FR3118939A1 - Cadre de bicyclette a assistance électrique et bicyclette adoptant un tel cadre - Google Patents

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Abstract

CADRE DE BICYCLETTE A ASSISTANCE ÉLECTRIQUE ET BICYCLETTE ADOPTANT UN TEL CADRE L’invention concerne un cadre (C) de bicyclette à assistance électrique, le cadre étant du type de celui comportant au moins un tube de selle (120) et un tube oblique (130). Ce cadre est remarquable en ce qu’il adopte une configuration d’un seul tenant et est préformé au niveau de la jonction entre lesdites extrémités basses d’un boîtier (400) formant un volume d’accueil recevant au moins ledit moteur électrique (500), ledit volume d’accueil étant divisé par au moins une cloison (410) préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du moteur électrique. L’invention concerne également une bicyclette à assistance électrique adoptant un tel cadre. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

CADRE DE BICYCLETTE A ASSISTANCE ÉLECTRIQUE ET BICYCLETTE ADOPTANT UN TEL CADRE
DOMAINE D’APPLICATION DE L’INVENTION
L’invention a trait au domaine des bicyclettes à assistance électrique et notamment aux adaptations permettant d’intégrer la motorisation dans les meilleures conditions.
DESCRIPTION DE L’ART ANTÉRIEUR
Dans le domaine des bicyclettes à assistance électrique et plus particulièrement dans le domaine des vélos tout terrain électriques (VTTAE), il existe une pluralité de solutions d’intégration de la motorisation dont les principales sont décrites ci-après.
Selon la solution de la roue motorisée, le moteur électrique assistant l’utilisateur constitue le moyeu d’une des roues du cycle. Un avantage d’une telle solution est la non-déperdition d’énergie dans le transfert de l’énergie motrice qui passe directement à la route, sans élément de transmission autre que le pneu et la jante.
L’inconvénient réside dans la masse non suspendue que constitue un tel positionnement, rendant quasi-impossible son utilisation dynamique sur voie non carrossée, par la perte de contrôle de la bicyclette dans certaines situations ou pratiques « engagée » sportive.
Selon la solution du moteur pédalier, le cadre de la bicyclette est tronqué dans sa partie basse, et le moteur électrique est rapporté boulonné en lieu et place de l’habituel pédalier. L’avantage principal est que ce type de moteur peut être développé et industrialisé en dehors de l’entreprise industrialisant le cycle, et peut donc être standardisé pour une diffusion à grande échelle.
Les inconvénients sont néanmoins multiples. Tout d’abord, la structure du cadre est fortement impactée afin de permettre la fixation du « greffon moteur », les moteurs sont tous équipés de trois à quatre boulonnages de grandes dimensions (tels des M8 c’est-à-dire avec un diamètre nominal de la tige filetée égal à huit millimètres), non seulement très lourds, mais situés à des points imposés du cadre du cycle rendant alors standard la géométrie de ces cycles équipés, car l’interface est figée. Ceci engendre des limitations de géométries du train arrière et des impossibilités de placer les centres de rotations où le concepteur du cycle le souhaite, rendant inefficiente la suspension arrière dans certains cas.
De plus, ces moteurs pédaliers sont eux-mêmes très lourds, car fixés au point bas du vélo, leur structure doit pouvoir encaisser les chocs avec des rochers ou des trottoirs en cas de franchissement pour ne pas exploser lors du choc. Les parois de leur carter sont donc épaisses pour résister aux impacts.
La rigidité de la fixation n’est pas atteinte car elle travaille sous les sollicitations de l’utilisateur : soit le cadre se tord autour des ancrages moteur « M8 », soit le moteur lui-même n’est pas suffisamment rigide et se déforme lors d’un pédalage sportif (au-delà des quatre-vingt newtons-mètres couple utilisateur).
Enfin et avant tout, les cadres sont dits « ouverts » car soit leur structure s’interrompt pour accueillir le moteur, soit les cadres sont fortement affinés à l’endroit crucial où les efforts de pédalages vont être appliqués, engendrant torsion excessive, forte déperdition de rendement au pédalage et fatigue du cadre en ces points de fixation qui se trouvent fragilisés par la greffe de ces moteurs centraux.
Pour pallier ces faiblesses structurelles, de nombreux fabricants sont dans l’obligation de renforcer le cadre afin de respecter les normes définissant la robustesse des cycles mis sur le marché.
Le bilan final est que l’on trouve de nos jours des VTTAE dont la masse varie entre vingt trois kilogrammes et trente six kilogrammes, ce qui les rend moins maniables et donc moins utilisables dans des conditions de franchissement dynamique (exemples : montée de marche supérieure à trente centimètres, descente rapide avec changement brutal de direction).
Selon la solution du moteur semi-intégré, le tube diagonal avant doit embarquer la batterie, qui elle-même vient se connecter structurellement au moteur qui comporte deux renvois d’angle à 90°. La masse affichée des bicyclettes l’intégrant est réduite dans les spécifications diffusées par les constructeurs. Néanmoins, les problèmes exposés de la solution moteur pédalier demeurent.
Le problème de l’intégration persiste car le cadre est ouvert dans sa partie basse structurelle. De plus, l’efficience d’une telle transmission est inférieure aux autres solutions en terme de rendement.
En outre, si la géométrie du cycle demeure préservée en regard d’une solution à moteur pédalier, ces moteurs utilisent des batteries tubulaires de faible masse et donc de faible capacité ce qui réduit fortement son autonomie.
BRÈVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches avec pour objectif de solutionner les inconvénients constatés.
Ainsi, une analyse de l’état de la technique a fait apparaître que les problèmes techniques non résolus sont notamment les suivants :
- La masse du VTTAE est excessive, un usage dynamique aisé impose, selon les ressentis des pilotes professionnels, une masse globale en mouvement de moins de dix-sept kilogrammes ;
- La géométrie et la structure ouverte du cadre ne sont pas compatibles avec la robustesse attendue d’un VTTAE.
Les recherches de la demanderesse ont abouti à la conception et à la réalisation d’un cadre de bicyclette à assistance électrique original apportant une solution à ces problèmes techniques.
Selon l’invention, le cadre de bicyclette à assistance électrique est du type de celui comportant au moins un tube de selle et un tube oblique comprenant chacun une extrémité basse et dont les extrémités basses se rejoignent, ladite bicyclette comportant un pédalier équipé d’un arbre de pédalier et un moteur électrique associé à une batterie. Ce cadre est remarquable en ce qu’il adopte une configuration d’un seul tenant et est préformé au niveau de la jonction entre lesdites extrémités basses d’un boîtier formant un volume d’accueil recevant au moins le moteur électrique, ledit volume d’accueil étant divisé par au moins une cloison préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du moteur électrique.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu’elle propose la continuité mécanique de la structure porteuse allant du support de la direction jusqu’au tube de selle en passant par le pédalier sans aucune ouverture déstructurante pratiquée dans cet ensemble porteur.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ledit volume d’accueil reçoit d’autre part le pédalier et ladite cloison est préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du pédalier.
Ce principe propose la complétude des éléments du cadre porteur, dit aussi triangle avant. Les tubes le composant ne sont pas ouverts afin de conserver ses propriétés mécaniques. Le moteur n’est pas rapporté boulonné, mais totalement intégré au cadre.
En fait, le cadre constitue le carter du moteur. En d’autres termes, l’invention propose un « moteur cadre » mono-pièce, dit aussi connexe au sens topologique du terme. Ce cadre n’est pas percé par une ouverture offrant la possibilité de boulonner un moteur. Il est préformé d’un volume accueillant le moteur et le pédalier.
Ce cadre est réalisé dans les matériaux standards utilisés pour la fabrication des vélos actuels, principalement aluminium, carbone, acier, titane.
Selon une autre caractéristique, il est fabriqué par injection de matières thermodurcissables ou thermoplastiques techniques.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ladite cloison est positionnée sensiblement dans le plan sagittal du cadre. Ainsi, la structure porteuse passe par le plan sagittal du cadre ce qui permet d’apporter une rigidité maximale pour une masse minimale.
Ladite cloison est positionnée dans le plan sagittal ou au plus près de ce dernier c’est-à-dire dans une position où les contraintes prises en compte par la cloison se répartissent au mieux dans le reste du cadre, le plan sagittal étant la position la plus adaptée pour mettre en œuvre cette fonction. Elle est parallèle au plan sagittal.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, la portion de cloison accueillant le moteur et celle traversée par l’arbre de pédalier sont coplanaires.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, la portion de cloison accueillant le moteur et celle traversée par l’arbre de pédalier ne sont pas coplanaires.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, où le moteur comprend un arbre moteur, ladite cloison comprend un orifice de passage de l’arbre moteur. Ainsi, le cadre de l’invention supporte les charges auxquelles est soumis l’arbre moteur.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ladite cloison comprend un orifice de passage de l’arbre de pédalier. Ainsi, le cadre de l’invention supporte les charges auxquelles est soumis l’arbre de pédalier.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, le moteur et le pédalier sont disposés dans le boîtier de sorte qu’ils ne soient pas coaxiaux. Le volume du boîtier ne constitue donc pas une saillie gênante de part et d’autre du plan sagittal du cadre. De plus, son volume ne dépasse pas le diamètre extérieur de la roue dentée du pédalier. Ainsi en cas de contact en partie basse du cadre, ladite roue dentée est susceptible d’encaisser au moins une partie du choc.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, l’orifice de passage de l’arbre de pédalier est préformé d’une portée cylindrique supportant un roulement de guidage de l’arbre de pédalier. Plus précisément, selon une autre caractéristique ledit arbre de pédalier accueille un pignon interne guidé en rotation sur ce dernier et entraîné en rotation par l’arbre moteur. Ledit pignon est solidaire en rotation de la roue dentée extérieure liée à l’arbre de pédalier. Ledit roulement guide la rotation d’une portion de manchon cylindrique emmanché sur une partie médiane interne de l’arbre de pédalier. Une autre portion de ce manchon cylindrique est en liaison pivot au moyen d’un roulement de roue libre avec ledit pignon.
La conception simplifiée à l’extrême rend l’entretien du moteur cadre très aisé. Les éléments transmettant le couple du moteur à l’arbre de pédalier sont baignés dans l’huile, espaçant les phases d’entretien et donnant au moteur une grande durée de vie.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ledit boîtier est fermé sur ses côtés par des flasques amovibles préformées pour mettre en œuvre au moyen de roulements une liaison pivot avec l’arbre de pédalier.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ledit cadre comprend une portion plane reliant l’extrémité inférieure du tube de selle à l’extrémité inférieure du tube oblique au-dessus du boîtier d‘accueil, portion plane sur laquelle vient se fixer de manière amovible la batterie. L’accueil de la batterie ne requiert donc pas une fragilisation du cadre. Au contraire, elle est mise en œuvre par une portion venant rigidifier la liaison entre le tube de selle et le tube oblique.
Selon un mode de réalisation préféré, ladite portion plane est parallèle au plan sagittal du cadre.
Cette conception conduit à un recentrage des masses, car la batterie n’est plus placée en hauteur dans le tube oblique, mais elle est stockée au point le plus bas du cadre entre ledit tube oblique et le tube de selle permettant d’abaisser ainsi au maximum le centre de masse global du cadre et donc de la bicyclette.
En outre, son extraction demeure possible, rendant les rechargements plus simples car n’imposant pas la présence du vélo au complet ce qui est un autre des inconvénients des batteries totalement intégrées et non extractibles.
La cinématique d’extraction et connexion de la batterie est aussi innovante car elle permet une mise en place très simple par translation perpendiculaire au plan sagittal du cadre, tout en offrant des surfaces de protections arrière et basse par les éléments de la structure en cas de chute violente. Elle propose en outre une connectique intégrée transversalement aux vibrations remontant dans le cadre, ce qui diminue les phénomènes de corrosion de contact sur les éléments de contact électrique et préserve ainsi le rendement de la batterie en diminuant les résistivités de ses éléments de contact.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, ledit cadre comprend un triangle arrière soutenant la roue arrière et un triangle avant soutenant la roue avant et comprenant notamment les tubes oblique et de selle, ledit triangle arrière pivotant par rapport au triangle avant, la portion de triangle arrière située à l’avant dudit triangle arrière étant formée par une armature de tubes formant une fenêtre par laquelle passe la batterie lors de son montage ou lors de son démontage.
Un autre objet de l‘invention concerne la bicyclette à assistance électrique comprenant un cadre reprenant tout ou partie des caractéristiques ci-dessous décrites.
Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, la bicyclette à assistance électrique est remarquable en ce qu’elle comprend un cadre selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d’exemple non limitatif, un mode de réalisation d’une bicyclette conforme à l’invention.
est un dessin schématique d’une vue extérieure en perspective du côté gauche d’un cadre de bicyclette conforme à l’invention ;
est un dessin schématique d’une vue extérieure en perspective éclatée du côté gauche d’un cadre de bicyclette de la avec la batterie désinstallée ;
est un dessin schématique d’une vue extérieure du côté droit du triangle avant du cadre de la avec le moteur et le pédalier installés;
est un dessin schématique d’une vue extérieure côté droit du seul triangle avant du cadre de la ;
est un dessin schématique d’une vue en coupe selon le plan sagittal du côté droit du seul triangle avant du cadre de la ;
est un dessin schématique d’une vue de derrière en coupe selon un plan transversal passant par l’axe du pédalier du volume d’accueil du moteur et du pédalier.
DESCRIPTION D’UN MODE PRÉFÉRÉ DE RÉALISATION
Comme illustré sur par les figures 1 et 2, le cadre référencé C dans son ensemble est un cadre de bicyclette à assistance électrique. Ce cadre C est du type de celui comportant un triangle avant 100 et un triangle arrière 200 articulé selon une liaison pivot au triangle avant 100.
Le triangle avant comprend un tube de direction 110, un tube de selle 120, un tube oblique 130 et un tube sensiblement horizontal 140. Le tube sensiblement horizontal 140 assure la liaison entre le tube de direction 110 et le tube de selle 120. Les extrémités basses des tubes de selle 120 et oblique 130 se rejoignent.
Le tube de direction 110 accueille un arbre de direction (non illustré) dont l’extrémité basse est équipée d’une fourche (non illustrée) accueillant la roue avant (non illustrée) et dont l’extrémité haute accueille un guidon (non illustré).
Un organe d’amortissement 300 dont une extrémité est articulée au triangle avant 100 et dont l’autre extrémité est articulée au triangle arrière 200, accompagne le mouvement de la liaison pivot entre les deux triangles.
Conformément à l’invention et comme illustré plus en détail par les figures 3, 4, 5 et 6, le triangle avant 100 adopte une configuration d’un seul tenant et est préformé au niveau de la jonction entre lesdites extrémités basses d’un boîtier 400 formant un volume d’accueil du moteur électrique 500 et des éléments constitutifs internes du pédalier 600. Ce volume intérieur d’accueil proposé par boîtier 400 est divisé par une cloison 410.
Comme illustrée par les figures 5 et 6, ladite cloison 410 est positionnée au plus près du plan sagittal du triangle avant 100. Ces figures montrent que la cloison, le boîtier et le cadre sont fabriqués lors d’un seul et même moulage. Ladite cloison 410 sépare en deux parties 420 et 430 le volume d‘accueil du boîtier 400.
Comme illustrée plus en détail par la , ladite cloison 410 est préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du moteur électrique 500 et du pédalier 600 dont les axes sont décalés.
Plus précisément, ladite cloison 410 comprend en partie haute un orifice de passage 411 de l’arbre (non illustré) du moteur 500 et, en partie basse, un orifice de passage 412 de l’arbre 610 du pédalier 600. Ces parties haute et basse de la cloison ne sont pas coplanaires mais légèrement décalées.
Le moteur 500 est accueilli dans le volume 420 et sur la paroi 413 de la cloison 410 laquelle en plus de l’orifice 411 est préformée de formes concaves à cet effet. En outre, une pluralité de vis met en œuvre la fixation à la paroi 410.
L’arbre moteur (non illustré) débouche dans le volume 430 et a son extrémité équipée d’un pignon moteur (non illustré).
Ce pignon moteur (non illustré) coopère avec un pignon interne 620 relié à la roue dentée extérieure 630 du pédalier 600 et au moyen d’un organe roue libre 640 à l’arbre 610 du pédalier. La bague intérieure de l’organe roue libre est emmanchée sur un manchon 650 lié audit arbre 610 et guidé en rotation au moyen d‘un roulement 440 logé dans un palier d’accueil 441 préformé dans l’orifice 412 traversé par l’arbre 610 du pédalier.
Lors de la fabrication du triangle avant 100, le boîtier 400 est fabriqué ouvert sur ses côtés.
Il est fermé sur ses côtés par des flasques amovibles 450 et 460 préformées pour mettre en œuvre au moyen de roulements une liaison pivot avec l’arbre du pédalier 610 pour le roulement 451 et une liaison pivot avec la roue dentée extérieure 630 pour le roulement 461. Comme illustrée, cette roue dentée extérieure 630 est également guidée en rotation autour de l’arbre 610 au moyen d’un roulement 631.
Comme illustré par les figures 1 à 5, ledit triangle avant 100 comprend une portion plane 150 reliant l’extrémité inférieure du tube de selle 120 à l’extrémité inférieure du tube oblique 130 au-dessus du boîtier d‘accueil 400. Cette portion plane 150 sur laquelle vient se fixer de manière amovible la batterie 700 est parallèle au plan sagittal du triangle avant 100 du cadre C.
La portion de triangle arrière située à l’avant dudit triangle arrière 200 est formée par une armature de tubes formant une fenêtre 210 par laquelle passe la batterie 700 lors de son montage ou lors de son démontage.
Selon le mode de réalisation préféré envisagé, ce choix de conception de cadre porte la masse globale d’une bicyclette de type VTTAE roulant à moins de 17 kilogrammes pour afficher des performances supérieures à celles proposées par les dispositifs de l’art antérieur.
Le moteur peut en effet développer un couple de plus de 120 Nm et la batterie peut embarquer 437 Wh, offrant à ce VTTAE des performances supérieures aux derniers VTTAE à moteur pédalier embarquant 750 Wh et pesant plus de 25 kilogrammes. Ces performances sont rendues possibles par cette conception de structure connexe qui abaisse la masse du cadre moteur à environ 1,5 kilogrammes, alors que la concurrence dépasse les 3,5 kilogrammes pour ces mêmes éléments fonctionnels.
On comprend que le cadre et la bicyclette qui viennent d’être ci-dessus décrits et représentés, l’ont été en vue d’une divulgation plutôt que d’une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l’exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims (12)

  1. Cadre (C) de bicyclette à assistance électrique, le cadre étant du type de celui comportant au moins un tube de selle (120) et un tube oblique (130) comprenant chacun une extrémité basse et dont les extrémités basses se rejoignent,
    ladite bicyclette comportant un pédalier (600) équipé d’un arbre de pédalier (610) et un moteur électrique (500) associé à une batterie (700), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU’il adopte une configuration d’un seul tenant et est préformé au niveau de la jonction entre lesdites extrémités basses d’un boîtier (400) formant un volume d’accueil recevant au moins ledit moteur électrique (500), ledit volume d’accueil étant divisé par au moins une cloison (410) préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du moteur électrique.
  2. Cadre (C) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit volume d‘accueil reçoit d’autre part le pédalier (600) et ladite cloison (410) est préformée de surface(s) d’appui pour les éléments constitutifs du pédalier.
  3. Cadre (C) selon la revendication 1 ou 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite cloison (410) est positionnée sensiblement dans le plan sagittal du cadre (C).
  4. Cadre (C) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 où le moteur (500) comprend un arbre moteur, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite cloison (410) comprend un orifice de passage (411) de l’arbre moteur.
  5. Cadre (C) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite cloison (410) comprend un orifice de passage (412) de l’arbre de pédalier (610).
  6. Cadre (C) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l’orifice de passage (412) de l’arbre de pédalier (610) est préformé d’une portée cylindrique supportant un roulement de guidage (440) de l’arbre de pédalier (610).
  7. Cadre (C) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moteur (500) et le pédalier (600) sont disposés dans le boîtier (400) de sorte qu’ils ne soient pas coaxiaux.
  8. Cadre (C) selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit boîtier (400) est fermé sur ses côtés par des flasques amovibles (450 et 460) préformées pour mettre en œuvre au moyen de roulements (451, 452) une liaison pivot avec l’arbre de pédalier (610).
  9. Cadre (C) selon la revendication l’une quelconque des revendications précédentes, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU’il comprend une portion plane (150) reliant l’extrémité inférieure du tube de selle (120) à l’extrémité inférieure du tube oblique (130) au-dessus du boîtier d‘accueil (400), portion plane (150) sur laquelle vient se fixer de manière amovible la batterie (700).
  10. Cadre (C) selon la revendication 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU’il comprend un triangle arrière (200) soutenant la roue arrière et un triangle avant (100) soutenant la roue avant et comprenant notamment les tubes oblique (130) et de selle (120), ledit triangle arrière (200) pivotant par rapport au triangle avant (100), la portion de triangle arrière situé à l’avant dudit triangle arrière (200) étant formée par une armature de tubes formant une fenêtre (210) par laquelle passe la batterie (700) lors de son montage ou lors de son démontage.
  11. Cadre (C) selon l’une quelconque des revendications précédentes, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU’il est fabriqué par injection de matières thermodurcissables ou thermoplastiques techniques.
  12. Bicyclette à assistance électrique, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU’elle comprend un cadre selon l‘une quelconque des revendications précédentes.
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