WO2015086984A1 - Systeme de motorisation de vehicule, notamment pour roue electrique - Google Patents

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wheel
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torque
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François BERNOT
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle drive system for driving an electric wheel, comprising an electric motor, an electric generator powered to the motor and driven by a transmitting member, the latter being driven by the human motor energy.
  • the invention thus relates to a motor vehicle system, in particular a bicycle, tricycle, quadricycle, or chair, for driving an electric wheel, comprising an electric motor, an electric generator powered by the motor and driven by a transmitting member, the latter being driven by human motive power
  • a motor vehicle system in particular a bicycle, tricycle, quadricycle, or chair
  • an electric wheel comprising an electric motor, an electric generator powered by the motor and driven by a transmitting member, the latter being driven by human motive power
  • the current state of the art in terms of integrated electric wheel consists of electric motors integrated in the hub of the wheel, which drive it either via a mechanical gearbox , either directly. Some achievements include control electronics and power, as well as sensors, or for some batteries.
  • An electric bicycle or electric wheelchair is generally powered by an independent electric motor, which is either mounted in the hub or on the chassis of the vehicle, and connected by a chain or a fixed or flexible shaft (cardan).
  • This configuration is penalizing because it leads to bring together different elements, and imposes a complex assembly.
  • the regulation of the system imposes a control device, associated with a position sensor (Joystick for the chair) or pedaling force for the bike.
  • the conventional derailleur chain and chain must be maintained to allow coast crossing.
  • the object of the invention is to avoid the aforementioned drawbacks.
  • the invention thus relates to a motor vehicle system, in particular a bicycle, a tricycle, a quadricycle, or an armchair, intended for driving an electric wheel, comprising an electric motor, an electric generator supplied to the motor and driven by a transmitting member, the latter being driven by the human drive energy, characterized in that said system comprises an electronic variator of the electronic power converter type which multiplies the current or the power taken from the generator to provide the motor, a torque or power proportional to the torque or the power initially supplied to the transmitting member connected to said generator.
  • the motorization system comprises a freewheel or a mechanical clutch which disengages the generator beyond a speed, the base speed reached by the electric wheel.
  • the system comprises a rotor position sensor of the generator so as to read the direction of rotation of the generator.
  • the generator and the motor are of annular shape and the electronic power converter is housed in a lateral space to the disc-shaped motor.
  • the system comprises a rotor yoke in which are housed the motor and the variable speed drive, and comprising a discoidal side space located next to the engine, said space containing a coolant fluid.
  • the system comprises an auxiliary power supply for the electronic variator.
  • the system may include batteries that are arranged inside the engine.
  • the system advantageously comprises a vibration detector which is able to trigger the start-up of the system. It is enough to shake the vehicle a few times to trigger the system.
  • the system includes generator voltage sensing means for detecting an upside-down rotation, such as upside-down pedaling, to initiate system start-up.
  • the invention also relates to an assembly comprising the motorization system of the invention and an electric wheel driven by said motor, characterized in that the wheel comprises a hub, the motorization system comprising the variable speed drive being integrated into the the interior of the hub, or arranged outside said hub such as in a rim or an axis connected to a rim.
  • the invention relates to a vehicle, in particular forming a bicycle, a tricycle, a quadricycle, or an armchair, comprising an assembly according to the invention.
  • the invention relates to a method for driving an electric wheel from the human drive energy, by means of the motorization system of the invention or of the assembly above, characterized in that one measuring parameters internal to the generator, such as current or power and enslaved these parameters to provide the motor torque or power proportional to the torque or power initially supplied to the transmitting member.
  • the braking of the electric wheel is achieved by the rotation in the opposite direction of the generator, itself induced by the rotation in the opposite direction of the transmitting member, the torque or the power of the braking is proportional to the position of the generator, or its speed of rotation.
  • the method is in particular applied to a bicycle, the transmitting member being a chain of a pedal system and in that the force on the generator is modulated synchronously, in particular according to a sinusoidal or elliptical function, depending on the position of the crankset.
  • the invention is characterized by an electronic derailleur, which causes the human motive power to be transmitted through an electric generator (a3), which supplies the electric motor, which motor can be reversible, in order to provide electrical, resistance or battery braking.
  • An auxiliary battery can be used to store additional energy. It can be integrated in the motor-wheel, or external to it.
  • An automatic or manual mechanical clutch mechanically dissociates the generator (a3) of the power takeoff (a2) of the integrated motor, which mechanical clutch is advantageously made with a freewheel, which is triggered when the wheel (a1), so the taking of force (a2), turns faster than the generator (a3).
  • the electronic derailleur is integrable into the wheel hub of a bicycle, an electric wheelchair, or any other means of transport using at least one wheel. Said electronic derailleur operates in a completely intuitive manner, and in a particular embodiment without any external control member.
  • the wheel that receives the electronic derailleur is mounted in place of a normal wheel, with the difference that the mechanical derailleur system that exists on a normal bicycle is no longer useful.
  • the only transmission element becomes for a bicycle: a front plate, a chain and a fixed gear (the freewheel function is integrated), and for a wheelchair a control wheel.
  • Figure 1 presents the configuration for an electrified bicycle and Figure 2 for an electrified wheelchair. All that is described in this text adapts immediately to a vehicle type bicycle, tricycle, quadricycle (or more wheels), driven by human force mainly, or in another embodiment by a heat engine or electric.
  • a motor (a2) is integrated in the hub of the wheel, to form a motor-wheel.
  • the motor could be integrated outside the hub of the wheel, for example in the rim, or between the axis and the rim (using several motors, mechanically connected to the axis, by a transmission system ). Let us consider that this set forms a motor-wheel, whatever the realization of the transmission between the motor and the wheel, in direct or indirect connection, by means of an integrated mechanical gearbox.
  • connection between the engine (a2) and the rim (a1) can be achieved using either spokes or sticks or flexible parts.
  • the rim (a1) can be mounted on the central hub of the wheel, in several ways: either radiated or solid, or sticks, or with flexible blades or other elastic member. In the case of a bicycle, it will be advantageous to use spokes.
  • the pedal (a7) may be circular or oval.
  • the tray (a7) -chain (a6) - pinion (a4) system can be replaced by a belt and pulley equivalent system, which can be slotted or smooth.
  • the pedal (a7) can be circular or oval.
  • the tray (a7) - chain (a6) - pinion (a4) system can be replaced by a belt and pulley equivalent system, which can be slotted or smooth.
  • the connection between the external power take-off which may be human or mechanical (heat engine, electric or any other type), is reported directly on the generator (a3), which connection provides an automatic disengagement of the mechanical transmission when the speed of the wheel (a1) exceeds the speed of the generator (a3), therefore of the force supply member.
  • a pedal system (a7) (front or rear, whatever its position) - chain (a6) - pinion (a9) (preferably fixed, but it can be mounted on a freewheel), either a handwheel within reach of the passenger's hand, or in a second embodiment a cardan (or rigid or semi-rigid shaft rigid or flexible) associated with an optional gear train in the hub of the drive wheel, or in a third embodiment a belt system (notched or smooth) driven by pulleys (notched or smooth), or in a fourth embodiment a flywheel (a8) integral with the generator.
  • a mechanical clutch (b1) can mechanically (mechanically) connect the mechanical transmission to the wheel, as described in Figure 3, where the way the engine and the generator are made is not imposed.
  • Said motors can use a direct structure (internal rotor), or external (external rotor).
  • the traction force of the motor (b4) can be transmitted directly to the wheel (a1) (the case of the outer rotor allows direct mounting of the rim via spokes or other).
  • the traction force can also be indirectly transmitted to the wheel via a mechanical gearbox.
  • the external rotor (b5) of the motor (b4) is connected in direct engagement with the rim (a1).
  • the engine and generator assembly may be supported by an axis (b3) integral with the vehicle.
  • the simplest clutch consists of a freewheel, which system produces for a given direction of rotation, an automatic disengagement of the wheel (a1) beyond a given speed, and preferably when the wheel (a1) turns faster than the generator (a3).
  • the advantage afforded by a high-speed disengageable transmission is to respect the standards allowing to consider the circulation of a cycle on the public road: the transmission of human energy must be done mechanically at least at low speed.
  • the passenger supplies all or part (in the case of battery assistance) of traction energy up to a so-called basic speed, and then Beyond this last speed, the generator being disengaged mechanically, the entire driving force is provided by the motor-wheel, which is fed simultaneously by the generator and the battery.
  • all the energy between the generator (a3) and the wheel (a1) is transmitted electrically.
  • the generator it is possible to remove the generator so that the connection is cardan-type or toothed tray receiving a chain, or notch-like tray type, receiving a toothed belt or not arrives on the clutch (b1).
  • the external force source is automatically disengaged when the wheel rotates faster than the external input source.
  • This embodiment is particularly suitable for a motorcycle, where the heat engine drives a chain freewheel (b1) which is integral with the chain receiver plate, which combination automatically disconnects the engine when it is cut.
  • This idea translates directly to a cardan motorcycle or a car, considering that the gimbal is connected to the freewheel (b1). It is then possible to apply this concept to an electric wheel that connects to the hub of a thermal car, in place of a normal wheel.
  • an optional control algorithm causes the motor-wheel to exert a proportional torque (or power), for example to the torque (or power) supplied. by the passenger on his control organ (pedal, carding, steering wheel ).
  • Said algorithm takes energy from the transmitting member (a8) and / or (a6), and therefore produces a feedback effect, favorable to intuitive human control.
  • This mode of operation results in servocontrol using the measurement of parameters internal to the generator, such as its current or its power, which eliminates the use of additional sensors, external to the motor-wheel.
  • control algorithms for example by crossing the input / output information of torque and power, or by regulating the power or torque provided by the motor-wheel, using the steering wheel position (interesting case for a wheelchair). Automatic or manual switching between these modes is possible.
  • the previous law of proportionality can be indexed on the speed of the vehicle, in order to bring the amplification to a unitary value beyond the legal limit speed (25km / h in France), or of a speed of security for a chair .
  • the braking in regeneration mode can be controlled by the speed of rotation, which means that beyond a given speed, the motor-wheel is placed in an operating mode generating automatically.
  • the couple or the braking power provided are proportional to the position of the generator.
  • An option compatible with the previous one is to initiate this mode by making a half turn (or portion, or multiple of revolutions, or sequence of revolutions and front turns), which option is particularly adapted to a bicycle.
  • the same mode of operation can also be used in the forward direction, which allows the control of walking in both directions, without providing human energy.
  • the braking can be performed in the two quadrants of the torque / speed plane, corresponding to a negative torque with respect to the preferred direction of forward movement of the vehicle.
  • the passenger controls in addition to the braking mode in forward, the speed in reverse.
  • the control can then use the four quadrants of the plane torque / speed, the control member (steering wheel for example) controls the torque exerted by the motor wheel, in amplitude and sign.
  • Speed is a consequence of the dynamics of the vehicle.
  • the energy applied to the wheel, in engine or generator mode, whether in forward or reverse, can be controlled independently and multiple, in the four quadrants of power torque / speed, either by the speed of rotation of the generatrix, by its direction of rotation, or by its position.
  • the amplification of the human power can be null, progressive or total, that is to say that no power is absorbed, only a proportional force feedback.
  • the most advantageous control mode consists of a control of the power, via an algorithm that multiplies the power injected into the generator by the passenger in the forward direction.
  • Braking forward is initiated by a first half-turn (or portion, or multiple of revolutions) of the pedal, which braking mode once engaged, controls the braking force exerted by the position of the pedal over the portion completed tour.
  • the generator can exert a force opposite to the force applied on the pedal, to give a return to the passenger of his action.
  • the bicycle behaves exactly as if it were equipped with a coaster brake (reverse) and a pedal assist (forward). If the wheel rotates in reverse, any energy injection into the engine-wheel is blocked, because this configuration is that of a maneuver usually performed by the passenger who pushes his bicycle.
  • This control mode will find its application in the case of a tricycle or a quadricycle.
  • the disabled passenger will transmit his or her traction through a steering wheel, and the valid passenger will transmit its traction force through a pedal, or a combined system recovering the strength of his arms.
  • the number of wheels of the vehicle then becomes independent of the physical capacity of the passenger.
  • the most advantageous control mode is identical to that preceding for forward and brake, but the reverse is allowed, so that when the passenger turns his steering wheel upside down once the braking mode is engaged, if the speed of the wheel is reversed with respect to the forward direction, the motor-wheel provides a proportional effort to the control, while turning in the backward direction.
  • the two wheels of an armchair are each equipped with a completely independent motor-wheel (without electrical or mechanical connection, which can exist in a particular embodiment, in order to stabilize the vehicle), which wheel-motors operate in the manner previously described, the passenger will intuitively control his chair, in exactly the same way as a non-motorized chair.
  • the rotor of the motor comprises a ring gear, which is an integral part of an epicyclic reduction gear.
  • a particular embodiment is characterized in that the force instantaneous recovered on the pedal, through the generator is modulated synchronously to the position of the pedal, to simulate the force experienced by a pedal connected to a wheel by a chain.
  • a synchronization algorithm can consist of a modulation of the force, according to a substantially sinusoidal or elliptical function, where the transmitted force would be zero when the pedal is placed at a high or low point, and maximum when the pedal is collinear with the displacement of the vehicle.
  • the motor-wheel with its generator is made as described in Figure 4.
  • the motor is mounted in an inverted manner, its rotor is external, so that the rotor yoke directly receives the spokes for holding the rim (or the sticks, or the flange connecting to the rim, which flange can be perforated) .
  • the fixed central axis is connected to the vehicle frame, either on both sides (typically a bicycle) or on one side cantilever (typically a chair). Said fixed axis receives on one side the generator and on the other side the motor-wheel.
  • the generator receives a fixed gear in the case of a chain transmission.
  • the generator receives the driving force in direct drive, but optionally a freewheel (pawl) can be placed between the receiving member of the human force (pinion, flywheel, gimbal) and the generator, which configuration then prohibits the setting in rear rotation of the generator, and therefore no control of braking and reverse.
  • a freewheel pawl
  • the generator is of the reverse type, with its rotor located outside the stator, preferably of BLDC type, that is to say, synchronous powered by direct current or variable reluctance can be used. It is driven in direct drive, to eliminate any loss in a reducer.
  • the generator is held on the fixed axis, on one side by a bearing, and on the other side by the freewheel which connects it to the motor-wheel.
  • Generator electrical energy can be transmitted to the motor either through a diode rectifier, active control from or a single chopper bridge arm used as an inverter (the second connection is then made on a midpoint formed by capacitors), or two chopper bridge arms, used as inverter.
  • Said electronic drive supplying the generator is preferably integrated in the electronic drive supplying the motor-wheel, to consolidate on a single card the electronic functions. Nevertheless, additional cards can be used, such as those used to detect the position of the rotors, which are placed for example against the magnets or electromagnets of the rotors. rotors, in order to use in a particular embodiment the measurement of the leakage flux of said magnets, through Hall effect sensors.
  • the generator and the motor are preferably annular in order to free space inside.
  • the generator and the motor may comprise any number of phases, but preferably, the generator will be single-phase and the three-phase motor.
  • the engine, and / or the generator in a particular embodiment is formed of axially assembled single-phase machines, which single-phase machines can be electrically coupled (zig-zag coupling) and / or magnetically between them, to enhance their performance.
  • said single-phase machines may be transverse flux (homopolar), single or double.
  • the fixed axle is drilled in order to pass the electrical power transmission and control wires between the engine and the generator, and also if necessary with the outside of the vehicle.
  • the space available inside the engine can be used to house motor power batteries.
  • Said batteries can be standardized AA and / or AAA type models, connected in series / parallel, and housed in a support, which allows their exchange.
  • An optional external battery can be connected in parallel to said batteries, through one or more wires coming out through the hole in the fixed axis.
  • the least (or most) of the DC bus of the inverter, corresponding to the same polarity of the batteries, will be electrically connected to the fixed axis, in order to use only one electrical connection wire to the battery external.
  • the external battery can be connected to the internal battery by an electronic DC power converter, isolated or not.
  • the battery charger can transmit energy directly through an electrical outlet.
  • the battery charger can use a removable magnetic coupling, consisting of two half-carcass transformer, one being secured to the vehicle, and the other being secured to the external charger.
  • the load is obtained by mechanically connecting the two half-carcasses together, by clipping or other mechanical holding device.
  • the transformer half-carcasses each receive a winding.
  • the primary is connected to the external charger, via an electronic inverter that powers it, which inverter is preferably of the full wave type.
  • the secondary is installed on the vehicle, it feeds a diode rectifier and an electronic filter.
  • the half-carcass integral with the vehicle may be located in a particular embodiment, within the axis of the wheel.
  • the discoidal side space located next to the engine, inside the rotor yoke, can receive the electronic power converter, which can use the lateral holding flange as a support, as an electromagnetic screen, and as a heat sink for its power transistors.
  • niques used in said electronic power converter are of CMS type (surface mount components).
  • an oil bath (or other liquid fluid) by bubbling, is rotated by the wheel, which uses the rotor cylinder head as a container, said oil bath is used to distribute the calories emitted by the engine and its electronic variator on the whole surface of the rotor cylinder head.
  • the heat exchange surface is then considerably increased.
  • a thermally conductive rigid overcoat is then optionally applied to the power section.
  • no on-off control button is integrated into the system.
  • auxiliary power supply which supplies the power to the control system of the electronic power converter
  • auxiliary switch which can be electronics, which auxiliary switch is controlled, on the one hand by the control processor, and on the other hand by a vibration detector, or a triggering by detection of the voltage of the generator (pedaling upside down to start).
  • Standby results in the opening of said auxiliary switch by the control processor after the appropriate time.
  • the start-up results in the closing of said auxiliary switch under the action of the vibration detection, which action wakes up the control processor, which immediately sends a control command to the closing of the auxiliary switch, in order to the disappearance of vibrations.
  • the system is started by pedaling backwards, the voltage then supplied by the generator is applied to a detection system, which switches on a switch placed between the battery and the auxiliary power supplies of the electronic variator.
  • the dimensions of the motor-wheel and generator assembly will be in a range going for the outermost diameter of a value of 40 mm up to 900 mm, and for the axial width ranging from a value of from 20 mm to 400 mm.
  • the optimum dimensions are substantially an overall outer diameter of 135 mm and an overall axial width of 100 mm.
  • This transmission system can be called electronic derailleur, electronic transmission wheel, integral wheel ...
  • the system is completed by a display of the state of charge of the batteries, which is placed within visual range of the passenger.
  • the communication between the motor-wheel and said display can be analog by a single wire (return by ground), digital by a known protocol (RS232, RS485, CAN bus ...) or wireless or optical.
  • one or more wheel motors devoid of generator and / or human force recovery device are mounted on one or more wheels of the vehicle.
  • Said wheel motors provide a force that is synchronized with that of the main wheel motor or motors equipped with generators, which synchronization is achieved by a control wire or a radio link, or optical.
  • a particular application of this case is the tricycle equipped with a single wheel equipped with a motor-wheel with generator and all or part of the other two wheels equipped with motor-wheels without generator.
  • Another particular application of this case is the bicycle equipped with a rear wheel, which is equipped with a motor-wheel with generator and the front wheel equipped with a motor wheel without generator.
  • the generator is removed, and the motor-wheel is mounted on a motor vehicle which then becomes electrical / thermal hybrid.
  • the realization of this principle uses in a particular embodiment the same kinematics as that of Figures 3 & 4, where the external tensile force is fed directly to the mechanical freewheel.
  • the fixed shaft can be dug, in order to receive an engine gimbal, which brings the force from a heat engine to the clutch (b1).
  • the traction force from a heat engine arrives by a chain system (or pulley), where the fixed gear is replaced by a fixed plate of suitable size.
  • a chain system or pulley
  • the fixed gear is replaced by a fixed plate of suitable size.
  • the condition that the motor-wheel can drive the wheel in reverse is that the engine is decoupled from said transmission member of the traction force, by neutralization of its gearbox, or mechanical disengagement.
  • the motor-wheel is mounted directly on the support of a wheel, with the same clamping device.
  • the rotor cylinder head of the engine then supports one or more brake disks, which are housed directly in place of pre-existing disks, which are disassembled.
  • a device ensures the setting in rotation, by being fixed on the brake calipers of the wheel.
  • Figures 5, 6 & 7 show in detail a complete embodiment of a motor-wheel associated with its generator, corresponding to the descriptions of Figures 3 & 4.

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Abstract

Système de motorisation de véhicule, notamment de bicyclette, tricycle, quadricycle, ou fauteuil, destiné à entraîner une roue électrique (a1), comportant un moteur électrique (a2, b4), une génératrice électrique (a3) alimentant le moteur et entraînée par un organe transmetteur (a8, a6), ce dernier étant mu par l'énergie motrice humaine, caractérisé en ce qu'il comporte un variateur électronique du type convertisseur électronique de puissance qui multiplie le courant ou la puissance prélevée de la génératrice (a3) pour fournir au moteur (a2, b4), un couple ou une puissance proportionnel au couple ou à la puissance fourni initialement sur l'organe transmetteur (a8, a6) relié à ladite génératrice.

Description

SYSTEME DE MOTORISATION DE VEHICULE,NOTAMMENT POUR ROUE ELECTRIQUE
L'invention est relative à un système de motorisation de véhicule destiné à entraîner une roue électrique, comportant un moteur électrique, une génératrice électrique alimentant le moteur et entraînée par un organe transmetteur , ce dernier étant mu par l'énergie motrice humaine.
L'invention est ainsi relative à un système de motorisation de véhicule, notamment de bicyclette, tricycle, quadricycle, ou fauteuil, destiné à entraîner une roue électrique, comportant un moteur électrique, une génératrice électrique alimentant le moteur et entraînée par un organe transmetteur , ce dernier étant mu par l'énergie motrice humaineL'état de l'art actuel en matière de roue électrique intégrée consiste en des moteurs électriques intégrés dans le moyeu de la roue, qui l'entraînent soit par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique, soit de façon directe. Certaines réalisations intègrent l'électronique de commande et de puissance, ainsi que les capteurs, voire pour certaines les batteries.
Un vélo électrique ou un fauteuil roulant électrique sont motorisés en général par un moteur électrique indépendant, qui est soit monté dans le moyeu, soit sur le châssis du véhicule, et relié par une chaîne ou un arbre fixe ou souple (cardan). Cette configuration est pénalisante, car elle conduit à réunir des éléments différents, et impose un assemblage complexe. La régulation du système impose un organe de contrôle, associé à un capteur de position (Joystick pour le fauteuil) ou de force de pédalage pour le vélo. Dans le cas du vélo, la chaîne de transmission classique à dérailleur et chaîne doit être maintenue, afin de permettre le franchissement des côtes.
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients précités.
L'invention est ainsi relative à un système de motorisation de véhicule, notamment de bicyclette, tricycle, quadricycle, ou fauteuil, destiné à entraîner une roue électrique, comportant un moteur électrique, une génératrice électrique alimentant le moteur et entraînée par un organe transmetteur , ce dernier étant mu par l'énergie motrice humaine, caractérisé en ce que ledit système comporte un variateur électronique du type convertisseur électronique de puissance qui multiplie le courant ou la puissance prélevée de la génératrice pour fournir au moteur, un couple ou une puissance proportionnel au couple ou à la puissance fourni initialement sur l'organe transmetteur relié à ladite génératrice.
Selon une caractéristique, le système de motorisation comporte une roue libre ou un embrayage mécanique qui débraye la génératrice au-delà d'une vitesse, dite vitesse de base atteinte par la roue électrique.
Selon une autre caractéristique, le système comporte un capteur de position rotorique de la génératrice de manière à lire le sens de rotation de la génératrice. Selon un mode de réalisation préféré, la génératrice et le moteur sont de forme annulaire et le convertisseur électronique de puissance est logé dans un espace latéral au moteur de forme discoïdale.
De préférence, le système comporte une culasse rotorique dans laquelle sont logés le moteur et le variateur de vitesse, et comprenant un espace latéral de forme discoïdale situé à côté du moteur, ledit espace contenant une fluide liquide de refroidissement.
Avantageusement, le système comporte une alimentation auxiliaire pour le variateur électronique.
Le système peut comporter des batteries qui sont agencées à l'intérieur du moteur. Le système comporte avantageusement un détecteur de vibrations qui est apte à déclencher la mise en marche du système. Il suffit ainsi de secouer quelques fois le véhicule pour déclencher le système.
En variante, le système comporte des moyens de détection de la tension de la génératrice pour détecter une rotation à l'envers, tel qu'un pédalage à l'envers, de sorte déclencher la mise en marche du système.
L'invention est également relative à un ensemble comportant le système de motorisation de l'invention et un roue électrique entraînée par ledit moteur, caractérisé en ce que la roue comporte un moyeu, le système de motorisation comprenant le variateur de vitesse étant intégré à l'intérieur du moyeu, ou agencé en dehors dudit moyeu tel que dans une jante ou un axe relié à une jante.
En particulier, l'invention a trait à un véhicule, notamment formant une bicyclette, un tricycle, un quadricycle, ou un fauteuil, comprenant un ensemble selon l'invention.
Enfin, l'invention est relative à un procédé pour entraîner une roue électrique à partir de l'énergie motrice humaine, au moyen du système de motorisation de l'invention ou de l'ensemble ci-dessus, caractérisé en ce que l'on mesure des paramètres internes à la génératrice, tels que le courant ou la puissance et l'on asservit ces paramètres pour fournir au moteur un couple ou une puissance proportionnel au couple ou à la puissance fourni initialement sur l'organe transmetteur.
De préférence, le freinage de la roue électrique est réalisé par la rotation en sens inverse de la génératrice, elle-même induite par la rotation en sens inverse de l'organe transmetteur, le couple ou la puissance de freinage étant proportionnel à la position de la génératrice, ou à sa vitesse de rotation.
Le procédé est notamment appliqué à une bicyclette, l'organe transmetteur étant une chaîne d'un système de pédalier et en ce que l'effort sur la génératrice est modulé de façon synchrone, en particulier selon une fonction sinusoïdale ou elliptique, en fonction de la position du pédalier.
2. Description des figures L'invention se caractérise par un dérailleur électronique, qui fait que l'énergie motrice humaine est transmise au travers d'une génératrice électrique (a3), qui alimente le moteur électrique, lequel moteur peut être réversible, afin de procurer un freinage électrique, sur résistance ou sur batterie. Une batterie auxiliaire peut être utilisée pour stocker de l'énergie additionnelle. Elle peut être intégrée dans le moteur-roue, ou bien externe à ce dernier. Un embrayage mécanique automatique ou manuel dissocie mécaniquement la génératrice (a3) de la prise de force (a2) du moteur intégré, lequel embrayage mécanique est avantageusement réalisé avec une roue libre, qui se déclenche lorsque la roue (al ), donc la prise de force (a2), tourne plus vite que la génératrice (a3).
Le dérailleur électronique est intégrable dans le moyeu de la roue d'un vélo, d'un fauteuil électrique, ou de tout autre moyen de transport utilisant au moins une roue. Ledit dérailleur électronique fonctionne de façon totalement intuitive, et dans une réalisation particulière sans aucun organe de commande externe. La roue qui reçoit le dérailleur électronique est montée en lieu et place d'une roue normale, à la différence que le système de dérailleur mécanique préexistant sur une bicyclette normale n'est plus utile. Le seul organe de transmission devient pour un vélo : un plateau avant, une chaîne et un pignon fixe (la fonction roue libre est intégrée), et pour un fauteuil un volant de commande. La Figure 1 présente la configuration pour un vélo électrifié et la Figure 2 pour un fauteuil électrifié. Tout ce qui est décrit dans ce texte s'adapte de façon immédiate à un véhicule de type bicycle, tricycle, quadricycle (ou plus de roues), mû par la force humaine principalement, ou dans une autre réalisation par un moteur thermique ou électrique.
Dans ces deux Figures 1 & 2, un moteur (a2) est intégré dans le moyeu de la roue, afin de former un moteur-roue. Dans une autre réalisation, le moteur pourrait être intégré en dehors du moyeu de la roue, par exemple dans la jante, ou entre l'axe et la jante (en utilisant plusieurs moteurs, reliés mécaniquement à l'axe, par un système de transmission). Considérons que cet ensemble forme un moteur-roue, quelle que soit la réalisation de la transmission entre le moteur et la roue, en prise directe ou indirecte, par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique intégré.
La liaison entre le moteur (a2) et la jante (a1 ) peut être réalisée à l'aide, soit de rayons, soit de bâtons, soit de pièces souples. La jante (a1 ) peut donc être montée sur le moyeu central de la roue, de plusieurs façons : soit rayonnée, soit pleine, soit à bâtons, soit à lames souples ou autre organe élastique. Dans le cas d'une bicyclette, il sera avantageux d'utiliser des rayons.
Dans le cas d'une liaison par chaîne ou courroie, ce qui correspond généralement au cas des bicyclettes ou des motocyclettes ou autres véhicules, le pédalier (a7) peut être circulaire ou ovale. Le système plateau (a7) -chaîne (a6) - pignon (a4) peut être remplacé par un système équivalent à courroie et poulie, lesquels peuvent être crantés ou lisses. Le pédalier (a7) peut être circulaire ou ovale. Le système plateau (a7) - chaîne (a6) - pignon (a4) peut être remplacé par un système équivalent à courroie et poulie, lesquels peuvent être crantés ou lisses.
Dans le cas d'une liaison par cardan ou axe souple ou rigide, ce qui correspond généralement au cas de certaines bicyclettes, motocyclettes lourdes ou quadricycles ou autres véhicules, la liaison entre le la prise de force externe, qui peut être humaine ou mécanique (moteur thermique, électrique ou de toute autre nature), est rapportée directement sur la génératrice (a3), laquelle connexion procure un débrayage automatique de la transmission mécanique lorsque la vitesse de la roue (a1 ) excède la vitesse de la génératrice (a3), donc de l'organe d'amenée de force.
Dans le cas d'une arrivée de force mécanique et non plus humaine, il est possible de supprimer la génératrice, et de n'en conserver que la fonction embrayage mécanique, afin de ne pas pénaliser le rendement de la chaîne cinématique. Par exemple une motocyclette amène sa force motrice sur le pignon fixe (a4), ou sur un cardan, lesquels organe procurent un débrayage automatique du moteur thermique lorsque ce dernier s'arrête, laissant alors toute la force au moteur intégré.
Dans le cas d'une liaison par volant manuel latéral, souple ou rigide, ce qui correspond généralement au cas de certains fauteuils roulants ou autres véhicules, la liaison entre le la prise de force externe, qui peut être humaine ou mécanique (moteur thermique, électrique ou de toute autre nature), est rapportée directement sur la génératrice (a3), laquelle connexion procure un débrayage automatique de la transmission mécanique lorsque la vitesse de la roue (a1 ) excède la vitesse de la génératrice (a3), donc de l'organe d'amenée de force. Il est possible d'amener l'énergie mécanique par un galet frottant sur la roue.
La description de la cinématique de transmission choisie est indépendante de l'application bicyclette, tricycle, quadricycle, fauteuil ou autre véhicule... mais afin de clarifier la compréhension du texte, nous affectons la transmission par chaîne à une bicyclette et celle par volant à un fauteuil roulant, sachant qu'elles peuvent être d'une autre nature. Nous considérons dans la suite de l'exposé, et de façon non restrictive, les chaînes cinématiques de transmission de l'énergie humaine vers la roue électrique suivantes : soit dans une première réalisation un système pédalier (a7) (avant ou arrière, quelle que soit sa position) - chaîne (a6) - pignon (a9) (fixe de préférence, mais il peut être monté sur une roue libre), soit un volant manuel à portée de la main du passager, soit dans une deuxième réalisation un cardan (ou arbre rigide ou semi-rigide ou souple) associé à un train d'engrenages optionnel dans le moyeu de la roue motrice, soit dans une troisième réalisation un système de courroie (crantée ou lisse) entraînée par des poulies (crantée ou lisse), soit dans une quatrième réalisation un volant (a8) solidaire de la génératrice.
Lorsque la vitesse est trop faible un embrayage mécanique (b1 ) peut relier (de façon optionnelle) mécaniquement la transmission mécanique à la roue, comme le décrit la Figure 3, où la façon dont sont réalisés le moteur et la génératrice n'est pas imposé. Lesdits moteurs peuvent utiliser une structure directe (rotor interne), ou externe (rotor externe).
La force de traction du moteur (b4) peut être transmise à la roue (a1 ) de façon directe (le cas du rotor externe permet un montage direct de la jante via des rayons ou autres). La force de traction peut aussi être transmise à la roue de façon indirecte via un réducteur mécanique. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, le rotor externe (b5) du moteur (b4) est relié en prise directe à la jante (a1 ).
L'ensemble moteur et génératrice peut être supporté par un axe (b3) solidaire du véhicule.
L'embrayage le plus simple consiste en une roue libre, lequel système produit pour un sens de rotation donné, un débrayage automatique de la roue (a1 ) au- delà d'une vitesse donnée, et de préférence lorsque la roue (a1 )tourne plus vite que la génératrice (a3). L'avantage procuré par une transmission débrayable à haute vitesse est de respecter les normes autorisant à considérer la circulation d'un cycle sur la voie publique : la transmission de l'énergie humaine doit se faire de façon mécanique au moins à basse vitesse. Dans cette dernière configuration, le passager fournit tout ou partie (cas d'une assistance par batterie) de l'énergie de traction jusqu'à une vitesse dite de base, puis au- delà de cette dernière vitesse, la génératrice étant débrayée mécaniquement, l'intégralité de la force motrice est fournie par le moteur-roue, lequel est alimenté simultanément par la génératrice et par la batterie.
Dans une autre réalisation, toute l'énergie entre la génératrice (a3) et la roue (a1 ), est transmise électriquement.
Dans une réalisation particulière, il est possible de supprimer la génératrice afin que la liaison, soit de type cardan, soit de type plateau denté recevant une chaîne, soit de type plateau cranté ou non, recevant une courroie crantée ou non arrive sur l'embrayage (b1 ). De cette façon, la source de force externe est automatiquement débrayée lorsque la roue tourne plus vite que la source externe d'entrée. Cette réalisation est particulièrement adaptée à une motocyclette, où le moteur thermique entraîne par une chaîne la roue-libre (b1 ) qui est solidaire du plateau récepteur de la chaîne, laquelle combinaison permet de désolidariser automatiquement le moteur thermique lorsqu'il est coupé. Cette idée se transpose directement à une motocyclette à cardan ou à une voiture, en considérant que le cardan est connecté sur la roue libre (b1 ). Il est possible alors d'appliquer ce concept à une roue électrique qui se connecte sur le moyeu d'un voiture thermique, en lieu et place d'une roue normale.
Dans le cas d'une transmission humaine sur (a8) et/ou (a6), un algorithme de commande optionnel fait exercer au moteur-roue un couple (ou une puissance) proportionnel, par exemple au couple (ou à la puissance) fourni par le passager sur son organe de commande (pédalier, cardant, volant...). Ledit algorithme prélève de l'énergie sur l'organe transmetteur (a8) et/ou (a6), et par conséquent produit un effet de rétroaction, favorable au contrôle humain intuitif. Ce mode de fonctionnement se traduit par un asservissement utilisant la mesure de paramètres internes à la génératrice, comme son courant ou sa puissance, ce qui élimine le recours à des capteurs additionnels, externes au moteur-roue.
D'autres algorithmes de commande sont possibles, en croisant par exemple les informations d'entrée/sortie de couple et de puissance, ou en régulant la puissance ou le couple fourni par le moteur-roue, à l'aide de la position du volant (cas intéressant pour un fauteuil roulant). Une commutation automatique ou manuelle entre ces différents modes est envisageable. La loi de proportionnalité précédente peut être indexée sur la vitesse du véhicule, afin de porter l'amplification à une valeur unitaire au-delà de la vitesse limite légale (25km/h en France), ou d'une vitesse de sécurité pour un fauteuil.
Le freinage en mode régénération peut être contrôlé par la vitesse de rotation, ce qui signifie qu'au-delà d'une vitesse donnée, le moteur-roue se place dans un mode de fonctionnement génératrice de façon automatique.
Une autre option compatible avec la précédente, consiste à venir lire le sens de rotation de la génératrice. Lorsque cette dernière tourne à l'envers, elle peut de façon optionnelle ne plus fournir d'énergie à la roue, et la force de freinage peut être asservie à la vitesse de rotation inverse.
Dans une réalisation particulièrement astucieuse, lorsque la génératrice tourne à l'envers, c'est-à-dire que le passager pédale à l'envers, ou qu'il tourne son volant en sens inverse de la marche normale, le couple ou la puissance de freinage fournis, sont proportionnels à la position de la génératrice. Une option compatible avec la précédente consiste à initier ce mode en faisant un demi- tour (ou portion, ou multiple de tours, ou séquence de tours arrière et avant), laquelle option est particulièrement adaptée à une bicyclette. Dans le cas d'un fauteuil roulant, le même mode de fonctionnement peut aussi être utilisé en marche avant, ce qui permet le contrôle de la marche dans les deux sens, sans fournir d'énergie humaine. Le freinage peut être effectué dans les deux quadrants du plan couple/vitesse, correspondant à un couple négatif par rapport au sens de marche avant préférentiel du véhicule. Dans ce cas, le passager contrôle en plus du mode de freinage en marche avant, la vitesse en marche arrière. La commande peut alors utiliser les quatre quadrants du plan couple/vitesse, l'organe de commande (volant par exemple) contrôle le couple exercé par la roue moteur, en amplitude et en signe. La vitesse est une conséquence de la dynamique du véhicule.
Pour résumer ces deux options, l'énergie appliquée à la roue, en mode moteur ou génératrice, que ce soit en marche avant ou en marche arrière, peut être contrôlée de façon indépendante et multiple, dans les quatre quadrants de puissance couple/vitesse, soit par la vitesse de rotation de la génératrice, soit par son sens de rotation, soit par sa position. L'amplification de la puissance humaine peut être nulle, progressive ou totale, c'est à dire qu'aucune puissance n'est absorbée, seulement un retour de force proportionnel.
Ces modes de commande confèrent au véhicule un fonctionnement implicite. Dans le cas de la bicyclette le mode de commande le plus avantageux consiste en un contrôle de la puissance, par l'intermédiaire d'un algorithme qui multiplie la puissance injectée à la génératrice par le passager en marche avant. Le freinage en marche avant est initié par un premier demi-tour (ou portion, ou multiple de tours) du pédalier, lequel mode de freinage une fois enclenché, contrôle la force de freinage exercée par la position du pédalier au-delà de la portion de tour effectuée. La génératrice peut exercer un effort opposé à l'effort appliqué sur la pédale, afin de donner un retour au passager de son action. De cette façon, la bicyclette se comporte exactement comme si elle était munie d'un frein à rétropédalage (marche arrière) et d'une assistance au pédalage (marche avant). Si la roue tourne en marche arrière, toute injection d'énergie dans le moteur-roue est bloquée, car cette configuration est celle d'une manoeuvre effectuée généralement par le passager qui pousse sa bicyclette. Ce mode de commande trouvera son application dans le cas d'un tricycle ou d'un quadricycle.
Dans le cas d'un fauteuil, on peut distinguer deux types de passagers, l'un étant handicapé, donc disposant d'une puissance de traction humaine réduite, et l'autre étant valide, donc pouvant transmettre un effort de traction humaine important. De préférence, le passager handicapé transmettra sa force de traction au travers d'un volant, et le passager valide transmettra sa force de traction au travers d'un pédalier, ou d'un système combiné récupérant en plus la force de ses bras. Le nombre de roues du véhicule devient alors indépendant de la capacité physique du passager.
Dans un cas particulièrement adapté à un fauteuil, le mode de commande le plus avantageux est identique à celui précédent pour la marche avant et le freinage, mais la marche arrière est autorisée, de telle façon que lorsque le passager tourne son volant à l'envers, une fois enclenché le mode freinage, si la vitesse de la roue s'inverse par rapport au sens de marche avant, le moteur-roue fournit un effort proportionnel à la commande, tout en tournant en sens arrière. De cette façon, si les deux roues d'un fauteuil son équipées chacune d'un moteur-roue totalement indépendant (sans connexion électrique, ni mécanique, lesquelles peuvent exister dans une réalisation particulière, afin de stabiliser le véhicule), lesquels moteurs-roue fonctionnent de la façon précédemment décrite, le passager contrôlera de façon intuitive son fauteuil, exactement de la même façon qu'un fauteuil non-motorisé. Il pourra le faire tourner, bloquer les roues, avancer en marche avant/ arrière, sans recourir à un Joystick, ou autre organe de commande externe et indépendant du volant. Le fait d'utiliser une partie de l'énergie issue des bras du passager, comme force motrice soulagera les batteries, et prolongera l'autonomie du système.
Dans un mode de réalisation particulière, le rotor du moteur comporte une couronne dentée, laquelle fait partie intégrale d'un réducteur épicycloïdal, à Dans un cas particulièrement adapté à une bicyclette, un mode de réalisation particulière se caractérise par le fait que l'effort instantané récupéré sur le pédalier, au travers de la génératrice est modulé de façon synchrone à la position du pédalier, afin de simuler l'effort subit par un pédalier relié à une roue par une chaîne. Un algorithme de synchronisation peut consister en une modulation de l'effort, selon une fonction sensiblement sinusoïdale ou elliptique, où l'effort transmis serait nul lorsque la pédale est placée en un point haut ou bas, et maximum lorsque la pédale est colinéaire au déplacement du véhicule. Dans un mode de réalisation particulière, le moteur-roue avec sa génératrice est réalisé comme décrit à la Figure 4.
Le moteur est monté de façon inversée, son rotor est extérieur, de façon à ce que la culasse rotorique reçoive directement les rayons de maintien de la jante (ou les bâtons, ou le flasque de liaison à la jante, lequel flasque peut être ajouré). L'axe central fixe est relié au cadre du véhicule, soit des deux côtés (typiquement une bicyclette), soit d'un seul côté en porte à faux (typiquement un fauteuil). Ledit axe fixe reçoit d'un côté la génératrice et de l'autre côté le moteur-roue. La génératrice reçoit un pignon fixe dans le cas d'une transmission par chaîne. La génératrice reçoit la force motrice en prise directe, mais de façon optionnelle une roue libre (cliquet) peut être placée entre l'organe de réception de la force humaine (pignon, volant, cardan) et la génératrice, laquelle configuration interdit alors la mise en rotation arrière de la génératrice, et pas conséquent le contrôle du freinage et de la marche arrière.
La génératrice est de type inverse, avec son rotor situé à l'extérieur du stator, préférentiellement de type BLDC, c'est-à-dire synchrone alimentée par courant continu ou à réluctance variable peuvent être utilisées. Elle est entraînée en prise directe, afin d'éliminer toute perte dans un réducteur. La génératrice est maintenue sur l'axe fixe, d'un côté par un palier, et de l'autre côté par la roue libre qui la relie au moteur-roue. L'énergie électrique de la génératrice peut être transmise au moteur soit au travers d'un redresseur à diodes, soit par un contrôle actif à partir, soit d'un seul bras de pont hacheur, utilisé en onduleur (la deuxième connexion est alors effectuée sur un point milieu formé par des condensateurs), soit de deux bras de pont hacheur, utilisés en onduleur. Ledit variateur électronique alimentant la génératrice, est de préférence intégré dans le variateur électronique alimentant le moteur-roue, afin de regrouper sur une seule carte les fonctions électroniques. Malgré-tout des cartes additionnelles peuvent être utilisées, comme celles servant à détecter la position des rotors, lesquels sont placées par exemple contre les aimants ou électro-aimants des rotors, afin d'utiliser dans une réalisation particulière la mesure des flux de fuite desdits aimants, au travers de capteurs à effet Hall.
La génératrice et le moteur sont de façon préférentielle de forme annulaire, afin de libérer de l'espace à l'intérieur. La génératrice et le moteur peuvent comporter un nombre de phases quelconque, mais de façon préférentielle, la génératrice sera monophasée et le moteur triphasé. Le moteur, et/ou la génératrice, dans une réalisation particulière est formé de machines monophasées assemblées axialement, lesquelles machines monophasées peuvent être couplées électriquement (couplage zig-zag) et/ou magnétiquement entre elles, afin de renforcer leurs performances. Dans une autre réalisation particulière, lesdites machines monophasées peuvent être à flux transverse (homopolaire), simple ou double.
L'axe fixe est percé afin de faire passer les fils électriques de transmission d'énergie et de commande entre le moteur et la génératrice, et aussi s'il le faut avec l'extérieur du véhicule. L'espace disponible à l'intérieur du moteur peut être utilisé pour loger des batteries d'alimentation électrique du moteur.
Lesdites batteries peuvent être des modèles standardisés de type AA et/ou AAA, connectées en série/parallèle, et logées dans un support, qui permet leur échange. Une batterie optionnelle externe peut être montée en parallèle sur lesdites batteries, au travers d'un ou plusieurs fils sortant par le trou ménagé dans l'axe fixe. De préférence le moins (ou le plus) du bus continu de l'onduleur, correspondant à la même polarité des batteries, sera connecté électriquement à l'axe fixe, afin de n'utiliser qu'un seul fil de liaison électrique vers la batterie externe. Dans une réalisation particulière, la batterie externe peut être reliée à la batterie interne par un convertisseur électronique de puissance à courant continu, isolé ou non.
Le chargeur de batteries peut transmettre son énergie de façon directe au travers d'une prise électrique. Dans une réalisation particulière, le chargeur de batteries peut utiliser un couplage magnétique amovible, constitué de deux demi-carcasses de transformateur, l'une étant solidaire du véhicule, et l'autre étant solidaire du chargeur externe. La charge est obtenue en connectant mécaniquement les deux demi-carcasses entre elles, par enclipsage ou autre dispositif de maintien mécanique. Lesdites demi-carcasses de transformateur reçoivent chacune un enroulement. Le primaire est relié au chargeur externe, via un onduleur électronique qui l'alimente, lequel onduleur étant préférentiellement de type pleine onde. Le secondaire est installé sur le véhicule, il alimente un redresseur à diodes et un filtre électronique. La demi- carcasse solidaire du véhicule peut être située dans une réalisation particulière, à l'intérieur de l'axe de la roue.
L'espace latéral de forme discoïdale situé à côté du moteur, à l'intérieur de la culasse rotorique, peut recevoir le convertisseur électronique de puissance, lequel peut utiliser le flasque latéral de maintien comme support, comme écran électromagnétique, et comme dissipateur thermique pour ses transistors de puissance. De façon préférentielle, niques utilisés dans ledit convertisseur électronique de puissance sont de type CMS (composants à montage en surface).
Dans une réalisation particulière, un bain d'huile (ou autre fluide liquide) par barbotage, est mis en rotation par la roue, qui utilise la culasse rotorique comme récipient, ledit bain d'huile permet de répartir les calories émises par le moteur et son variateur électronique sur toute la surface de la culasse rotorique. La surface d'échange thermique est alors considérablement augmentée. Afin d'éviter la destruction par le liquide de refroidissement, il est recommandé d'imprégner l'ensemble du variateur électronique dans une résine souple (silicone ou autre), de préférence fine (entre 0,1 mm et 5mm, typiquement 0,5mm), afin de permettre la dilatation thermique des composants formant le variateur. Une surcouche rigide conductrice thermiquement est ensuite appliquée de façon optionnelle sur la section de puissance. Dans une réalisation particulière, aucun bouton de commande de marche- arrêt n'est intégré au système. L'arrêt du système, traduit par une mise en mode de veille économe en énergie, se fait au bout d'un temps court compris par exemple entre cinq secondes et trente minutes, de façon préférentielle environ cinq minutes, c'est-à-dire plus que le temps d'un feu rouge de circulation urbaine. La mise en marche du système se fait en secouant le véhicule quelques fois. Dans une réalisation particulière de cette fonction, la (ou les) alimentation auxiliaire, qui fournit l'énergie au système de commande du variateur électronique de puissance est reliée au bus à courant continu de puissance par un interrupteur, dit interrupteur auxiliaire, qui peut être électronique, lequel interrupteur auxiliaire est commandé, d'une part par le processeur de commande, et d'autre part par un détecteur de vibrations, ou un enclenchement par détection de la tension de la génératrice (pédalage à l'envers pour démarrer). La mise en veille se traduit par l'ouverture dudit interrupteur auxiliaire par le processeur de commande après le temps adéquat. La mise en marche se traduit par la fermeture dudit interrupteur auxiliaire sous l'action de la détection de vibrations, laquelle action réveille le processeur de commande, qui aussitôt envoie un ordre de commande à la fermeture de l'interrupteur auxiliaire, afin de palier à la disparition des vibrations.
Dans une autre réalisation particulière, la mise en marche du système se fait en pédalant en arrière, la tension fournie alors par la génératrice est appliquée à un système de détection, qui allume un interrupteur placé entre la batterie et les alimentations auxiliaires du variateur électronique.
De façon préférentielle, les dimensions de l'ensemble moteur-roue et génératrice seront comprises dans une fourchette allant pour le diamètre externe hors tout d'une valeur de 40 mm jusqu'à 900 mm, et pour la largeur axiale allant d'une valeur de 20 mm jusqu'à 400 mm. Les dimensions optimales sont sensiblement un diamètre externe hors tout de 135 mm et une largeur axiale hors tout de l OO mm. Ce système de transmission peut se nommer dérailleur électronique, roue à transmission électronique, roue intégrale...
Dans une réalisation particulière, le système est complété par un affichage de l'état de charge des batteries, lequel est posé à portée visuelle du passager. La communication entre le moteur-roue et ledit afficheur peut être analogique par un seul fil (retour par la masse), digitale par un protocole connu (RS232, RS485, bus CAN...) ou encore sans fil, ou optique.
Dans une réalisation particulière, un ou plusieurs moteurs-roues dénués de génératrice et/ou de dispositif de récupération de la force humaine, sont montés sur une ou plusieurs roues du véhicule. Lesdits moteurs-roues fournissent un effort qui est synchronisé sur celui du ou des moteurs-roues principaux équipés de génératrices, laquelle synchronisation est réalisée par un fil de commande ou une liaison radio, ou optique. Une application particulière de ce cas, est le tricycle équipé d'une roue unique équipée d'un moteur-roue avec génératrice et tout ou partie des deux autres roues équipées de roues-moteurs sans génératrice. Une autre application particulière de ce cas, est la bicyclette équipée d'une roue arrière, laquelle est équipée d'un moteur-roue avec génératrice et la roue avant équipée d'une roue-moteur sans génératrice.
Dans une réalisation particulière, la génératrice est supprimée, et le moteur-roue est monté sur une véhicule motorisé qui devient alors hybride électrique/thermique. La réalisation de ce principe utilise dans une réalisation particulière la même cinématique que celle des Figures 3 & 4, où la force de traction externe est amenée directement sur la roue libre mécanique. Dans ce cas, l'arbre fixe peut être creusé, afin de recevoir un cardan moteur, qui amène la force depuis un moteur thermique sur l'embrayage (b1 ).
Dans une autre version, la force de traction issue d'un moteur thermique arrive par un système à chaîne (ou poulie), où le pignon fixe est remplacé par un plateau fixe, de dimension adaptée. Dans cette configuration, il faut prévoir une détection de la mise au point mort de la boîte à vitesses du moteur thermique durant les phases de marche arrière mues par le moteur-roue électrique, car la roue libre entraîne alors l'organe de transmission de la force de traction (pignon, cardan...). La condition pour que le moteur-roue puisse entraîner en marche arrière la roue, est que le moteur thermique soit découplé dudit organe de transmission de la force de traction, par une mise au point mort de sa boîte de vitesse, ou son débrayage mécanique.
Dans une réalisation particulière, où la génératrice est supprimée, le moteur- roue est monté directement sur le support d'une roue, avec le même dispositif de serrage. La culasse rotorique du moteur supporte alors un ou plusieurs disques de frein, lesquels se logent directement en lieu et place des disques préexistants, qui sont démontés. Un dispositif assure le calage en rotation, en se fixant sur les étriers de frein de la roue.
Les Figures 5, 6 & 7 présentent en détail une réalisation complète d'un moteur- roue associé à sa génératrice, correspondant aux descriptions des Figures 3 &4.
3. Conclusion
Tous les éléments qui ont été présentés dans cette invention peuvent être étendus à une motorisation au sens large. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier, tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
Système de motorisation de véhicule, notamment de bicyclette, tricycle, quadricycle, ou fauteuil, destiné à entraîner une roue électrique (a1 ), comportant un moteur électrique (a2, b4), une génératrice électrique (a3) alimentant le moteur et entraînée par un organe transmetteur (a8, a6), ce dernier étant mu par l'énergie motrice humaine, caractérisé en ce qu'il comporte un variateur électronique du type convertisseur électronique de puissance qui multiplie le courant ou la puissance prélevée de la génératrice (a3) pour fournir au moteur (a2, b4), un couple ou une puissance proportionnel au couple ou à la puissance fourni initialement sur l'organe transmetteur (a8, a6) relié à ladite génératrice.
Système de motorisation selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une roue libre ou un embrayage mécanique (b1 ) qui débraye la génératrice au-delà d'une vitesse, dite vitesse de base atteinte par la roue électrique (a1 ).
Système de motorisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position rotorique de la génératrice (a3) de manière à lire le sens de rotation de la génératrice.
Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génératrice (a3) et le moteur (a2, b4) sont de forme annulaire et en ce que le convertisseur électronique de puissance est logé dans un espace latéral au moteur de forme discoïdale.
Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une culasse rotorique dans laquelle sont logés le moteur et le variateur de vitesse, et comprenant un espace latéral de forme discoïdale situé à côté du moteur, ledit espace contenant une fluide liquide de refroidissement.
6. Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une alimentation auxiliaire pour le variateur électronique.
7. Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de la tension de la génératrice pour détecter une rotation à l'envers, tel qu'un pédalage à l'envers, de sorte déclencher la mise en marche du système.
8. Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de vibrations qui est apte à déclencher la mise en marche du système.
9. Système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des batteries qui sont agencées à l'intérieur du moteur.
10. Ensemble comportant le système de motorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes et un roue électrique (a1 ) entraînée par ledit moteur, caractérisé en ce que la roue comporte un moyeu, le système de motorisation comprenant le variateur de vitesse étant intégré à l'intérieur du moyeu, ou agencé en dehors dudit moyeu tel que dans une jante ou un axe relié à une jante.
1 1 . Véhicule, notamment formant une bicyclette, un tricycle, ou un quadricycle, ou un fauteuil comprenant un ensemble selon la revendication précédente.
12. Procédé pour entraîner une roue électrique à partir de l'énergie motrice humaine, au moyen du système de motorisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou de l'ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on mesure des paramètres internes à la génératrice (a3), tels que le courant ou la puissance et l'on asservit ces paramètres pour fournir au moteur (a2, b4) un couple ou une puissance proportionnel au couple ou à la puissance fourni initialement sur l'organe transmetteur (a8, a6).
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le freinage de la roue électrique (a1 ) est réalisé par la rotation en sens inverse de la génératrice (a3), elle-même induite par la rotation en sens inverse de l'organe transmetteur (a8, a6), le couple ou la puissance de freinage étant proportionnel à la position de la génératrice, ou à sa vitesse de rotation.
Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une bicyclette, l'organe transmetteur (a8, a6) étant une chaîne d'un système de pédalier et en ce que l'effort sur la génératrice (a3) est modulé de façon synchrone, en particulier selon une fonction sinusoïdale ou elliptique, en fonction de la position du pédalier.
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