WO1987000500A1 - Dispositif de traction electrique pour bicyclette, constitue par deux moteurs electriques a aimants permanents montes en opposition et attaquant un meme galet central - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric traction device adaptable to the front fork of any bicycle, and possibly at the rear, or even simultaneously at the front and at the rear to double the power. 5
- This device consists of two electric motors with permanent magnets mounted in opposition and attacking the same central roller. These two motors enclosed in a thin sheet of aluminum preferably, rolled constituting alignment support and cooler allow, by putting in series or in parallel their bobina ⁇ it) ges the selection of two speeds from the voltage constant supplied by the battery, and energy recovery, directly by reverse switching from second to first speed.
- the field of the invention is the electric motorization of a cycle, constituting a sensitive aid for pedaling.
- a cycle constituting a sensitive aid for pedaling.
- this same device associated with a free roller, or a roller driven by a flat belt, can constitute an effective and inexpensive sus ⁇ pension.
- the bicycle is distributed all over the world, and the fork devices are now, in fact, standardized, which allows the addition of optional universal electric traction equipment.
- the wound rotor motors were heavy and their performance was poor for small powers.
- Patent US-A-3841428 published on 10/15/74 clearly claims the use of two motors attacking the same central roller, but the fixing arrangements adopted are more complicated since they require two separate tabs on the two fork arms, and an additional idler roller to prevent the motors from rotating on themselves. These two attachment tabs on the fork arms prevent the fitting of the conventional brake, the axis of which passes through the fork head. In our case, it is this same screw bearing on the strongest point, which is used both to hold the traction device, and the front brake in its original position.
- the proposed system comprises two motors (1) with permanent magnets mounted in opposition, symmetrically, and driving the same central roller (2).
- This roller can be made of plastic, but it can be made of aluminum to improve the cooling of the axis of the motors, directly fitted on both sides.
- Start-up is carried out by supplying the two motors in series, ie at nominal mid-voltage.
- a push button actuating a relay or an electronic power device, allows the change to second gear, the motors then being supplied at full voltage and thus giving the maximum torque.
- the motors are again switched in series, and if the speed is sufficient, become generators to recharge the battery, while causing slight braking, which limits the runaway on descents without using the brake pads.
- the complete set, with a 24Ah battery, to mount on any bicycle weighs less than twelve kilos, and its installation does not require more than half an hour of intervention without being a specialist. See Plate 1
- the two motors (1) and the central roller (2) are enclosed in a thin rolled sheet (3) constituting alignment and support to be fixed on the front fork of the bicycle by means of a screw (6), that which maintains the brake, and two adjustable shrouds (7) in ongu,,, ⁇ thus ensuring stability.
- the tube formed by the thin sheet (3) rolled enclosing "the motors (1), includes a cutout for the bearing of the tire on the roller (2).
- Relays or electronic power circuits (4) are fixed on or under the support plate (3), just next to the motors.
- the battery (5) rests on the support sheet (3) of the motors and is thus suspended on the tire by the roller (2).
- a built-in charger can also be placed against the same aluminum sheet supporting the motors and the battery, because it constitutes an excellent veil of heat dissipation.
- Similar arrangements can be used to dispo ⁇ ser the motor assembly on the rear wheel, behind the saddle, the fixing being ensured by means of the rear brake pin screw.
- the battery or batteries can however, in one case as in the other, be placed in any location more favorable for the envisaged function.
- the suspension is further improved, the intermediate roller (17) serving as a safety stop on its lower part in the event of a greater bump.
- the frame is articulated at (19), see plate 2, and there are telescopic elements at 20, which is known.
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Abstract
Dispositif de traction électrique pour bicyclette ou tout cycle, constitué par deux moteurs électriques (1) à aimants permanents montés en opposition et attaquant un même galet central (2). Ces deux moteurs (1) enserrés dans une tôle mince roulée (3) constituant le support à fixer sur la fourche avant de toute bicyclette, permettent, par la mise en série ou en parallèle de leurs bobinages, la sélection de deux vitesses à partir de la tension constante fournie par la batterie, et la récupération d'énergie, directement par commutation inverse de seconde en première vitesse. Le domaine technique de l'invention est la motorisation électrique d'un cycle, constituant une aide sensible au pédalage. Il touche aussi celui de la suspension, car ce même galet moteur, associé à un autre entraîné par contact avec le pneumatique, ou par une courroie plate constituant une chenille, permet de suspendre l'avant ou l'arrière du cycle dans des conditions efficaces et économiques.
Description
s à aimants permanents montés en opposition et attaquant un même galet central
La présente invention concerne un dispositif de traction électrique adaptable sur la fourche avant de toute bicyclette, et éventuellement à l'arrière, ou même simultanément à l'avant et à l'arrière pour doubler la puissance. 5 Ce dispositif est constitué par deux moteurs électriques à aimants permanents montés en opposition et attaquant un même galet central. Ces deux moteurs enserrés dans une tôle mince en aluminium de préférence, roulée constituant support d'alignement et refroidis- seur permettent, par la mise en série ou en parallèle de leurs bobina¬ it) ges la sélection de deux vitesses à partir de la tension constante fournie par la batterie, et la récupération d'énergie, directement par commutation inverse de seconde en première vitesse.
Le domaine de l'invention est la motorisation électrique d'un cycle, constituant une aide sensible au pedalage. Nous verrons 15 plus loin comment ce même dispositif, associé à un galet libre, ou à un galet entrainé par une courroie plate, peut constituer une sus¬ pension efficace et peu onéreuse.
La bicyclette est diffusée partout dans le monde, et les dispositifs de fourche sont maintenant, de fait, standardisés, ce 20 qui permet l'adjonction d'un équipement optionnel de traction électri¬ que universel.
Qui n'a pas rêvé d'une bicyclette qui marche toute seule, dans le plus grand silence, et qui reste cependant une bicyclette (pas un cyclomoteur) ? 25 S0LEX a fait des heureux dans le domaine des moteurs thermi¬ ques avec le moteur 2 temps, mais il est encore trop bruyant, et il faut y mettre du mélange, se salir mains et vêtements, et de temps en temps décalaminer !
Il y a dix ans, il n'était pas encore possible de réaliser 30 un dispositif électrique compact simple, propre (sans acide), et léger, à un prix abordable.
Les moteurs à rotor bobiné étaient lourds, et leur rendement médiocre pour les petites puissances.
Les batteries les plus économiques, au plomb, craignaient 35 les décharges profondes répétées, et risquaient de répandre leur acide au cas ou la bicyclette tomberait par terre, ce qui arrive !
Il existe maintenant de petits moteurs à aimants permanents fiables et d'excellent rendement, même pour les petites puissances.
Il existe aujourd'hui des batteries au plomb étanches, et 40 capables de subir des cyclages répétitifs sans perdre rapidement leur capacité. Il y a aussi les batteries sèches Cd-Ni.
Les Am ricains ont m s sur e marc ces ern res ann es des dispositifs intéressants à galet, à monter sur la fourche avant de tout vélo. Ces dispositifs utilisent un moteur déporté sur le coté, et démarrent directement sous pleine tension, ce qui est brutal et entraine une usure prématurée du pneumatique.
Le brevet US-A-3841428 publié le 15/10/74 revendique bien l'utilisation de deux moteurs attaquant un même galet central, mais les dispositions de fixation retenues sont plus compliquées puisqu' elles nécessitent deux pattes d'attaches séparées sur les deux bras de la fourche, et un galet supplémentaire, fou, pour empêcher la rotation des moteurs sur eux-mêmes. Ces deux pattes d'attache sur les bras de fourche interdisent le montage du frein classique dont l'axe traverse la tête de fourche. Dans notre cas, c'est cette même vis portant sur le point le plus robuste, qui sert à la fois à mainte- nir le dispositif de traction, et le frein avant dans sa position d'origine.
Le système proposé comporte deux moteurs (1) à aimants perma¬ nents montés en opposition, symétriquement, et attaquant un même galet central (2). Ce galet peut être en matière plastique, mais on peut le réaliser en aluminium pour améliorer le refroidissement de l'axe des moteurs, directement emmanché de part et d'autre.
Le démarrage s'effectue en alimentant les deux moteurs en série, soit sous mi-tension nominale. Un bouton poussoir actionnant un relai ou un dispositif électronique de puissance, permet le passage en deuxième vitesse, les moteurs étant alors alimentés sous pleine tension et donnant ainsi le couple maximum. Dès que l'on relâche la pression sur le bouton poussoir, les moteurs sont à nouveau commu¬ tés en série, et si la vitesse est suffisante, deviennent générateurs pour recharger la batterie, tout en occasionnant un léger freinage, ce qui limite l'emballement dans les descentes sans user les patins de freins. On peut à chaque instant accompagner les moteurs d'un léger coup de pédale, et la montée dès côtes se fait sans effort important, le dispositif électrique apportant l'essentiel de l'énergie nécessaire. L'ensemble complet, avec une batterie de 24Ah, à monter sur toute bicyclette, pèse moins de douze kilos, et sa mise en place ne -nécessite pas plus d'une demie-heure d'intervention sans être spécialiste. Voir planche 1
Les deux moteurs (1) et le galet central (2) sont enserrés dans une tôle mince roulée (3) constituant alignement et support à fixer sur la fourche avant de la bicyclette au moyen d'une vis (6), celle qui maintient le frein, et de deux haubans (7) réglables
en ongu , , , ¬ surant ainsi la stabilité.
Le tube constitué par la tôle mince (3) roulée enserrant" les moteurs (1), comporte une découpe pour la portée du pneumatique sur le galet (2).
Les relais ou les circuits électroniques de puissance (4) sont fixés sur ou sous la tôle support (3), juste à coté des moteurs.
La batterie (5) repose sur la feuille support (3) des moteurs et se trouve ainsi suspendue sur le pneumatique par le galet (2). Un chargeur incorporé peut également être disposé contre cette même feuille d'aluminium support des moteurs et de la batterie, car elle constitue un excellent voile de dissipation thermique.
On peut encore améliorer la suspension de la batterie en la faisant reposer sur la feuille support des moteurs par l'intermé- diaire de mousse synthétique (8) Planche 2. On peut la parfaire en disposant un couvercle (10) sur l'ensemble pour un meilleur habillage, mais surtout pour maintenir la batterie en sandwich enserrée entre deux couches de mousse synthétique (8) et (9). La partie supérieure du couvercle peut être amménagée en porte bagages, avec des points d'attache pour un sandow, et une pochette (11) peut être amménagée entre l'avant du cadre et la batterie.
Des dispositions analogues peuvent être retenues pour dispo¬ ser l'ensemble moteur sur la roue arrière, derrière la selle, la fixation étant assurée au moyen de la vis axe du frein arrière. La ou les batteries pourront cependant, dans un cas comme dans l'autre, être disposées en tout emplacement plus favorable pour la fonction envisagée.
Maintenant (planche 3), voyons comment ce même galet moteur (2), associé avec un galet libre (12), peut constituer un élément de suspension associé à un élément de fourche telescopique (14) à double vérin, pour assurer une meilleure rigidité. La traction des ressorts (13) fait pivoter l'ensemble support moteurs et les galets (2) et (12), autour des axes (15) et (16) de leurs supports, ce qui tend à écarter la roue du cadre, et lui permet de suivre au plus près les oscillations de la chaussée, compte tenu de sa faible inertie. Il est bien évident que, dans ce cas, on ne peut plus conserver le frein classique à pince et patins. Il faut équiper la roue d'un frein à tambour, ou autre au voisinage du moyeu.
Pour transmettre une puissance plus importante que celle transmissible par un simple galet moteur, on peut associer aux deux galets (2) et (12), un troisième galet (17) et une courroie plate
qui enserre le triangle formé par ces trois galets, la roue épousant la base inférieure de ce triangle.
Outre la surface de contact beaucoup plus importante ainsi obtenue entre l'élément moteur et le pneumatique, on améliore encore la suspension, le galet intermédiaire (17) servant de butée de sécuri¬ té sur sa partie inférieure en cas de cahot plus important.
On pourrait à la limite, dans ce cas, supprimer les ressorts (13), l'ouverture du triangle ainsi formé par la courroie plate l'appliquant plus fortement sur le pneumatique en fonction de la charge ou des sollicitations de la chaussée.
Pour obtenir des dispositions analogues lors d'une transmis¬ sion arrière, on articule le cadre en (19), voir planche 2, et on dispose des éléments télescopiques en 20, ce qui est connu.
De telles dispositions permettent de réaliser un otocycle électrique parfaitement suspendu, et dont la transmission restera totalement silencieuse.
Claims
un ensemble de deux moteurs électriques (1) à aimants permanents montés en opposition de part et d'autre d'un même galet central (2) agissant sur la périphérie du pneumatique, avec batterie (5) et accessoires de corrmande (4), caractérisé en ce que les deux moteurs (1) sont enserrés dans une feuille mince roulée constituant support, alignement et voile de refroidissement, avec une découpe pour la portée du galet (2) sur le pneumatiqiE.
2) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que la fixation sur la fourche avant ou arrière s'effectue au moyen d'une seule vis (6), celle qui tient habituellement le frein, et de deux haubans élastiques ou réglables en longueur, fixés au niveau de l'axe de la roue, assurant la stabilité.
3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les organes (4) de cαrrrande électrique ou électronique de puissance, et éventuellement le chargeur de batterie, sont fixés sur ou sous la feuille (3) support des moteurs (1), cette dite feuille en aluminium de préférence, servant de voile de dissipation de chaleur.
4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac¬ térisé en ce que la batterie (5) est fixée sur la feuille (3) support des moteurs, et se trouve ainsi suspendue sur le pneumatique par le galet (2), contribuant par son poids à son adhérence. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac¬ térisé en ce que la batterie reposant sur la feuille support des moteurs (3), peut être maintenue en sandwich entre deux épaisseurs de mousse synthétique (8) et (9) par l'intermédiaire d'un couvercle (10) d'habillage dont la partie supérieurs peut consti¬ tuer un porte bagages. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac¬ térisé en ce que l'axe de la roue est mobile par rapport au cadre, au moyen d'éléments télescopiques doubles (14), le pneumatique venant s'appuyer sur deux galets (2) et (12), dont un seul est moteur. Le maintien en position haute de la suspension ainsi constituée est alors assuré au moyen de quatre ressorts (13) éventuellement amortis. 7) Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la roue vient en appui sur une courroie plate (18) enserrant 3 galets dont un seul est moteur, l'appui de cette courroie sur le pneumatique longitudinalerrent assurant le maintien en position haute de la suspension ainsi, constituée. Le troisième galet (17) sert en outre de butée de sécurité en cas de cahots trop importants. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac¬ térisé en ce qu'il peut être disposé aussi bien sur la roue avant que la roue arrière d'un cycle, et éventuellement sur les deux roues ou davantage, simultanément.
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