mât central étant ainsi télescopique et/ou réglable.

Selon une variante de réalisation avantageuse, l’enveloppe comprend un profilé obtenu par déformation ou extrusion soudé à un profilé extradé intégrant un logement formant un tube de selle dans lequel peut s’insérer une tige de selle.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, le mât central comprend un mécanisme de déploiement du mât télescopique, le mécanisme étant de préférence un mécanisme à énergie pneumatique ou hydraulique et à commande hydraulique ou mécanique.

Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, la batterie est montée de 25 manière amovible à l’intérieur du mât central.

Selon ce mode, la batterie amovible comprend avantageusement un système de connexion électrique de type plug and play, constitué d’un connecteur électrique adapté pour être connecté directement à un connecteur électrique de type complémentaire de l’unité électronique de commande, lors d’une insertion de la batterie dans le mât central.

Le connecteur électrique de l’unité électronique de commande peut être un connecteur mâle de type à broches, tandis que le connecteur électrique de la batterie est un connecteur femelle, complémentaire du connecteur à broches.

Selon une variante avantageuse, le vélo comprend une selle montée sur une pi éce intermédiaire pivotante autour d’un axe sur une tige de selle ou sur le mât central, entre une position rabattue sur le mât dans laquelle l’utilisateur peut s’asseoir dessus et une position relevée dans laquelle la batterie amovible peut être extraite du mât central.

Selon une autre variante, le vélo comprend une selle montée sur un chariot monté mobile en translation pour l’avancer ou à l’inverse la reculer par rapport, au tube de direction.

Selon un mode de réalisation avantageux, le vélo comprend un système d’indexage, de reprise des efforts et de verrouillage de la batterie dans le mât central.

De préférence, le système d’indexage et de reprise des efforts comprend:

- au moins un relief d’indexage réalisé sur le boîtier de la batterie,

- au moins un doigt d’indexage à effort de rappel, monté mobile en translation entre une position de déverrouillage dans laquelle il est éloigné de la batterie dans sa position connectée et une position de verrouillage dans laquelle il vient coopérer avec le relief d’indexage pour bloquer la batterie dans sa position connectée.

De préférence encore, le doigt d’indexage est accessible depuis l’extérieur du mât central, afin de permettre à un utilisateur d’amener le doigt d’indexage dans sa position de déverrouillage de la batterie et ainsi permettre l’extraction de cette dernière.

Avantageusement, le boîtier de batterie est muni d’un biseau adapté pour faire reculer par appui progressif le doigt d’indexage lors de l’insertion de la batterie jusqu’à ce 20 que la batterie soit connectée et le doigt d’indexage soit en regard du relief d’indexage, ce qui l’amène par l’effort de rappel à coopérer avec ce dernier.

Description détaillée

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre 25 illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique partielle d’un prototype de vélo électrique selon l’invention;

- la figure 2 est une vue de côté de l’arrière du vélo électrique selon la figure 1,

- la figure 3 est une vue schématique de côté et partiellement en transparence du cadre de vélo électrique avec mât central selon l’invention ;

- la figure 4 est une vue en coupe transversale d’un mât central de cadre conforme à l’invention ;

- les figure 5A et 5B sont des vues de côté d’un vélo selon l’invention avec le mât central télescopique respectivement en position extrême repliée vers le bas et en position extrême déployée vers le haut ;

- la figure 6 est une vue de côté d’un vélo selon l’invention avec la selle dans une position pivotée vers l’arrière permettant l’extraction de la batterie amovible depuis l’intérieur du mât central ;

- la figure 7 est une vue de côté du mât central conforme à l’invention supportant une selle ;

- les figures 8 et 8A sont respectivement des vues de l’arrière et en coupe 10 longitudinale selon l’axe A-A d’un mât central selon l’invention sans la présence de la batterie amovible ;

- les figures 9 et 9A sont respectivement des vues de l’arrière et en coupe longitudinale selon l’axe A-A d’un mât central selon l’invention avec la présence de la batterie amovible ;

- les figures 10A à 10C sont des vues de détail du vélo selon la figure 3 et qui montrent les différentes étapes d’indexage et verrouillage, et de déverrouillage d’une batterie amovible dans le mât central.

Par souci de clarté, les mêmes références désignent les mêmes éléments d’un vélo selon l’invention sont utilisées pour toutes les figures 1 à 10C.

On précise ici dans l’ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « dessus », « dessous », « bas », « haut» sont à comprendre par référence à un vélo selon l’invention en configuration de roulage, c’est-à-dire avec les roues au sol et la selle sur le dessus.

Les figures 1 à 3 montrent un vélo électrique 1 selon l’invention.

Le vélo électrique 1 comprend un cadre 2 avec une partie avant 2A une partie arrière 2B comprenant deux haubans arrières 20, 21 entre lesquelles la roue arrière 3 est et maintenue.

La partie avant 2A du cadre comprend un tube supérieur 22, un tube oblique 23 lié par une de ses extrémités au tube supérieur 22 par un tube de direction 24 à travers lequel 30 passe l’axe de direction de la fourche avant.

L’autre extrémité du tube oblique 23 est liée à un boîtier de pédalier 25 adapté pour loger l’axe de pédalier.

Il

Les haubans arrière 20, 21 relient chacun le moyeu arrière au tube supérieur 22. Deux bases arrière 26, 27 relient le moyeu arrière au boîtier de pédalier 25.

Le mécanisme de transmission du couple de pédalage est classique : il comporte depuis le pédalier 4 pouvant tourner autour de l’axe 40, un plateau 41, une chaîne à rouleaux 5 12, une cassette de pignons autour de l’axe 11 de roue arrière ainsi qu’un premier dispositif à roue libre, non représenté, permettant d’entraîner la roue arrière uniquement dans le sens horaire du pédalage.

Comme visible sur la figure 2, ce mécanisme est implanté comme usuellement c’est-à-dire du côté du hauban arrière à droite 21.

Le vélo 1 comprend également une batterie électrique, de type Li-ion ou LiPolymère qui alimente, par l’intermédiaire d’une électronique de commande, un moteur électrique 6, de type à balais. Le moteur 6 peut être aussi du type « sans balai ».

Comme visible sur les figures 1 et 2, le moteur électrique 6 est destiné à entraîner directement la roue arrière 3 par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission qui est 15 agencé du côté du hauban arrière 20 à gauche du cadre 2.

Plus précisément, l’arbre de sortie 7 du moteur électrique 6 est muni d’une roue qui constitue la roue d’entrée qui entraîne directement, par l’intermédiaire d’une chaîne à rouleaux 8 ou d’une courroie, la roue de sortie 9, sous la forme d’une couronne, montée sur la roue arrière 3 autour de l’axe 11 de roue arrière.

Un deuxième dispositif de roue libre, non représenté, permet d’entraîner la roue arrière 3 par le biais de la couronne 9 uniquement lorsqu’elle est entraînée dans un sens par le moteur électrique.

Le mécanisme de transmission du couple moteur est donc simple et direct puisqu’il est réalisé sans aucun réducteur de vitesse mécaniquement plus compliqué qui 25 rajouterait d’ailleurs du poids au vélo, comme dans les vélos à assistance électrique selon l’état de l’art.

De manière avantageuse, le rapport de démultiplication entre la sortie du moteur et la couronne 9 sur le moyeu arrière est compris entre 1/20 et 1/4, de préférence entre 1/12 et 1/6.

A titre d’exemple, la roue de sortie 7 du moteur peut comporter entre 8 et 15 dents et la roue de sortie 9 sur le moyeu arrière entre 60 et 120 dents. Lorsque l’élément de transmission est une courroie, le pas est beaucoup plus petit et les nombre de crans plus grand, typiquement égal à 21 en sortie moteur et 180 sur la roue de sortie 9.

Selon l’invention, le cadre 2 comprend un mât central 5 composé de deux parties, une partie 50 étant fixe et l’autre 51 coulissante formant un logement à l’intérieur duquel 5 sont empilés et fixés les uns au-dessus des autres, le moteur électrique 6, l’unité électronique de commande 60 du moteur et la batterie d’alimentation électrique 61.

Comme visible sur la figure 3, une extrémité inférieure 50 du mât central 5 est liée au boîtier de pédalier 24 et le cas échéant au tube oblique 23, tandis qu’à une distance correspondant au 2/3 environ de sa hauteur, le mât central 5 est lié au tube supérieur 22, de 10 préférence à une partie horizontale 28 de ce dernier. Les liaisons entre tubes 22, 23, 28 et au boîtier de pédalier 24 et mât central 5 sont de préférence réalisées par soudures lorsque le cadre est métallique.

L’unité électronique de commande 60 est avantageusement fixée sur un support de maintien à l’intérieur du mât 50, de préférence par l’intermédiaire d’une ou plusieurs 15 attaches souples ou blocs amortisseurs adaptés pour absorber les chocs principalement verticaux venant du poids de la batterie et/ou du terrain sur lequel le vélo 1 circule.

L’unité électronique de commande 60 peut comporter une ou plusieurs cartes électroniques, par exemple une carte électronique dédiée à la puissance électrique et une carte électronique dédiée notamment à la commande du moteur. Cette électronique peut 20 également gérer une récupération d’énergie depuis le moteur vers la batterie. La liaison électrique entre l’unité électronique 60 et le moteur électrique peut être assurée partout fil d’alimentation classique.

Le mât central 5 est conformé pour maintenir latéralement et longitudinalement au plus près la batterie 60 pour ne pas engendrer ou reporter les efforts ou chocs subis sur 25 l’unité électronique de commande 60.

Le mât central 5 est de préférence télescopique pour permettre de relever ou à l’inverse d’abaisser la selle 10 y compris sans s’arrêter et sans descendre du vélo et de franchir alternativement des passages en montée et en descente.

Pour ce faire, le mât central 5 comprend une enveloppe fixe 50 qui constitue la 30 base du mât sur laquelle sont liés les différents tubes 22, 23, 28 et boîtier de pédalier 24, et un capot 51 qui est monté coulissant à l’intérieur de l’enveloppe fixe 50.

Le capot 51 est de forme complémentaire au moins en partie avec celle de l’enveloppe fixe 50. La forme extérieure donnée au capot 51 lui confère un aspect esthétique en harmonie avec le design global du vélo 1. En outre, le capot 51 est conformé pour former une barrière de protection contre toute infiltration de matière (eau, boue,...) à l’intérieur du 5 mât central 5.

En outre, le capot 51 a pour fonction de renforcer la rigidité en rotation de la selle autour de la tige télescopique ainsi que d’assurer le guidage de la batterie et son accessibilité pour l’enclencher lors de sa mise en place et l’enlever. Ceci nécessite un ajustement mais également un jeu fonctionnel pour permettre les mouvements décrit ci10 dessous.

Pour assurer le déploiement du mât télescopique 5, c’est-à-dire le déploiement du capot 51 vers le haut de l’enveloppe fixe 50, un mécanisme d’assistance, de préférence pneumatique et actionné par une commande hydraulique peut être agencé dans le mât central

5. Le mécanisme d’assistance peut être avantageusement prévu avec un effort de retour 15 limité.

Ce type de composant est disponible sous une forme complète de « tige télescopique», mais il est également possible de réaliser une intégration d’un mécanisme hydraulique ou pneumatique qui se sert alors de guidage cinématique réalisé par la complémentarité entre capot 51 et enveloppe 50, éventuellement complété par un guidage 20 plus ajusté entre tige de selle et tube de selle.

Pour le repliement du mât télescopique 5, c’est-à-dire le repliement du capot 51 vers l’intérieur de l’enveloppe fixe 50, le poids de l’utilisateur peut suffire.

Le coulissement du capot 51 à l’intérieur de l’enveloppe fixe 50 est prévu avec un jeu fonctionnel avec la batterie 61. Ce jeu fonctionnel et les matériaux de ces pièces 50, 25 51 permettent au capot 51 de coulisser au plus près de la batterie 61, de préférence sur les arêtes de son boîtier.

Un exemple de réalisation avantageux de l’enveloppe fixe 50 est montré en figure 4.

Elle comprend à l’arrière un logement 53 de type « tube de selle » et section 30 circulaire dans lequel une tige de selle 52 peut couli sser, et à l’avant un logement principal 54 définissant le volume de rangement de la batterie 61.

La hauteur de l’enveloppe 50 est dimensionnée pour tenir compte du réglage en hauteur de la selle 10 et du débattement du capot 51 télescopique.

Telle qu’illustrée en figure 4, l’enveloppe 50 comprend un profilé obtenu par déformation qui délimite le logement principal et qui est soudé à un profilé extradé 55 5 intégrant le logement 53 de la tige de selle 52.

Les positions extrêmes repliée et déployée du mât télescopique 5 sont montrées respectivement en figures 5 A et 5B.

Les axes des enveloppe fixe 50 et du tube de selle 53 sont parallèles entre eux, avec un angle d’inclinaison a par rapport à l’horizontale qui peut être plus faible que sur un 10 vélo classique. De préférence, l’angle a peut être compris entre 60 et 75°, de préférence encore entre 67 et 73°, avantageusement égal à 70 °.

Selon un mode de réalisation avantageux, la batterie 61 est montée de manière amovible à l’intérieur du mât central 5, de manière à pouvoir la transporter, l’échanger et la recharger à souhait.

Pour ce faire, la selle 10 est montée pivotante autour d’un axe horizontal 100 par rapport au capot 51, de manière à laisser l’accès manuel à l’intérieur du mât central 5.

Plus précisément, la selle 10 est montée par l’intermédiaire d’un support-chariot 101 de selle sur un sous-ensemble 102, 103. Le chariot 101 permet un réglage de l’assiette et de l’avancement de la selle 10 vers l’avant du vélo ou son recul vers l’arrière.

Le sous-ensemble est constitué de deux pièces, une 102 pouvant pivoter autour de l’axe de pivotement 100 tandis que l’autre 103 est fixée en haut de la tige de selle 52.

Le capot 51 est aussi fixé sur la pièce fixe 103 du sous-ensemble. Lorsque la pièce 102 est dans sa position extrême rabattue, elle vient obturer haut du capot 51. Dans cette position, la pièce 102 est fixée par un axe traversant situé plus en avant qui permet de 25 solidariser les pièces 102 et 103 du sous-ensemble.

Ainsi, la selle 10 constitue avec le chariot 101 et le sous-ensemble 102, 103 un ensemble mécanique solidarisé avec le capot 51 en le fermant sur le haut et le solidarise avec le mécanisme télescopique de selle.

La position extrême pivotée vers le haut, correspondant à une position au moins 30 verticale, est montrée en figure 6. Dans cette position, qui est au minimum verticale, l’ensemble constitué par la selle 10, le chariot 101 et le sous-ensemble 102, 103 est de préférence maintenu par son propre poids ou vient en butée sur l’arrière de manière à complètement dégager l’espace nécessaire à l’introduction de la batterie 61 dans le mât central.

Pour assurer la connexion électrique directe entre la batterie 61 et l’unité électronique de commande 60, un système de connexion électrique de type plug-and-play 5 est prévu.

Plus exactement comme montré aux figures 8, 8A, 9 et 9A, l’unité électronique de commande 60 comprend un connecteur électrique 600, de type mâle, de préférence sous la forme de broches, qui est adapté pour coopérer par emboîtement avec un connecteur électrique femelle 610, représenté partiellement sur 9A, qui est réalisé dans la partie 10 inférieure de la batterie 61.

Pour indexer et verrouiller la batterie amovible 61 à l’intérieur du mât central 5, un système d’indexage et de verrouillage est avantageusement prévu.

Ce système est montré aux figures 10A à 10C, sur lesquelles les flèches symbolisent les sens de déplacement des différents éléments.

II comprend tout d’abord une gorge ou cavité borgne de verrouillage 611 réalisé sur la périphérie de la partie inférieure du boîtier de la batterie 61.

La partie inférieure du boîtier de batterie présente en outre un biseau 612 dont le rôle est expliqué ci-après.

Pour coopérer avec la gorge de verrouillage 611, un doigt d’indexage et de 20 reprise d’efforts 200 est monté mobile en translation entre une position extrême déployée de déverrouillage qui permet l’introduction/!’extraction de la batterie 61 dans le mât central 5 et une position extrême insérée de verrouillage dans laquelle il est inséré dans la gorge de verrouillage 611.

Le doigt d’indexage et de reprise d’efforts 200 est équipé d’un moyen de rappel 25 pour exercer un effort de rappel automatique du doigt de sa position extrême déployée à sa position extrême insérée.

Pour que l’utilisateur est ait accès au déverrouillage depuis l’extérieur, le doigt 200 traverse l’enveloppe fixe 50.

Le fonctionnement du système d’indexage et de reprise des efforts est expliqué 30 en détail en référence aux figures 10A à 10C.

Lorsque l’utilisateur insère la batterie 61 dans le mât central 5, le doigt d’indexage et de reprise d’efforts est dans sa position extrême insérée dans le mât 5 (figure 10A).

Lorsque la partie inférieure de la batterie 61 arrive en appui contre le doigt 200, 5 celui-ci est déplacé progressivement vers l’extérieur du mât 5 par le biseau 612 (figure 10B).

L’utilisateur continue l’insertion de la batterie 61 jusqu’à celle soit connectée mécaniquement et électriquement à l’unité électronique de commande 60 par le biais du système de connexion 600, 610.

Simultanément à cette connexion ou après, le doigt 200 s’insère 10 automatiquement dans la gorge de verrouillage 611 sous l’effet du système d’effort de rappel (figure 10C).

Ainsi, dans sa position connectée électriquement, la batterie 61 est verrouillée à l’unité électronique de commande 60. Le verrouillage ainsi réalisé permet de maintenir une connexion électrique fiable quelles que soient les sollicitations et positions du vélo selon 15 l’invention.

Le doigt 200 logé dans la gorge de verrouillage 611 permet également de reprendre les efforts appliqués par la batterie 61, notamment dûs à. son propre poids en sus fortement augmenté lors des accélérations sur des chocs verticaux de la pratique tous terrains notamment, ce qui permet de soulager l’unité électronique de commande 60 qui n’a donc 20 pas à supporter lesdits efforts.

Bien entendu, le capot 51 comprend un ajour 510 sur une longueur suffisante pour permettre le passage du doigt d’indexage et de reprise d’efforts 200 sur toute la course de déploiement télescopique du capot 51.

D’autres variantes et. réalisations peuvent être envisagées sans pour autant sortir 25 du cadre de l’invention qui vient d’être décrite.

Ainsi, dans les modes de réalisation illustrés, le capot est un profilé qui constitue à la fois un élément esthétique et un élément de protection de l’intérieur du mât central contre les entrées/infiltrations (eau, boues...), la tige de selle est une tige classique ou télescopique, de section circulaire qui vient coulisser dans le tube 53 intégré directement dans l’enveloppe 30 fixe pour le réglage en hauteur de la selle. Autrement dit, dans ces modes le capot n’a pas de fonction structurelle de support de poids d’utilisateur.

En lieu et place d’une tige de selle classique, on peut tout aussi bien prévoir de conférer au capot esthétique et de protection mécanique, une fonction structurelle de support de selle. Ainsi, ce capot assurera à la fois un guidage et un report des efforts appliqués à la selle (poids du cycliste) vers l’enveloppe fixe et le reste du cadre.

Si dans les modes de réalisation illustrés, le connecteur mâle 600 du système de connexion directe entre unité électronique de commande 60 et batterie 61, est prévu sur l’unité 60 et celui femelle complémentaire sur la batterie 61, on peut tout-à-fait envisager l’inverse.

On peut envisager d’implanter dans l’empilement à l’intérieur du mât central, en 10 lieu et place de la batterie ou en sus de celle-ci, un supercondensateur. Dans ce cas, le supercondensateur peut être implanté entre la batterie et entre l’unité électronique de commande.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Vélo électrique (1 ), comprenant :

   - un pédalier (4), comprenant un axe de pédalier (40);

   - un moteur électrique d’entraînement (6), comprenant un stator et un rotor pouvant tourner autour d’un axe de rotor;

   - une unité électronique (60) de commande du moteur;

   - une batterie et/ou un supercondensateur d’alimentation électrique (61) du moteur;

   - un cadre (2) dont la partie avant (2A) sous la forme d’un triangle comprend:

   • un tube de direction (25), • un tube supérieur (22, 28), • un tube oblique (23) dont une extrémité est liée au tube supérieur par le tube de direction et l’autre extrémité est liée à un boîtier de pédalier (24) adapté pour loger l’axe de pédalier, • un mât central (5) dont une zone dans une partie supérieure est liée au tube supérieur et une partie inférieure est liée au boîtier de pédalier et/ou au tube oblique, le mât central étant conformé pour loger en empilement de bas en haut le moteur avec l’axe du rotor à proximité de l’axe du pédalier, l’unité électronique de commande, et la batterie et/ou le supercondensateur.
2. 2. Vélo électrique selon la revendication 1, le mât central (5) comprenant une enveloppe (50) fixe à l’intérieur de laquelle est monté coulissant un capot (51) de forme complémentaire au moins en partie avec celle de l’enveloppe (50), le mât central étant ainsi télescopique et/ou réglable.
3. 3. Vélo électrique selon la revendication 2, l’enveloppe (50) comprenant un profilé obtenu par déformation ou extrusion (54) soudé à un profilé extrudé (55) intégrant un logement formant un tube de selle (53) dans lequel peut s’insérer une tige de selle (52).
4. 4. Vélo électrique selon la revendication 2 ou 3, le mât central (5) comprenant un mécanisme de déploiement du mât télescopique, le mécanisme étant de préférence un mécanisme à énergie pneumatique ou hydraulique et à commande hydraulique ou mécanique.
5. 5. Vélo électrique selon l’une des revendications précédentes, la batterie étant montée de manière amovible à l’intérieur du mât central (5).
6. 6. Vélo électrique selon la revendication 5, la batterie amovible (61) comprenant un système de connexion électrique de type plug and play, constitué d’un connecteur électrique (610) adapté pour être connecté directement à un connecteur électrique (600) de type complémentaire de l’unité électronique de commande, lors d’une insertion de la batterie dans le mât central (5).
7. 7. Vélo électrique selon la revendication 6, le connecteur électrique (600) de l’unité électronique de commande étant un connecteur mâle de type à broches, tandis que le connecteur électrique de la batterie est un connecteur femelle, complémentaire du connecteur à broches.
8. 8. Vélo électrique selon l’une des revendications 5 à 7, comprenant une selle (10) montée sur une pièce intermédiaire (102) pivotante autour d’un axe (100) sur une tige de selle (52) ou sur le mât central (5), entre une position rabattue sur le mât dans laquelle l’utilisateur peut s’asseoir dessus et une position relevée dans laquelle la batterie amovible peut être extraite du mât central (5).
9. 9. Vélo électrique selon l’une des revendications précédentes, comprenant une selle montée sur un chariot monté mobile en translation pour l’avancer ou à l’inverse la reculer par rapport au tube de direction.
10. 10. Vélo électrique selon l’une des revendications 5 à 9, comprenant un système d’indexage, de reprise des efforts et de verrouillage de la batterie dans le mât central (5).
11. 11. Vélo électrique selon la revendication 10, le système d’indexage et de reprise des efforts comprenant :

    - au moins un relief d’indexage (612) réalisé sur le boîtier de la batterie,

    - au moins un doigt d’indexage (200) à effort de rappel, monté mobile en translation entre une position de déverrouillage dans laquelle il est éloigné de la batterie dans sa position connectée et une position de verrouillage dans laquelle il vient coopérer avec le relief d’indexage pour bloquer la batterie dans sa position connectée.
12. 12. Vélo électrique selon la revendication 11, le doigt d’indexage étant accessible depuis l’extérieur du mât central (5), afin de permettre à un utilisateur d’amener le doigt d’indexage dans sa position de déverrouillage de la batterie et ainsi permettre l’extraction de cette dernière.
13. 13. Vélo électrique selon la revendication 11 ou 12, le boîtier de batterie étant muni d’un biseau adapté pour faire reculer par appui progressif le doigt d’indexage lors de l’insertion de la batterie jusqu’à ce que la batterie soit connectée et le doigt d’indexage soit en regard du relief d’indexage, ce qui l’amène par l’effort de rappel à coopérer avec ce dernier.