WO2020212270A1 - Systeme d'entrainement hybride musculaire/electrique - Google Patents

Systeme d'entrainement hybride musculaire/electrique Download PDF

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WO2020212270A1
WO2020212270A1 PCT/EP2020/060262 EP2020060262W WO2020212270A1 WO 2020212270 A1 WO2020212270 A1 WO 2020212270A1 EP 2020060262 W EP2020060262 W EP 2020060262W WO 2020212270 A1 WO2020212270 A1 WO 2020212270A1
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WO
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energy
electric
generator
management circuit
drive system
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/060262
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English (en)
Inventor
Jean-François VICENTE
Pierre DE CEROU
Inès LORIDANT
Original Assignee
Vicente Jean Francois
De Cerou Pierre
Loridant Ines
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Filing date
Publication date
Application filed by Vicente Jean Francois, De Cerou Pierre, Loridant Ines filed Critical Vicente Jean Francois
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Priority to CA3136152A priority patent/CA3136152A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/20—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power generated by humans or animals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes

Definitions

  • the present invention relates to the field of hybrid muscular / electric training systems fixed, portable or mobile, for training or moving a load or for locomotion, in particular for a cycle, in particular an electric bicycle.
  • hybrid systems are used to drive a load, for example an electric generator to produce household electricity, or to move a load, for example a bucket to draw water from a well.
  • An adult person without special training is able to deliver 100 to 200 watts easily for a few hours, and with average training they can deliver up to 300 watts of power.
  • the motorization of an electric bicycle consists of a motor, a battery and a control circuit.
  • the motor allows the cyclist to feel supported in his pedaling effort.
  • Front wheel motor located in the hub of the front wheel providing linear assistance because the drive is directly on the wheel.
  • crankset motor acting on the crankshaft.
  • the power required to move the bicycle is a function of parameters such as the on-board load and speed, and of environmental variables (slope of the lane, relative wind) and can therefore vary greatly from negative values downhill to 'to significant positive values on the way up.
  • Patent application US2012012412 describes a method of operating a bicycle having an electromechanical drive arrangement comprising an input electric machine, an output electric machine and an input epicyclic gear train.
  • a first component is coupled to be driven by cycle crank arms, a second component is coupled to one of the rotor and stator of the input electric machine, and the third component is coupled to drive a cycle wheel .
  • the electrical output machine is arranged to assist at least in driving the or other wheel of the cycle when used as a motor.
  • the process provides for the steps of:
  • the patent application US2015019062 describes an electrically assisted bicycle comprising a generator device adapted to generate an electric power of the generator device from the pedaling power, arranged in an energy exchange relationship with the pedal assembly and the pedal. electric motor, an energy storage device disposed in an energy exchange relationship with said electric motor and generator device, a control system comprising a module for controlling the power required by the generator device to be supplied to the electric motor and / or to the storage device, and a heart rate sensor adapted to generate a signal representing the heart rate.
  • Patent application US2017291660 describes a powertrain for a pedal vehicle, in particular for a bicycle.
  • This prior art powertrain comprises two motors as well as a planetary gear.
  • the first motor is connected to the planetary gear, said power train also includes a bottom bracket axle connected to create a first entry in the planetary gear.
  • the second motor is mechanically coupled to the bottom bracket axle.
  • the two motors are associated with sensors designed to measure the angular position of the rotor.
  • a control unit regulates the first motor as a function of an angular position recipient point, and of the second motor as a function of a current or torque recipient point.
  • the patent application US2012143401 describes a vehicle management system comprises several delimitation units, docking stations, a vehicle control unit for each of the vehicles and a central server. Boundary units are positioned at predetermined locations in a management area to define a boundary along a perimeter of the management area. Several docking stations are positioned at predetermined locations within the defined limit for parking and securing vehicles.
  • Patent application US2010228405 describes a locking and holding mechanism for a personal vehicle which is composed of a connection device mounted on the vehicle and a receptacle mounted on a solid element.
  • the receptacle is configured to receive and directly engage the vehicle connector device and, once received, the vehicle is locked to the receptacle held in a stable position.
  • the connection device easily attaches a vehicle to a bridge and allows a loader vehicle management system to lock, hold in place and monitor the presence of the vehicle when attached to the bridge in a charging station. Once attached to the bridge in a charging station, if the condition of the vehicle is unexpectedly changed, the vehicle is provided with communication equipment to prevent the management system from having the condition of the vehicle changed.
  • the patent application US2015329172 comprises electrical and electromagnetic components only, namely a potentiometer and a relay. It does not provide for or allow intelligent energy management to optimize the allocation of the effort provided by the cyclist.
  • Patent application US2012012412, or application US2015019062, or even all the other solutions using an electronic card describe a solution comprising an electronic control unit (ECU) and a battery management unit.
  • ECU electronice control unit
  • the present invention relates according to its most general meaning to a hybrid muscular / electric training system comprising a converter of muscular energy into rotary energy coupled to a kinematic chain comprising an electric generator and a flywheel. inertia, said generator supplying a current to an energy management circuit controlling the recharging of an electrical storage means and supplying it to an electric motor, characterized in that said muscle energy converter also drives a second electric generator of power lower than the power of said main electric generator supplying an electric current to said energy management circuit, to ensure degraded operation of said system.
  • the mechanical coupling between said muscle energy converter and said flywheel comprises a controllable clutch.
  • said energy management circuit comprises means for receiving data from sensors measuring the force at at least one point of the kinematic chain.
  • said energy management circuit comprises means for receiving data originating from peripheral equipment for acquiring physiological data from the user.
  • it comprises an additional static renewable energy source.
  • the invention also relates to a motorized individual locomotion machine comprising a hybrid muscular / electric drive system comprising a converter of muscular energy into rotary energy coupled to a kinematic chain comprising an electric generator and a flywheel, said generator providing a current to a circuit of energy management controlling the recharging of an electrical storage means and supplying it to an electric motor, characterized in that said muscle energy converter further drives a second electric generator of power lower than the power of said main electric generator supplying an electric current to said energy management circuit, to ensure degraded operation of said system.
  • the invention also relates to a cycle, in particular a motorized bicycle comprising a hybrid muscular / electric drive system comprising a converter of muscle energy into rotary energy coupled to a kinematic chain comprising an electric generator and a flywheel, said generator. supplying a current to an energy management circuit controlling the recharging of an electric storage means and supplying it with an electric motor, characterized in that said muscle energy converter further drives a second electric generator of power less than the power of said main electric generator supplying an electric current to said energy management circuit, to ensure degraded operation of said system.
  • said energy management circuit comprises a means of pairing and communication with intelligent connected equipment for exchanging digital information.
  • the invention also relates to a system comprising a fleet of such cycles or motorized bicycles (or other vehicles) characterized in that said system further comprises parking sites with mutual connections with intelligent energy management controlling the partial transfer of the vehicle. energy of cycles or bicycles (or other devices) having a high level of charge to recharge cycles or bicycles (or other devices) whose level of charge is very low.
  • the invention also relates to a method of managing a fleet of individual locomotion vehicles characterized in that it comprises steps of receiving and recording on a server time-stamped geolocation data of at least part of said vehicles. for locomotion and / or cycles or bicycles and for calculating georeferenced effort profiles, as well as steps for transmitting to said locomotion vehicles and / or cycles or bicycles parameterization files of said energy management circuit.
  • Figure 1 shows a schematic view of the kinematic chain.
  • Figure 2 shows an alternative embodiment with a launcher.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment with a lever.
  • a crankset or a crank is actuated by a human being to drive a multiplier system, which will increase the speed of rotation.
  • the multiplier system will drive via a freewheel: • a generator with permanent magnets of small capacity, with a low resistance to friction. (The permanent magnet generator is always linked (via the multiplier system) with the human training. The permanent magnet generator is independent of the flywheel).
  • a flywheel (slaved to limit the force to be exerted on the crankset during the start / start of rotation phase).
  • the flywheel drives via a clutch, an electromagnet generator.
  • a power manager controls according to predefined parameters and information received via various sensors:
  • the excess energy produced is stored for future use.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the kinematic chain according to the invention.
  • Human effort is applied via a pedal (1) driving via a multiplier gear train (2) a permanent magnet generator (3) as well as a flywheel ( 4) mated.
  • a second generator (5) with an electromagnet (6) is driven by means of a clutch (7).
  • the permanent magnet generator (3) is always connected via the multiplier system (2) with the pedal (1).
  • the permanent magnet generator is independent of the flywheel (4) thanks to the clutch (7).
  • the flywheel (4) can be controlled to limit the force to be exerted on the pedal (1) in phase start / start of rotation. It may consist of a weight system moving apart under the effect of centrifugal force to present an increasing inertia as a function of the speed and automatically adapt the force supplied by the person pedaling.
  • a power supply management module (8) manages the electricity produced and consumed and has an electricity storage means (9), for example batteries or supercapacitors.
  • the power supply manager (8) consists of an electronic card comprising active components, in particular a computer, supplied by a power supply line by an operating voltage, for example 5V DC.
  • This electronic card or electronic control unit in English "Electronic Control Unit”: ECU) comprises an on-board computer which processes the signals to supply the electrical control signals of the electric machines.
  • the power manager (8) controls operation according to predefined parameters and information received via various sensors:
  • the generator with permanent magnets (3) also called alternator is constituted by an electrical machine carrying out the conversion of mechanical energy into electrical energy, with brushes and rotating collector or preferably by a polyphase synchronous alternating current machine in which the stator magnetic fields and rotor rotate at the same speed.
  • the inductor In the case of a DC permanent magnet generator, the inductor is located at the stator with an assembly of permanent magnets. In the case of an alternating current magnet generator, the inductor is located at the rotor with an assembly of permanent magnets.
  • An alternating current permanent magnet generator has a mass and volume torque and a specific and volume power greater than those of a direct current generator.
  • the permanent magnet generator (3) provides a power of 10 watts at 12 volts.
  • the inertia wheel (4) is a rotating disc, recovering and then supplying energy, this energy being stored in the form of rotational kinetic energy (rotating mass). It is generally carried out by a hollow wheel, the mass being mainly distributed in a peripheral annular band.
  • the wound rotor induction electromagnet generator (5) consists of an asynchronous machine with double power supply (acronym MADA).
  • the stator windings are connected to a three-phase motor (7) via the power manager while the rotor windings are connected to bidirectional power converters into current: the power passing through these converters can then be absorbed or produced. by the machine, depending on the operating mode.
  • Asynchronous machines preferably operate at fixed speed, the speed of the rotor being almost constant.
  • the system also includes a renewable energy source (11), for example a turbine or a photovoltaic panel.
  • a renewable energy source for example a turbine or a photovoltaic panel.
  • the assembly is sealed within the framework of a device, for example a bicycle, without access to the battery for its removal by the user and without external charging socket.
  • the battery is not, unlike the battery of electric bicycles, a retractable battery for recharging on a charger, but a buffer battery, integrated into the energy management module.
  • the power manager receives local data from local rotation sensors (10, 40, 70, 71) providing information on power produced and power consumed, as well as from a computing unit (30) provided with a remote communication module (31) with a smart phone (35), for example by a link with a Bluetooth low energy protocol.
  • the smart phone (35) natively has the functions of geolocation, and of processing and execution of software applications making it possible to communicate with remote resources, for example a computer server transmitting, as a function of the instantaneous location, additional information such as geographical forecasts allowing to anticipate climbs or descents to come, and thus supplement the information coming from the local sensors.
  • the energy management module (30) can in particular anticipate the gradients (ascents, descents at short or medium distance) in the calculation of energy optimization.
  • the energy management module (30) also receives, according to a variant, data such as the diary or the qualification of the departure and destination points, to control the level of human effort, as a function of the acceptable level of perspiration; it can offer greater assistance on a daily basis compared to leisure trips, for example on weekends (where sweating is less of a problem).
  • the computing unit (30) can also receive data from physiological sensors worn by the user, for example a heart rate sensor.
  • the calculation unit (30) can also include a recharging alarm: when returning from vacation or at the end of the weekend and depending on the trip the next day, the system then indicates the number of minutes it is necessary to pedal to recharge the batteries - supercapacitor combo in order to be able to start the next day in good conditions.
  • the permanent magnet generator stage (3) From the first turn of the pedal and at low speed, the permanent magnet generator stage (3) produces electricity.
  • the ratio of electrical production / resistance to mechanical rotation is calculated so as to generate the lowest possible resistance to rotation, while ensuring a so-called “minimum” electrical production (supply of an electric motor in low consumption mode and / or battery recharge / hyper capacitors).
  • the flywheel stores energy.
  • an electromagnet generator After a predetermined rotational speed (at the flywheel output) an electromagnet generator is gradually engaged mechanically.
  • the electromagnets of the electric generator are excited via an external power supply (battery / capacitor) which is controlled by a manager. power supply.
  • an external power supply battery / capacitor
  • the power manager will (at a minimum) take into account: ⁇ the management of human effort (torque exerted on the cranks, monitoring of the crank rotation speed)
  • the local data is, according to a variant, transmitted by the computer (30) to the smart phone (35).
  • the latter executes an application which commands the transmission at repeated intervals of a sequence of data comprising geolocation, dating and force data.
  • These data are aggregated on the server to pool the data coming from a fleet of equipment, and to transmit to a user the forecast data of efforts improving the operation of the power supply manager (8).
  • the resistance to mechanical rotation of the electromagnet generator is proportional to the brake generated by the magnetic field (electricity consumption, battery / capacitor state, etc.).
  • the power manager decides to no longer excite the magnets of the electromagnet generator (the latter is still driven by the flywheel).
  • the lower pedaling effort makes it possible to "restart” the pedaling, the speed of rotation of the flywheel increases again, as soon as the measured speed of rotation again reaches the predetermined level, the electromagnets of the generator are at again excited.
  • the power manager has decided to no longer excite the magnets of the electromagnet generator (still driven by the flywheel). Despite this, the rotational speed decreases and / or stabilizes below the predetermined level: the electromagnet generator is disengaged, which will further reduce the force to be exerted on the crankset, two possibilities:
  • the power manager can decide to switch all the energy consuming components to standby or eco mode (example: the electric motor used for propulsion switches to eco mode, speed of rotation and minimum consumption ).
  • the system comprises parking points with mutual connections with intelligent energy management.
  • Bicycles or other gear
  • the management system makes it possible to use the energy of the bicycles (or other devices) having a high level of charge to recharge the bicycles (or other devices) whose level of charge is very low.
  • FIG. 2 represents an alternative making it possible to make a hybrid muscular / electric training system equipped with a supercapacitor / battery one hundred percent autonomous in all circumstances.
  • the system includes a second additional muscle energy converter (100).
  • This muscle energy converter can be the result of:
  • a rotation eg: a crankset, a pulley
  • FIG. 2 represents an alternative embodiment with a launcher (100) comprising:
  • a ratchet clutch (106), having two functions: uncoupling the pedal (no rotation possible when the starter is engaged) and engage the pulley.
  • the user keeps the bicycle upright either by sitting on it or by standing beside it and holding the bicycle with one hand.
  • a cord is pulled (101) which will cause the rotation of the pulley and compress (tension) the two springs (104, 105), once the cord (101) fully unwound, the handle (102) of the launcher is returned to its initial position (aided in this, by the spring (104) which performs the function rewind).
  • the rotation assistance spring (105) is released which will cause the rotation of the hybrid assistance generator. The operation is repeated as many times as necessary to maintain an adequate speed of rotation of the flywheel and thus ensure energy production (see description of the operation of the hybrid muscular / electric drive system).
  • the energy produced is stored via the power manager in the super capacitor / battery.
  • a visual or audible signal (on the power manager console and / or smartphone) warns the user.
  • the launcher is mechanically disengaged by the user.
  • the user can then get on his bike and start a rotation of the crankset, the pressure generated on one of the pedals will trigger the electric propulsion assistance. Once the bike is in motion, it is then quite possible to pedal and therefore to generate energy via the hybrid muscular / electric drive system and therefore to generate the energy necessary to move the bike.
  • FIG. 3 represents an alternative embodiment with a lever launcher comprising:
  • the lever (200) oscillates on its axis (over an amplitude of at least 120 °). This oscillation is transformed into rotation via a notched sector + gear train relay.
  • a ratchet clutch system (+ pinion) makes it possible to ensure that, whatever the direction of the oscillation (forward or backward), the oscillation of the lever is transformed into rotation.
  • the user keeps the bicycle upright either by sitting on it or by standing beside it and holding the bicycle with one hand.
  • This back-and-forth operation is repeated as many times as necessary to maintain an adequate speed of rotation of the flywheel and thus ensure energy production (see description of the operation of the hybrid muscle / electric drive system) .
  • the energy produced is stored via the power manager in the super capacitor / battery combo.
  • a visual or audible signal (on the power management console and / or smartphone) warns the user.
  • the launcher is mechanically disengaged by the user.
  • the user can then get on his bike and start a rotation of the crankset, the pressure generated on one of the pedals will trigger the electric propulsion assistance. Once the bike is in motion, it is then quite possible to pedal and therefore to generate energy via the hybrid muscular / electric drive system and therefore to generate the energy necessary to move the bike.
  • FIG. 4 represents an alternative embodiment with a launcher using:
  • One of the 2 pedals is used, the right or the left according to the preferences or the call foot of
  • the user keeps the bicycle upright either by sitting on it or by standing beside it and holding the bicycle with one hand.
  • the launcher By actuating the push-button, the launcher is coupled to the pedal, one of the two pedals is selected. The selected pedal is returned to its highest position by the return spring. By pressing the pedal and making it rotate 180 ° downwards, the output shaft of the pinion train makes about 5 turns, the operation is repeated a second time, to tighten the assistance spring. its maximum. Once this spring is tensioned, the spring is automatically released and via the ratchet clutch, drives the hybrid muscle / electric drive system.
  • the energy produced is stored via the power manager in the super capacitor / battery combo.
  • a visual or audible signal (on the power manager console and / or smartphone) warns the user.
  • the launcher is mechanically disengaged by the user.
  • the user can then get on his bike and start a rotation of the crankset, the pressure generated on one of the pedals will trigger the electric propulsion assistance.
  • the bike Once the bike is in motion it is then quite possible to pedaling and therefore generating energy via the hybrid muscular / electric drive system and consequently generating the energy necessary to move the bike.
  • the user keeps the bicycle upright either by sitting on it or by standing beside it and holding the bicycle with one hand.
  • each translation of the handle goes via the rack and a pinion relay train drive the rotation of the hybrid muscle / electric drive system.
  • the handle is returned to its initial position, releasing the pressure on it.
  • This back-and-forth operation is repeated as many times as necessary to maintain an adequate speed of rotation of the flywheel and thus ensure energy production (see description of the operation of the hybrid muscular / electric drive system. ).
  • the energy produced is stored via the power manager in the super capacitor / battery combo.
  • a visual or audible signal (on the power manager console and / or smartphone) warns the user.
  • the launcher is mechanically disengaged by the user.
  • the user can then get on his bike and start a rotation of the crankset, the pressure generated on one of the pedals will trigger the electric propulsion assistance. Once the bike is in motion, it is then quite possible to pedal and therefore to generate energy via the hybrid muscular / electric drive system and therefore to generate the energy necessary to move the bike.

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Abstract

L'invention concerne un système d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile comprenant un convertisseur d'énergie musculaire (1) en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique (5) et un volant d'inertie (4), ladite génératrice (5) fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie (8) commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique (9) et l'alimentant d'un moteur électrique (7). Ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) entraîne en outre une seconde génératrice électrique (3) de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale (5) fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie (8), pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.

Description

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Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine des systèmes d'entrainement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile, pour l'entrainement ou le déplacement d'une charge ou pour la locomotion notamment pour un cycle, notamment une bicyclette électrique.
Il est usuel de prévoir des systèmes hybrides pour la mise en œuvre d'énergie mécanique associés structurellement aux machines dynamo-électriques, avec un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
Ces systèmes hybrides sont utilisés pour entraîner une charge, par exemple une génératrice électrique pour produire de l'électricité domestique, ou pour déplacer une charge, par exemple un seau pour puiser de l'eau dans un puit.
Une personne adulte sans entraînement particulier est capable de fournir 100 à 200 watts facilement pendant quelques heures, et avec un entraînement moyen elle peut délivrer jusqu'à 300 watts de puissance.
Les bicyclettes à assistance électrique sont aujourd'hui très répandues. La motorisation d'une bicyclette électrique se compose d'un moteur, d'une batterie et d'un circuit de commande .
Le moteur permet au cycliste de se sentir soutenu dans son effort de pédalage.
Il existe plusieurs types de motorisations :
• Moteur roue avant situé dans le moyeu de la roue avant procurant une assistance linéaire car l'entrainement est directement sur la roue.
• Moteur roue arrière situé dans le moyeu de la roue arrière.
• Moteur pédalier agissant sur l'axe du pédalier. La puissance nécessaire au déplacement de la bicyclette est fonction de paramètres tels que la charge embarquée et la vitesse, et de variables d'environnement (pente de la voie de circulation, vent relatif) et peut donc varier fortement depuis des valeurs négatives en descente jusqu'à des valeurs positives importantes en montée.
Par contre, le cycliste fournit son meilleur effort en maintenant une vitesse et un couple constant. C'est la raison pour laquelle on a proposé dans l'état de la technique des chaînes cinématiques élaborées incluant un volant d'inertie permettant de lisser les efforts.
État de la technique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet américain US2015329172 un vélo comprenant au moins une pédale, un volant relié fonctionnellement à la pédale et configuré pour tourner conformément à 1 actionnement de la pédale, un moteur configuré pour faire tourner une roue, une batterie configurée pour alimenter le moteur et un interrupteur configuré pour connecter sélectivement la batterie au moteur. Cet interrupteur est configuré pour se fermer lorsque le volant tourne pour fournir de 1 énergie de la batterie au moteur et pour s'ouvrir lorsque le volant ne tourne pas pour s'éteindre le moteur .
La demande de brevet US2012012412 décrit un procédé de fonctionnement d'une bicyclette ayant un agencement d'entraînement électromécanique comprenant une machine électrique d'entrée, une machine électrique de sortie et un train d'engrenages épicycloïdal d'entrée. Un premier composant est couplé pour être entraîné par des bras de manivelle du cycle, un deuxième composant est couplé à l'un du rotor et du stator de la machine électrique d'entrée, et le troisième composant est couplé pour entraîner une roue du cycle. La machine électrique de sortie est agencée pour aider au moins à entraîner la ou une autre roue du cycle lorsqu'elle est utilisée comme moteur. Le procédé prévoit les étapes de :
a) faire fonctionner la machine électrique d'entrée en tant que générateur pour alimenter au moins partiellement la machine électrique de sortie en tant que moteur;
b) déterminer la position angulaire des bras de manivelle ;
c) contrôler le courant dans la machine électrique d'entrée afin de ne pas dépasser un courant maximum ni tomber en dessous d'un courant minimum pour la position angulaire déterminée des manivelles.
La demande de brevet US2015019062 décrit un vélo à assistance électrique comprenant un dispositif générateur adapté pour générer une puissance électrique du dispositif générateur à partir de la puissance de pédalage, agencé dans une relation d'échange d'énergie avec l'ensemble de pédalage et le moteur électrique, un dispositif de stockage d'énergie disposé dans une relation d'échange d'énergie avec ledit moteur électrique et dispositif générateur, un système de commande comprenant un module de commande de la puissance nécessaire au dispositif générateur à fournir au moteur électrique et / ou au dispositif de stockage, et un capteur de rythme cardiaque adapté pour générer un signal représentant le rythme cardiaque.
La demande internationale W02007117149 concerne un un cycle qui grimpe et progresse sans se soucier des sols glissants, boueux, humides, enneigés ou verglacés.
La demande de brevet US2017291660 décrit un groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales, en particulier pour une bicyclette. Ce groupe motopropulseur de l'art antérieur comprend deux moteurs ainsi qu'un engrenage planétaire.
Le premier moteur est raccordé à 1 ' engrenage planétaire, ledit groupe motopropulseur comprend également un axe de pédalier raccordé pour créer une première entrée dans l'engrenage planétaire. Le deuxième moteur est mécaniquement accouplé à l'axe de pédalier. Les deux moteurs sont associés à des capteurs conçus pour mesurer la position angulaire du rotor. Une unité de commande assure la régulation du premier moteur en fonction d'un point de destinataire de position angulaire, et du deuxième moteur en fonction d'un point de destinataire de courant ou de couple.
La demande de brevet US2012143401 décrit un système de gestion de véhicule comprend plusieurs unités de délimitation, des stations d'accueil, une unité de commande de véhicule pour chacun des véhicules et un serveur central. Les unités de délimitation sont positionnées à des emplacements prédéterminés dans une zone de gestion pour définir une limite le long d'un périmètre de la zone de gestion. Plusieurs stations d'accueil sont positionnées à des emplacements prédéterminés à l'intérieur de la limite définie pour le stationnement et la sécurisation des véhicules.
La demande de brevet US2010228405 décrit un mécanisme de verrouillage et de maintien pour un véhicule personnel qui est composé d'un dispositif de connexion monté sur le véhicule et d'un réceptacle monté sur un élément solide. Le réceptacle est configuré pour recevoir et mettre directement en prise le dispositif de connexion du véhicule et, une fois reçu, le véhicule est verrouillé sur le réceptacle maintenu dans une position stable. Le dispositif de connexion attache facilement un véhicule à un pont et permet à un système de gestion de véhicule de chargeur, verrouiller, maintenir en place et surveiller la présence du véhicule une fois attaché au pont dans une station de charge. Une fois attaché au pont dans une station de charge, si la condition du véhicule est modifiée de façon inattendue, le véhicule est pourvu d ' un équipement de communication pour éviter le système de gestion que la condition du véhicule a changé. Inconvénients de l'art antérieur
La demande de brevet US2015329172 comporte des composants électriques et électromagnétiques seulement, à savoir un potentiomètre et un relai. Il ne prévoit ni ne permet le management intelligent de l'énergie pour optimiser l'allocation de l'effort fourni par le cycliste.
La demande de brevet US2012012412 , ou la demande US2015019062 , ou encore toutes les autres solutions utilisant une carte électronique, décrivent une solution comportant une unité de commande électronique (ECU) et une unité de gestion de la batterie.
Le problème de ces solutions est que si la batterie est totalement déchargée, l'unité de commande et l'unité de gestion de la batterie devient inopérante, et les contrôleurs d'entrée et de sortie ne peuvent plus commander les moteurs- générateurs. La bicyclette devient alors inutilisable tant que la batterie n'est pas rechargée, ce qui nécessite de recharger la batterie, en la branchant à un chargeur ou en la retirant de la bicyclette pour la transporter près d'un chargeur.
Ces solutions de l'art antérieur présentent l'inconvénient de nécessiter une recharge occasionnelle de la batterie par le branchement sur un chargeur. Cela nécessite de pouvoir disposer d'une source électrique de puissance et d'un chargeur, ce qui n'est pas le cas dans certaines régions non desservies par le réseau électrique. Cela nécessite aussi de pouvoir amener le dispositif, par exemple la bicyclette à proximité immédiate du chargeur pour permettre le branchement, ou de retirer la batterie pour la transporter à proximité du chargeur pour le branchement et la recharge. Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à cet inconvénient, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un système d'entrainement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Avantageusement, le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire et ledit volant d'inertie comprend un embrayage pilotable.
Selon une variante, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique .
Selon un mode de réalisation particulier, ledit circuit de management de l'énergie comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur.
Selon une variante, il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle.
L'invention concerne aussi un engin de locomotion individuel motorisé comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
L'invention concerne également un cycle, notamment une bicyclette motorisée comprenant un système d'entraînement hybride musculaire/électrique comprenant un convertisseur d'énergie musculaire en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique et un volant d'inertie, ladite génératrice fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique et l'alimentant d'un moteur électrique, caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire entraîne en outre une seconde génératrice électrique de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale fournissant un courant électrique audit circuit de management de l'énergie, pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système.
Avantageusement, ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques.
L'invention concerne encore un système comprenant une flotte de tels cycles ou bicyclettes motorisées (ou autres engins ) caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles ou bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles ou bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible. L'invention concerne aussi un procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion individuels caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes et de calcul de profils d'efforts géoréférencés , ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
• La figure 1 représente une vue schématique de la chaîne cinématique .
• La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur.
• La figure 3 représente une variante de réalisation avec un levier.
• La figure 4 représente une autre variante de réalisation .
• La figure 5 représente une autre variante de réalisation .
Principe général de l'invention
Un pédalier ou une manivelle est actionné par un être humain pour entraîner un système multiplicateur, qui va démultiplier la vitesse de rotation.
Le système multiplicateur va lui, entraîner via une roue libre : • un générateur à aimants permanents de petite capacité, avec une faible résistance à la friction. (Le générateur à aimants permanents est toujours en liaison (via le système multiplicateur) avec l'entrainement humain. Le générateur à aimants permanents est indépendant du volant d ' inertie ) .
• un volant d'inertie (asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier en phase démarrage/début de rotation). Le volant d'inertie entraîne via un embrayage, un générateur à électro-aimants.
En amont un gestionnaire d'alimentation pilote en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
• la gestion de l'effort humain
• la gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à « puissance normale » du moteur électrique connecté.
L'excédent d'énergie produite étant stocké pour une utilisation future.
Description de la chaîne cinématique
La figure 1 représente une vue schématique de la chaîne cinématique selon l'invention. L'effort humain est appliqué par l'intermédiaire d'un pédalier (1) entraînant par l'intermédiaire d'un train d'engrenage multiplicateur (2) une génératrice à aimants permanents (3) ainsi qu'un volant d'inertie (4) accouplés. Une deuxième génératrice (5) à électro aimant (6) est entraînée par l'intermédiaire d'un embrayage (7). Le générateur à aimants permanents (3) est toujours en liaison via le système multiplicateur (2) avec le pédalier (1). Le générateur à aimants permanents est indépendant du volant d'inertie (4) grâce à l'embrayage (7).
Le volant d'inertie (4) peut être asservi pour limiter l'effort à exercer sur le pédalier (1) en phase démarrage/début de rotation. Il peut être constitué d'un système à masselotte s'écartant sous l'effet de la force centrifuge pour présenter une inertie croissante en fonction de la vitesse et adapter automatiquement l'effort fourni par la personne qui pédale .
L'électricité produite par les génératrices (3, 5) alimente un moteur (7). Un module de gestion de l'alimentation (8) gère l'électricité produite et consommée et dispose d'un moyen de stockage d'électricité (9) par exemple des batteries ou des supercondensateurs. Le gestionnaire d'alimentation (8) est constitué par une carte électronique comportant des composants actifs, notamment un calculateur, alimentée par une ligne d'alimentation par une tension de service, par exemple 5V continu. Cette carte électronique ou unité de commande électronique ( en anglais « Electronic Control Unit »: ECU) comporte un calculateur embarqué qui assure le traitement des signaux pour fournir les signaux de pilotage électrique des machines électriques.
Le gestionnaire d'alimentation (8) pilote le fonctionnement en fonction de paramètres prédéfinis et d'informations reçues via divers capteurs :
■la gestion de l'effort humain
■La gestion de l'énergie produite en fonction des besoins nécessaires au fonctionnement à « puissance normale » du moteur électrique connecté (7).
La génératrice à aimants permanents (3) aussi appelée alternateur est constituée par une machine électrique effectuant la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, avec balais et collecteur tournant ou de préférence par une machine à courant alternatif synchrone polyphasée dans laquelle les champs magnétiques stator et rotor tournent à la même vitesse.
Dans le cas d'une génératrice à aimants permanents à courant continu, l'inducteur est situé au stator avec un assemblage d'aimants permanents. Dans le cas d'une génératrice à aimants à courant alternatif, l'inducteur est situé au rotor avec un assemblage d'aimants permanents.
Une génératrice à aimants permanents à courant alternatif présente un couple massique et volumique et une puissance massique et volumique supérieurs à ceux d'une génératrice à courant continu.
A titre d'exemple, la génératrice à aimants permanents (3) fournit une puissance de 10 watts sous 12 volts.
La roue à inertie (4) est un disque en rotation, récupérant puis fournissant de l'énergie, cette énergie étant stockée sous la forme d'énergie cinétique de rotation (masse en rotation). Elle est généralement réalisée par une roue creuse, la masse étant principalement répartie dans une bande annulaire périphérique .
Le générateur à électro-aimants (5) à induction à rotor bobiné est constitué par une machine asynchrone à double alimentation (acronyme MADA) .
Les enroulements du stator sont connectés à un moteur (7) triphasé par l'intermédiaire du gestionnaire d'alimentation alors que les enroulements du rotor sont reliés à des convertisseurs de puissance bidirectionnels en courant : la puissance traversant ces convertisseurs peut alors être absorbée ou produite par la machine, selon le mode de fonctionnement.
Les machines asynchrones fonctionnent de préférence à vitesse fixe, la vitesse du rotor étant presque constante.
Optionnellement , le système comporte également une source d'énergie renouvelable (11), par exemple une turbine ou un panneau photovoltaïque.
L'ensemble est scellé dans le cadre d'un engin, par exemple une bicyclette, sans accès à la batterie pour son retrait par l'utilisateur et sans prise de recharge extérieure. La batterie n'est pas, contrairement à la batterie des bicyclettes électriques, une batterie escamotable pour une recharge sur un chargeur, mais une batterie tampon, intégrée au module de gestion d ' énergie .
Gestionnaire d'alimentation
Le gestionnaire d'alimentation reçoit des données locales provenant de capteurs de rotation locaux (10, 40, 70, 71) fournissant des informations sur la puissance produite et la puissance consommée, ainsi que d'une unité de calcul (30) munie d'un module de communication à distance (31) avec un téléphone intelligent (35), par exemple par une liaison avec un protocole Bluetooth low energy.
Le téléphone intelligent (35) dispose nativement des fonctions de géolocalisation, et de traitement et d'exécution d'applications logicielles permettant de communiquer avec des ressources distantes, par exemple un serveur informatique transmettant en fonction de la localisation instantanée des informations additionnelles telles que les prévisions géographiques permettant d'anticiper des montées ou des descentes à venir, et compléter ainsi les informations provenant des capteurs locaux. Selon le trajet emprunté et grâce aux informations transmises par le système de navigation sur téléphone intelligent (35), le module de gestion d'énergie (30) peut notamment anticiper les déclivités (montées, descentes à courte ou moyenne distance) dans le calcul d'optimisation de 1 ' énergie .
Le module de gestion d'énergie (30) reçoit également selon une variante des données telles que l'agenda ou la qualification des points de départ et de destination, pour commander le niveau d'effort humain, en fonction du niveau acceptable de sudation ; il peut proposer une assistance supérieure au quotidien par rapport aux déplacements de loisir, par exemple en week-end (où la sudation pose moins de problème). L'unité de calcul (30) peut aussi recevoir des données venant de capteurs physiologiques porté par l'utilisateur, par exemple un capteur de rythme cardiaque.
L'unité de calcul (30) peut aussi comporter un avertisseur de recharge : en rentrant de vacances ou en fin de week-end et selon le déplacement du lendemain, le système indique alors le nombre de minutes qu'il est nécessaire de pédaler pour recharger le combo batteries — supercondensateur afin de pouvoir démarrer le lendemain en de bonnes conditions.
Fonctionnement
Dès le premier tour de pédale et à faible vitesse de rotation, l'étage générateur à aimants permanents (3) produit de l'électricité. Le ratio production électrique/résistance à la rotation mécanique est calculé de façon à générer une résistance à la rotation la plus faible possible, tout en assurant une production électrique dite «minimale» (alimentation d'un moteur électrique en mode faible consommation et/ou recharge de batterie/hyper condensateurs).
Si la vitesse de pédalage croit, de fait la vitesse de rotation du volant d'inertie croit elle aussi, les masselottes (volant d'inertie) s'écartent augmentant progressivement l'inertie du volant.
Le volant d'inertie emmagasine l'énergie.
Passé une vitesse de rotation prédéterminée (en sortie volant d'inertie) un générateur à électro-aimants est embrayé mécaniquement progressivement.
Une fois le générateur à électro-aimants embrayé et après contrôle de la vitesse de rotation du volant d'inertie (capteur), les électro-aimants du générateur électrique sont excités via une alimentation externe (batterie/condensateur) qui est pilotée par un gestionnaire d'alimentation.
Le gestionnaire d'alimentation va (à minima) prendre en compte : ■ la gestion de l'effort humain (couple exercé sur manivelles pédalier, surveillance de la vitesse de rotation pédalier )
■ la gestion de l'énergie produite (en fonction de l'énergie nécessaire au fonctionnement à « puissance normale » du moteur électrique connecté (énergie absorbée, état batterie/condensateur, prise en compte du couple nécessaire : charge, résistance à l'avancement, etc..).
Les données locales sont, selon une variante, transmises par le calculateur (30) au téléphone intelligent (35). Ce dernier exécute une application qui commande l'émission à intervalles répétés d'une séquence de données comportant une géolocalisation, une datation et les données d'efforts. Ces données sont agrégées sur le serveur pour mutualiser les données provenant d'une flotte d'équipements, et pour transmettre à un utilisateur les données prévisionnelles d'efforts améliorant le fonctionnement du gestionnaire d'alimentation (8).
Gestion de l'effort humain
La résistance à la rotation mécanique du générateur à électro-aimants est proportionnelle au frein généré par le champ magnétique (consommation électrique, état batterie/condensateur, etc...) .
Si le frein magnétique est très important, l'effort de pédalage peut devenir « physiquement » trop important pour l'utilisateur avec pour conséquence un ralentissement de la vitesse de rotation du pédalier. Ce ralentissement va dans un premier temps consommer l'énergie emmagasinée dans le volant d'inertie, la vitesse de rotation du volant d'inertie va diminuer, ce qui va entraîner en cascade, la diminution de la vitesse de rotation du générateur à électro-aimants.
Si le frein magnétique est important et si la vitesse de rotation du volant d'inertie descend trop bas, relancer la rotation du pédalier va demander un effort physique important. Pour éviter cela, un capteur de couple sur le pédalier (1) et 2 capteurs de vitesse de rotation (10, 40) envoient en permanence les informations collectées au gestionnaire d'alimentation.
Si le couple appliqué sur les manivelles du pédalier est trop important (valeur prédéterminée) ou si la vitesse de rotation du pédalier est en dessous d'un seuil prédéterminé, plusieurs cas possibles :
Premier cas
Le gestionnaire d'alimentation décide de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (celui-ci est toujours entraîné par le volant d'inertie). L'effort de pédalage plus faible permet de « relancer » le pédalage, la vitesse de rotation du volant d'inertie augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités .
Deuxième cas
Le gestionnaire d'alimentation a décidé de ne plus exciter les aimants du générateur à électro-aimants (toujours entraîné par le volant d'inertie). Malgré cela, la vitesse de rotation diminue et/ou se stabilise en deçà du palier prédéterminé : le générateur à électro-aimants est débrayé, ce qui va diminuer encore l'effort à exercer sur le pédalier, deux possibilités :
1) Si la vitesse de rotation du pédalier (et donc du volant d'inertie) augmente à nouveau, dès que la vitesse de rotation mesurée atteint à nouveau le palier prédéterminé, le générateur à électro-aimants est embrayé progressivement. Si les informations de vitesse de rotation envoyées au gestionnaire d'alimentation sont correctes, les électro-aimants du générateur sont à nouveau excités. 2) Si la vitesse de rotation du pédalier (et donc du volant d'inertie) continue de diminuer, seul le générateur à aimants permanents continue à être activé. Après une période de temporisation à déterminer, le gestionnaire d'alimentation peut décider de basculer tous les composants consommateurs d'énergie en mode veille ou éco (exemple : le moteur électrique servant à la propulsion passe en mode éco, vitesse de rotation et consommation minimum) .
Troisième cas
Si la rotation du pédalier est stoppée, progressivement la vitesse de rotation du volant d'inertie va revenir à zéro, et les masselottes du volant d'inertie vont revenir à leurs places initiales tel qu'avant démarrage du pédalage .
Gestion de flotte
Selon une variante de gestion d'une flotte de bicyclettes (ou autres engins) selon l'invention, le système comporte des points de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente. Les bicyclettes (ou autres engins ) sont tous connectés entre eux et à un système de panneaux solaires. Le système de gestion permet d'utiliser l'énergie des bicyclettes (ou autres engins) présentant un niveau de charge élevé pour recharger les bicyclettes (ou autres engins) dont le niveau de charge est très faible.
Alternatives
La figure 2 représente une alternative permettant de rendre un système d'entrainement hybride musculaire / électrique équipé d'un super condensateur/batterie cent pourcent autonome en toute circonstance. A cet effet, le système comprend un deuxième convertisseur d'énergie musculaire (100), additionnel. Ce convertisseur d'énergie musculaire peut être la résultante :
• d'une rotation (ex : un pédalier, une poulie)
• et/ou d'une oscillation (ex : levier, rame)
• et/ou d'une translation rectiligne (ex : siège mobile d'un rameur/aviron ) . Il est accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/ électrique.
Il prévoit l'utilisation d'un « lanceur » manuel (100) (type poulie + corde) ou type levier ou à pied (type pédale de démarrage) ou encore par déplacement rectiligne accouplé de façon mécanique au système d'entrainement hybride musculaire/électrique .
Variante « Lanceur type poulie + corde »
La figure 2 représente une variante de réalisation avec un lanceur (100) comprenant :
• une poulie (101) sur laquelle s'enroule une corde (102). Au bout de la corde est fixée une poignée (103) qui permet de tirer confortablement sur la corde pour le lancement.
• deux ressorts escargots (104, 105) : l'un assure le rembobinage et l'autre l'assistance à la rotation
• Un train relais de pignonnerie
• Un embrayage à cliquets (106), ayant deux fonctions : désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé) et embrayer la poulie.
Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le lanceur, on tire une cordelette (101) ce qui va entraîner la rotation de la poulie et comprimer (tendre) les deux ressorts (104, 105), une fois la cordelette (101) entièrement déroulée, la poignée (102) du lanceur est ramenée à sa position initiale (aidé en cela, par le ressort (104) qui assure la fonction de rembobinage). Le ressort d'assistance (105) à la rotation est libéré ce qui va entraîner la rotation du générateur à assistance hybride. On répète l'opération autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le super condensateur/batterie .
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager. Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/ électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante « Lanceur type levier »
La figure 3 représente une variante de réalisation avec un lanceur à levier comprenant :
• un levier (200) avec une poignée (201)
• un secteur cranté en liaison avec un train relais de pignonnerie • un embrayage à cliquets (202), ayant la fonction de désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé)
• un deuxième embrayage à cliquets (203) couplé à un pignon inverseur, assurant l'embrayage du levier dans les 2 sens d'oscillation.
Le levier (200) oscille sur son axe (sur une amplitude de 120 ° a minima). Cette oscillation est transformée en rotation via un secteur cranté + train relais de pignonnerie. Un système d'embrayage à cliquets (+ pignon) permet de faire en sorte que, quel que soit le sens de l'oscillation (vers l'avant ou vers l'arrière), l'oscillation du levier est transformée en rotation .
Fonctionnement dans l'exemple du vélo;
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En faisant osciller le levier d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin de course soit a minima une amplitude d'environ 120 °). Chaque oscillation du levier va via un secteur cranté et un train relais de pignonnerie entraîner la rotation du système d'entrainement hybride musculaire/électrique .
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique).
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie .
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager. Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante « Lanceur type pédale de démarrage »
La figure 4 représente une variante de réalisation avec un lanceur utilisant :
• le pédalier (1) du système d'entrainement hybride musculaire/électrique
• un sélecteur/bouton-poussoir (300) qui permet d'accoupler le lanceur au pédalier et de sélectionner la pédale droite ou gauche qui sera utilisée
• deux ressorts escargots (301, 302): l'un assure le rappel de la pédale sélectionnée, l'autre ressort assure l'assistance à la rotation
• un train de pignons pour obtenir un ratio d'environ 1/10 en sortie du lanceur
• un couplage mécanique ( par bouton- poussoir/manette ) à l'axe du générateur à assistance hybride
• des cliquets assurant l'embrayage.
Une des 2 pédales est utilisée, la droite ou la gauche en fonction des préférences ou du pied d'appel de
1 ' utilisateur . Fonctionnement dans l'exemple du vélo:
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant le bouton-poussoir, le lanceur est accouplé au pédalier, une des deux pédales est sélectionnée. La pédale sélectionnée est ramenée dans sa position la plus haute par le ressort de rappel. En appuyant sur la pédale et en lui faisant faire une rotation de 180 ° vers le bas, l'axe de sortie du train de pignon fait environ 5 tours, l'opération est répétée une deuxième fois, pour tendre le ressort d'assistance à son maximum. Une fois ce ressort tendu, le ressort est automatiquement libéré et via l'embrayage à cliquets, entraîne le système d'entrainement hybride musculaire/électrique.
En relâchant la pression sur la pédale, celle-ci est remontée vers le haut (par le ressort de rappel) dans sa position initiale. En appuyant à nouveau sur la pédale, le cycle est répété, il est répété autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique ) .
L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie .
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager. Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.
Variante « Lanceur par déplacement rectiligne »
Principe : La translation rectiligne d'un objet est transformée en énergie, exemple d'application pour une poignée (401, 402) coulissant le long d'un rail (400) :
• une poignée coulissante (401, 402) le long d'un rail (400), cette poignée entraînant une crémaillère (parallèle au rail )
• une liaison crémaillère système d'entrainement hybride musculaire/électrique par train relais (405) de pignonnerie
• un embrayage à cliquets (404) couplé à un pignon inverseur, assurant l'embrayage dans les deux sens de translation
• un couplage mécanique ( par bouton- poussoir/manette ) à l'axe du système d'entrainement hybride musculaire/ électrique générateur à assistance hybride
• des cliquets assurant l'embrayage
• un deuxième embrayage à cliquets, ayant la fonction de désaccoupler le pédalier (pas de rotation possible quand le lanceur est engagé)
• un ressort de rappel (403)
Fonctionnement dans l'exemple du vélo ;
L'usager maintient le vélo droit soit en étant assis dessus, soit en étant debout à côté et en tenant d'une main le vélo.
En actionnant et faisant coulisser la poignée d'avant en arrière et d'arrière en avant (de fin de course à fin de course), chaque translation de la poignée va via la crémaillère et un train relais de pignonnerie entraîner la rotation du système d'entrainement hybride musculaire/électrique. Une fois arrivée en fin de course, la poignée est ramenée à sa position initiale, en relâchant la pression sur elle.
Cette opération de va-et-vient est répétée autant de fois que nécessaire pour maintenir une vitesse adéquate de rotation du volant d'inertie et assurer ainsi une production d'énergie (cf. description du fonctionnement du système d'entrainement hybride musculaire/électrique). L'énergie produite est stockée via le gestionnaire d'alimentation dans le combo super condensateur/batterie .
Quand le niveau de charge est suffisant pour alimenter le moteur électrique de propulsion a minima (charge minimale pour assurer à vitesse réduite la propulsion du vélo sur X mètres) un signal visuel ou sonore (sur console gestionnaire d'alimentation et/ou smartphone) avertit l'usager. Le lanceur est débrayé mécaniquement par l'usager.
L'usager peut alors enfourcher son vélo et amorcer une rotation du pédalier, la pression engendrée sur une des pédales va déclencher l'assistance électrique de propulsion. Une fois le vélo en mouvement il est alors tout à fait possible de pédaler et donc de générer de l'énergie via le système d'entrainement hybride musculaire/électrique et par conséquent de générer l'énergie nécessaire au déplacement du vélo.

Claims

Revendications 1 — Système d'entraînement hybride musculaire/électrique fixe, portable ou mobile comprenant un convertisseur d'énergie musculaire (1) en énergie rotative accouplé à une chaîne cinématique comprenant une génératrice électrique (5) et un volant d'inertie (4), ladite génératrice (5) fournissant un courant à un circuit de management de l'énergie (8) comportant une unité de commande électronique (ECU) commandant la recharge d'un moyen de stockage électrique (9) et l'alimentant d'un moteur électrique (7), caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) entraîne en outre une seconde génératrice électrique (3) de puissance inférieure à la puissance de ladite génératrice électrique principale (5) fournissant un courant électrique d'alimentation dudit circuit de management de l'énergie (8), pour assurer un fonctionnement dégradé dudit système. 2 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que le couplage mécanique entre ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) et ledit volant d'inertie (4) comprend un embrayage pilotable (40). 3 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant de capteurs (10, 40, 70, 71) mesurant l'effort en un point au moins de la chaîne cinématique. 4 - Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie (8) comporte des moyens de réception de données provenant d'un équipement périphérique (30) d'acquisition de données physiologiques de l'utilisateur. 5 - Système d'entrainement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie renouvelable statique additionnelle (11). 6 - Système d'entrainement hybride selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit convertisseur d'énergie musculaire (1) est la résultante d'une rotation et/ou d'une oscillation et/ou d'une translation rectiligne. 7 — Engin de locomotion individuel motorisé comprenant un système d'entrainement conforme à la revendication
1.
8 — Cycle, notamment bicyclette motorisée comprenant un système d'entrainement conforme à la revendication 1.
9 — Engin de locomotion individuel motorisé, notamment cycle, ou bicyclette motorisés selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit circuit de management de l'énergie comporte un moyen d'appairage et de communication avec un équipement connecté intelligent pour échanger des informations numériques .
10 — Système comprenant une flotte de cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 notamment bicyclettes motorisées caractérisé en ce ledit système comporte en outre des sites de parking avec des connexions mutuelles avec gestion d'énergie intelligente commandant le transfert partiel de l'énergie des cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 présentant un niveau de charge élevé pour recharger les cycles conformes à la revendication 8 ou autres engins de locomotion individuel motorisé conformes à la revendication 9 dont le niveau de charge est très faible. 11 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion individuels conformes à la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion et de calcul de profils d'efforts géoréférencés , ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
12 - Procédé de gestion d'une flotte d'engins de locomotion de cycles, notamment de bicyclettes selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de réception et d'enregistrement sur un serveur des données de géolocation horodatées d'une partie au moins desdits engins de locomotion ou desdits cycles et de calcul de profils d'efforts géoréférencés, ainsi que des étapes de transmission auxdits engins de locomotion et/ou cycles ou bicyclettes de fichiers de paramétrage dudit circuit de management de l'énergie.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3146126A1 (fr) * 2023-02-24 2024-08-30 Marcel Bellens Vélocipède électrique à pédales

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007117149A1 (fr) 2006-04-10 2007-10-18 Ziad Badarneh Cycle à transmission intégrale
US20100228405A1 (en) 2007-06-13 2010-09-09 Intrago Corporation Shared vehicle management system
US20120012412A1 (en) 2009-02-12 2012-01-19 Frank Moeller Bicycle Transmission System
US20120143401A1 (en) 2010-12-06 2012-06-07 PES School of Engineering Vehicle Management System
US20150019062A1 (en) 2012-02-22 2015-01-15 Politecnico Di Milano Pedal Assisted Bicycle And Method Of Controlling The Pedal Assisted Bicycle
US20150329172A1 (en) 2014-05-16 2015-11-19 Ford Global Technologies, Llc Electric propulsion control system
US20170291660A1 (en) 2014-09-02 2017-10-12 E2 Drives Sa Powertrain for a pedal vehicle

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4768607A (en) 1983-06-09 1988-09-06 Molina Antonio F Freewheel flywheel transmission system
US6019385A (en) 1997-11-26 2000-02-01 Kelley; Don Energy storage device for personal vehicle
CN203427955U (zh) 2013-09-18 2014-02-12 杜文娟 一种自行车在下坡时的能量给飞轮电池补能的装置
CN103496415A (zh) 2013-09-18 2014-01-08 杜文娟 自行车在下坡时的能量给飞轮电池补能的装置及使用方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007117149A1 (fr) 2006-04-10 2007-10-18 Ziad Badarneh Cycle à transmission intégrale
US20100228405A1 (en) 2007-06-13 2010-09-09 Intrago Corporation Shared vehicle management system
US20120012412A1 (en) 2009-02-12 2012-01-19 Frank Moeller Bicycle Transmission System
US20120143401A1 (en) 2010-12-06 2012-06-07 PES School of Engineering Vehicle Management System
US20150019062A1 (en) 2012-02-22 2015-01-15 Politecnico Di Milano Pedal Assisted Bicycle And Method Of Controlling The Pedal Assisted Bicycle
US20150329172A1 (en) 2014-05-16 2015-11-19 Ford Global Technologies, Llc Electric propulsion control system
US20170291660A1 (en) 2014-09-02 2017-10-12 E2 Drives Sa Powertrain for a pedal vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3146126A1 (fr) * 2023-02-24 2024-08-30 Marcel Bellens Vélocipède électrique à pédales

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