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Mécanisme de propulsion pourvu de deux actionneurs indépendants
La présente invention concerne un mécanisme de propulsion pourvu de
deus actionneurs indépendants.
Ce mécanisme est alimenté par de l'énergie musculaire et il est adapté à
la propulsion de tous types de véhicules par un homme, que ce soit sur terre,
sur
mer ou dans les airs. Sont donc concernés les bicyclettes ou tricycles pour la
mise en mouvement d'une ou plusieurs roues, les bateaux pour la mise en
mouvement d'une roue à aubes (pédalo) ou d'une hélice, les aéronefs pour la
mise en mouvement d'une hélice.
Zo Les mécanismes de propulsion connus comportent deux actionneurs
chacun relié par un organe de liaison à un convertisseur monté sur un arbre de
transmission.
Dans le cas le plus général, les actionneurs sont des pédales, les
organes de liaison sont des manivelles et le convertisseur est un plateau
monté
sur un arbre de transmission.
Si l'on prend pour exemple de véhicule une bicyclette, cet agencement
correspond au pédalier.
Dans un pédalier, les deux pédales sont rigidement liées au plateau, si
bien que leurs déplacements sont nécessairement synchronisés.
Cette solution est bien adaptée au cas où les efforts appliqués sur les
deux pédales sont identiques mais ce n'est pas toujours le cas. Un cycliste
n'a
pas nécessairement la même force dans chaque jambe. De plus, une de ses
jambes peut présenter un handicap définitif ou provisoire, une entorse par
exemple.
Un premier objet de la présente invention est ainsi un mécanisme de
propulsion permettant de prendre en compte une dissymétrie des efforts
appliqués sur les deux actionneurs.
Selon l'invention, le mécanisme de propulsion *comportant un premier
actionneur est relié par un premier organe de liaison à un premier
convertisseur
monté sur un arbre de transmission ; il comporte un deuxième actionneur, celui-
ci étant relié par un deuxième organe de liaison à un deuxième convertisseur
monté sur cet arbre de transmission.
Il s'ensuit que les deux actionneurs contribuent indépendamment l'un de
l'autre à l'entrainement de l'arbre de transmission.
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Généralement, ce mécanisme est prévu pour entraîner un arbre de
propulsion et, si cela s'avère nécessaire, ce mécanisme comprend un module de
conversion :
- pour inverser le sens de rotation de cet arbre de propulsion par
rapport à celui de l'arbre de transmission, et/ou
- pour modifier le rapport des vitesses de rotation de cet arbre de
propulsion et de l'arbre de transmission.
Eventuellement, le mécanisme de propulsion comporte de plus un
système de blocage mobile pour solidariser les organes de liaison à l'arbre de
1 o transmission.
Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, chacun des
convertisseurs comprend un organe d'entraînement relié à l'organe de liaison,
cet organe d'entraînement étant solidaire d'un organe de couplage monté sur
l'arbre de transmission.
De plus, chacun des organes de couplage entraîne l'arbre de
transmission dans un seul et même sens.
Avantageusement, l'organe de couplage est une roue libre.
Par ailleurs, dans le pédalier connu, le plateau toume en permanence, si
bien que les pédales en font de même.
Cet agencement n'est pas favorable au rendement de conversion de
l'énergie musculaire en énergie cinétique. En effet, lorsque les manivelles
sont
dans l'axe des jambes du cycliste, les efforts appliqués sur les pédales sont
inopérants.
Un second objet de la présente invention est aussi d'améliorer
sensiblement le rendement du mécanisme de propulsion.
Selon l'invention, l'organe d'entraînement ayant une course limitée entre
une position initiale et une position terminale, le convertisseur comporte un
organe de rappel de l'organe d'entraînement dans la position initiale.
Suivant un premier mode de réalisation, l'organe d'entraînement est un
3 o plateau d'entraînement.
A titre d'exemple, le plateau d'entraînement est circulaire.
Cependant, de préférence, la périphérie du plateau d'entraînement
présente une distance à l'axe de ce plateau qui est continûment décroissante.
Il est ainsi possible d'optimiser le rendement de l'effort musculaire en
fonction de la position de la jambe du cycliste.
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Suivant une caractéristique préférentielle de l'invention, la périphérie du
plateau d'entrainement suit le profil d'une spirale.
Alternativement, la périphérie du plateau d'entraînement présente une
section initiale dans laquelle sa distance à l'axe de ce plateau est
croissante et
s une section finale dans laquelle sa distance à l'axe de ce plateau est
décroissante.
Il s'agit là encore d'adapter le couple fourni à la position de la jambe du
cycliste.
Suivant une première option, l'organe de liaison est un élément souple et
lo longiligne de section constante tel qu'un câble ou un ruban.
Suivant une seconde option, la périphérie du plateau d'entraînement
étant dentée, l'organe de liaison est soit une chaîne, soit une crémaillère.
Avantageusement, l'organe d'entraînement étant un plateau
d'entrainement, l'organe de rappel comporte soit un plateau de rappel
solidaire
15 du plateau d'éntraînement, soit est un ressort fixé entre la crémaillère et
un point
fixe.
Selon un premier mode de réalisation, chacun des actionneurs comporte
un plateau d'adaptation pourvu d'une manivelle à l'extrémité de laquelle
figure
une barre, l'organe de liaison étant assujetti à ce plateau d'adaptation.
20 Toutefois, l'agencement du pédalier connu perdure essentiellement du
fait de son ancienneté et pour des raisons culturelles plutôt que pour son
caractère rationnel. II présente des limitations dans la conversion du
mouvement
alternatif des jambes en mouvement circulaire de l'arbre de transmission,
analogues à celle du moteur à explosion qui convertir le mouvement alternatif
de
25 pistons en mouvement de rotation au moyen d'un vilebrequin.
Ainsi, selon un second mode de réalisation, chacun des actionneurs
comporte une barre assujettie à un moyen de guidage, de sorte que son seul
degré de liberté soit une translation selon son axe de guidage.
Il apparaît d'autre part que le mécanisme de propulsion caractérisé ci-
3o dessus pourrait quelque peu perturber la personne qui emploie couramment un
pédalier traditionnel, est habituée à ce que les deux pédales soient
diamétralement opposées, autrement dit en opposition de phase. Le fait d'avoir
deux pédales qui figurent au même niveau est en effet inhabituel.
En conséquence, suivant une caractéristique préférentielle de l'invention,
35 le mécanisme comporte un organe de coordination pour coupler les
actionneurs
de sorte qu'ils se déplacent en opposition de phase.
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A titre d'exemple, l'organe de coordination comporte un engrenage.
Finalement, tout comme dans le cas d'un mécanisme de propulsion
connu, il peut s'avérer nécessaire de modifier la vitesse de rotation de
l'arbre de
transmission pour l'adapter à celle de l'arbre de propulsion qui entraîne la
roue
ou l'hélice.
Ainsi, le mécanisme comporte un organe de transmission disposé entre
l'arbre de transmission et un arbre de propuision.
La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le
cadre de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre
illustratif
lo en se référant aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1, un premier mode de réalisation de l'invention adapté à une
bicyclette ;
- la figure 2, un agencement destiné à ce premier mode de réalisation,
plus particulièrement :
ls - la figure 2a, une vue en coupe d'une bicyclette dans un plan
vertical intégrant l'axe médian de l'arbre de transmission,
- la figure 2b, un détail de cet agencement, et
-. la figure 2c, une vue de face d'un premier flasque ;
- la figure 3, un deuxième môde de réalisation de l'invention adapté à
20 une bicyclette couché , plus particulièrement :
- la figure 3a, une vue du côté droit de la bicyclette couché,
- la figure 3b, une vue partielle en perspective de cette bicyclette
dans laquelle le cadre est omis, et
- la figure 3c, une vue grossie d'un détail de la figure 3a;
25 - la figure 4, un premier type d'organe d'entraînement ;
- la figure 5, un deuxième type d'organe d'entraînement ;
- la figure 6, un agencement destiné à modifier le positionnement de
l'organe d'entraînement, plus particulièrement :
- la figure 6a, un organe d'adaptation, et
3 0 - la figure 6b, une variante d'un organe d'entraînement prévue pour
coopérer avec cet organe d'adaptation ;
- la figure 7, un troisième type d'organe d'entraînement ;
- la figure 8, un quatrième type d'organe d'entraînement ;
- la figure 9, un agencement d'un mécanisme de propulsion sur un vélo
35 tout terrain ;
- la figure 10, un organe de coordination ;
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- la figure 11, un mode de réalisation de l'invention adapté à un bateau,
en particulier :
- la figure 11 a, un mécanisme de propulsion monté sur un safran, et
- la figure 11 b, une vue grossie de ce mécanisme au niveau de
5 l'hélice de propulsion ;
- la figure 12, une variante du premier mode de réalisation de
l'invention adapté à une bicyclette.
Les éléments identiques présents dans plusieurs figures sont affectés
d'une seule et même référence.
En se reportant à la figure 1, un mécanisme de propulsion est présenté
sur une bicyclette courante. Comme cela a déjà été mentionné, ce mécanisme
est aisément adaptable par l'homme du métier à de nombreux autres types de
véhicules.
La bicyclette comporte essentiellement un cadre CA qui supporte un
arbre de transmission AT sur lequel est habituellement monté un pédalier
traditionnel mais qui est ici équipé d'un mécanisme destiné à supprimer les
limitations de ce pédalier évoquées plus haut.
Un premier actionneur est constitué par une pédale, la pédale droite PD
qui est reliée à un premier convertisseur au moyen d'un premier organe de
liaison qui prend ici la forme d'une manivelle, la manivelle droite MD. Le
premier
convertisseur comprend un premier organe de couplage DC, d'une part monté
sur l'arbre de transmission AT, et d'autre part rigidement lié à la manivelle
droite
MD. La fonction de cet organe de couplage est de transmettre le mouvement de
rotation de la manivelle MD à l'arbre de transmission dans un seul sens, ici
celui
des aiguilles d'une montre.
Une roue libre est tout à fait appropriée à cette fonction.
li est préférable de faire revenir automatiquement la pédale droite de la
position jambe en extension à la position jambe repliée. On évite ainsi
l'usage de
dispositifs du type cale-pied ou pédale automatique.
Un premier élément de rappel DR prend ici la forme d'un sandow ou d'un
ressort attaché par sa première extrémité à un point fixe, sur le tube de
selle par
exemple. Cet élément de rappel passe sur une poulie directive ZR montée sur le
tube horizontai du cadre CA et sa deuxième extrémité supporte une poulie
suspendue ZS autour de laquelle s'enroule un cordon CR. Le cordon CR relie les
manivelles gauche MG et droite MD à proximité de leurs extrémités opposées à
celles qui sont montées sur l'arbre de transmission AT. Naturellement, ce
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sandow DR tend à faire tourner la manivelle droite MD dans le sens inverse des
aiguilles d'une montre. L'homme du métier peut envisager de nombreuses
variantes à ce moyen de rappel donné ici uniquement à titre d'exemple.
Un organe de transmission est prévu pour transmettre le mouvement de
l'arbre de transmission AT à l'arbre de propulsion solidaire du moyeu de la
roue
arrière. Cet organe, comme usuellement, prend ici la forme d'un plateau denté
PL.
Un deuxième actionneur est constitué par la pédale gauche PG qui est
reliée à un deuxième convertisseur au moyen d'un deuxième organe de liaison
Io MG qui est ici constitué par la manivelle gauche MG.
Cette manivelle MG est solidaire d'un deuxième organe de couplage, à
savoir une deuxième roue libre montée elle aussi sur l'arbre de transmission
AT.
If est possible de transformer le pédalier décrit ci-dessus pour revenir à
un pédalier traditionnel au moyen d'un système de blocage.
Une première solution consiste à prévoir un blocage des roues libres
lorsque les deux pédales PD, PG sont diamétralement opposées.
Une deuxième solution consiste à verrouiller les manivelles MD, MG sur
l'arbre de transmission AT au moyen d'un dispositif du type clavette.
Une troisième solution consiste à verrouiller la manivelle droite MD sur le
plateau denté PL, à rajouter un plateau solidaire de l'arbre de transmission
AT à
proximité de la manivelle gauche MG et à solidariser ces deux demiers
éléments.
En référence à la figure 2a qui représente une coupe de la bicyclette au
droit d'un plan vertical passant par l'axe médian de l'arbre de transmission
AT,
une modification d'un boîtier de pédalier traditionnel permet de mettre en
oeuvre
la présente invention dans un espace réduit.
Ce boîtier est intégré dans un tube cylindrique TU fixé sur le cadre CA au
point de jonction du tube de selle et du tube oblique.
L'arbre de transmission AT est ici un arbre creux dont les deux
extrémités présentent chacune un épaulement et sont filetées à l'intérieur.
Cet
3o arbre AT est monté dans le tube cylindrique TU au moyen d'un premier RBI et
d'un second RB2 roulement à billes à contact oblique.
Le premier roulement à billes RB1 disposé du côté de la manivelle droite
MD prend appui sur l'épaulement correspondant du tube cylindrique TU et est
maintenu en position par une première bague de serrage BSI dont le filetage
exteme coopère avec le filetage interne du tube TU.
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De même, le second roulement à billes RB2 disposé du côté de la
manivelle gauche MG prend appui sur l'épaulement correspondant du tube
cylindrique TU et est maintenu en position par une deuxième bague de serrage
BS2 dont le filetage externe coopère avec le filetage interne du tube TU.
Le plateau denté PL est rigidement lié à l'arbre de transmission AT du
côté de la manivelle droite MD.
Un premier demi-axe DAI supporte la manivelle droite MD à sa première
extrémité. Sa deuxième extrémité est introduite dans l'arbre de transmission
AT
et le premier organe de couplage DC est enserré entre cet arbre et ce demi-axe
DA1.
De part et d'autre du premier organe de couplage DC sont ménagés des
épaulements sur lesquels viennent en appui un troisième RB3 et un quatrième
RB4 roulements à billes à contact oblique respectivement situés du côté de la
manivelle droite MD et au niveau du centre du tube cylindrique TU.
z5 Le troisième roulement à billes RB3 est maintenu par une troisième
bague de serrage BS3 dont le filetage externe coopère avec un filetage femelle
ménagé dans l'arbre de transmission AT.
Le quatrième roulement à billes RB4 vient en appui sur une rondelle de
centrage CR.
La manïvelle droite MD est emmanchée sur la première extrémité du
premier demi-axe DAI qui se présente comme une section de pyramide à base
carrée. Elle est maintenue par un premier flasque FL1 circulaire lui-même
maintenu sur le demi-axe DAI par un quelconque moyen tel qu'un premier écrou
EC1.
Hormis le plateau denté PL, la bicyclette est symétrique par rapport au
plan médian du cadre CA.
Ainsi, un second demi-axe DA2 supporte la manivelle gauche MG à sa
première extrémité. Sa deuxième extrémité est introduite dans l'arbre de
transmission AT et le deuxième organe de couplage GC est enserré entre cet
3 o arbre et ce demi-axe DA2.
De part et d'autre du deuxième organe de couplage GC sont ménagés
des épaulements sur lesquels viennent en appui un cinquième RB5 et un
sixième RB6 roulements à billes à contact oblique respectivement situés du
côté
de la manivelle gauche MG et au niveau du centre du tube cyfindrique TU.
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Le cinquième roulement à billes R135 est maintenu par une cinquième
bague de serrage BS5 dont le filetage externe coopère avec un filetage femelle
ménagé dans l'arbre de transmission AT.
Le sixième roulement à billes RB6 vient en appui sur la rondelle de
centrage CR.
La manivelle gauche MG est emmanchée sur la première extrémité du
second demi-axe DA2. Elle est maintenue par un second flasque FL2 lui-même
maintenu sur le demi-axe DA2 par un deuxième écrou EC2.
Il est ici aussi possible de revenir à un pédalier traditionnel.
A cet effet, une première cavité axiale VAl débouchant au moins du côté
de la manivelle droite MD est rnénagée dans la troisième bague de serrage BS3.
En se référant de plus aux figures 2b et 2c, une première ouverture OVI
traverse de part en part la manivelle droite MD selon un axe qui est parallèle
à
celui de l'arbre de transmission AT. Cette ouverture OVI coïncide avec la
première cavité axiale VA1 pour une position angulaire prédéterminée, ci-après
position de blocage, de cette manivelle MD.
Dans cette première ouverture OV1 est logée une première goupille GP1
équipée d'un ressort qui tend à la plaquer contre le premier flasque FLI.
Ce premier flasque FLI est pourvu d'une première rampe RAI qui
s'étend de son fond FD à un bossage BS situé sensiblement au niveau de sa
face qui est en regard de la manivelle droite.
Lorsque la première goupille GPI est en appui sur le fond FD de la
rampe RAI, elle affleure au niveau de la face de la manivelle droite MD qui
est
en regard de la troisième bague de serrage BS3 et elle ne peut donc pas
s'engager dans la première cavité axiale VA1.
Par contre, en position de blocage, il est possible de faire pivoter le
premier flasque FLI monté avec du jeu sur le premier demi-axe DAI, pour faire
monter la goupille GPI sur la rampe RAI et venir l'engager dans le bossage BS.
Dans cette position, la première goupille GP1 fait saillie de la manivelle
droite MD
pour s'introduire dans la première cavité axiale VA1. Cette manivelle est
alors
solidaire de l'arbre de transmission AT.
Naturellement, on peut prévoir plusieurs goupilles angulairement
réparties, comme cela apparaît sur la figure 2c.
Des moyens identiques sont prévus au niveau de la manivelle gauche
MG, moyens qui ne sont donc pas décrits.
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En référence aux figures 3a et 3b, un mécanisme de propulsion est
présenté sur une bicyclette utilisable en position dite couché . La
bicyclette
couché a été retenue dans le cas présent car elle permet de mettre
particulièrement en lumière les performances que ce mécanisme permet
d'obtenir.
La bicyclette comporte essentiellement un cadre CAD, sur lequel sont
montées une fourche avant AV et une fourche arrière AR respectivement
prévues pour la fixation d'une roue avant RV et d'une roue arrière RR.
Un premier actionneur, le seul qui apparaisse sur la figure 3a, est
lo constitué par une barre PD assujettie à un quelconque moyen de guidage GD.
Cette barre prendrait dans le cas présent la dénomination de pédale
puisqu'elle
est prévue pour être actionnée par le pied droit d'un cycliste, mais on
pourrait
également parler de manette ou de levier si elle était prévue pour être
actionnée
à la main. Le moyen de guidage GD peut prendre les formes les plus diverses et
is on a retenu ici un système de guidage linéaire. La barre PD est ainsi
montée sur
un chariot qui s'engage dans un moyen de guidage linéaire tel qu'une rainure
ou
un rail de sorte que le seul déplacement qu'elle puisse effectuer soit une
translation coaxiale à l'axe de ce rail. Par guidage linéaire on n'entend pas
nécessairement guidage rectiligne, l'axe du rail pouvant suivre une courbe
2 o quelconque telle qu'un arc de cercle. Ce premier actionneur PD est relié à
un
premier convertisseur au moyen d'un premier organe de liaison CD qui prend ici
la forme d'un câble. Ce câble CD passe sur une poulie de réglage PR que l'on
peut déplacer sur un support SP fixé sur le cadre. La fonction de cette poulie
est
détaillée plus loin.
25 Le premier convertisseur comprend un premier organe d'entraînement
ED, une poulie dans le cas présent, solidaire d'un premier organe de couplage
RLD monté sur l'arbre de transmission AT. La fonction de cet organe de
couplage est de transmettre le mouvement de rotation de la poulie ED à l'arbre
de transmission dans un seul sens, ici celui des aiguilles d'une montre.
3 o Une roue libre est ainsi tout à fait appropriée à cette fonction.
Lorsque la jambe du cycliste est en extension, position tenninale PT de
la pédale PD représentée sur les figures, il est préférable de faire revenir
cette
dernière automatiquement à sa position initiale PI, lorsque la jambe du
cycliste
est repliée. On évite ainsi l'usage des dispositifs du type cale-pied ou
pédale
3 5 automatique.
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Un premier organe de rappel prend ici la forme d'une première poulie de
rappel RD solidaire du premier organe d'entraînement ED. Un câble de
raccordement RC s'enroule sur cette première poulie de rappel RD et y est fixé
à
sa première extrémité. Ce câble RC passe ensuite dans une poulie de tension
5 TP et la fixation de sa deuxième extrémité est explicitée plus loin. La
poulie de
tension TP est reliée à la fourche arrière AR par un ressort ou un sandow SD.
Naturellement, ce sandow SD tend à faire tourner cette poulie de rappel
dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. L'homme du métier peut
envisager de nombreuses variantes à ce moyen de rappel donné ici uniquement
10 à titre d'exemple. On remarque que la poulie de rappel RD peut se limiter à
une
simple couronne juxtaposée à l'organe d'entraînement et de même axe que ce
dernier ou, inversement, que l'organe d'entraînement consiste en une couronne
juxtaposée à la poulie de rappel.
Un organe de transmission est prévu pour transmettre le mouvement de
i5 l'arbre de transmission AT à l'arbre de propulsion AP solidaire du moyen de
la
roue arrière RR. Cet organe comporte ici un pignon avant PV solidaire de
l'arbre
de transmission AT, un pignon arrière solidaire de l'arbre de propulsion AP,
et
une chaîne de transmission RO pour relier ces deux pignons.
En ce qui concerne l'organe d'entrainement, le plateau d'entrainement
2 o ED dans le cas présent, il convient de préciser sa forme.
La première idée qui vient à l'esprit est d'adopter une forme circulaire.
Cette forme connue est appropriée lorsqu'il s'agit d'entraîner une hélice mais
elle
n'est cependant pas optimisée pour la conversion de l'effort musculaire du
cycliste.
25 Il est en effet préférable de prévoir un effort moins important lorsque la
jambe est repliée.
Pour ce faire, on peut prévoir que la distance de l'organe de liaison CD à
l'axe de l'arbre de transmission AT décroisse au fur et à mesure que
l'actionneur
PD se déplace de sa position initiale Pl à sa position terminale PT, cette
distance
30 étant prise du point où l'organe de liaison CD quitte le plateau
d'entraînement
ED.
En référence à la figure 4, une première solution consiste à prendre une
chaîne de liaison comme organe de liaison HD. L'épaisseur de cette chaîne fait
que sa distance à l'arbre de transmission AT croît lorsqu'elle s'enroule sur
le
35 plateau d'entraînement ED. Le moyen d'agir sur le taux de croissance de
cette
distance est toutefois limité puisque le seul paramètre qui joue est
l'épaisseur de
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la chaîne. Le noyau de ce plateau est l'amorce d'une spirale dite
d'Archimède .
De manière générale, une spirale se définit en coordonnées polaires par
son rayon R fonction de l'angle a: R = f(a). Préférentiellement, la fonction f
est
continue ainsi que sa dérivée.
La fonction la plus simple est une fonction constante R = Ra, ce qui
correspond à un cercle de rayon Ro.
La spirale d'Archimède suit une progression régulière avec R = c. a, où
c, sa dérivée, est une constante. La construction mécanique d'une telle
spirale
lo est délicate mais il est possible d'en donner une représentation
approximative au
moyen d'une spirale dite à n centres où n est un nombre entier.
La spirale à n centres est constituée en réalisant une succession d'arcs
de cercles raccordés par une tangente commune à leur jonction.
En référence à la figure 5, une spirale à deux centres est construite en
prenant un premier demi-disque DD1 de centre DCI et de rayon DRI et en lui
superposant selon son diamètre un deuxième demi-disque DD2 de centre DC2
et de rayon DR2 de sorte que ces deux demi-disques présentent une tangente
commune TDD. On distingue plusieurs cas selon la position de l'arbre de
transmission par référence aux centres DCI, DC2 des deux demi-disques DD1,
2 o DD2. Cet arbre qui est perpendiculaire à la spirale est préférentiellement
disposé
sur le diamètre commun des deux demi-disques.
Lorsque l'arbre est disposé entre le centre DC1 du premier demi-disque
DDI et le point de jonction des deux demi-disques figurant sur leur tangente
commune TDD, si la spirale tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, son
rayon à son point le plus haut décroît jusqu'au point de jonction des deux
demi-
disques DD1, DD2 et croît ensuite.
Lorsque l'arbre est disposé au centre DCI du premier demi-disque, le
rayon de la spirale à son point le plus haut décroît jusqu'au point de
jonction des
deux demi-disques et est constant ensuite.
Lorsque l'arbre est disposé entre les centres DC1, DC2 des deux demi-
disques, le rayon de la spirale décroît constamment lorsqu'elle effectue un
tour
complet.
Lorsque l'arbre est disposé au centre DC2 du deuxième demi-disque, le
rayon de la spirale est constant durant un demi-tour et décroît ensuite.
Lorsque l'arbre est disposé entre le centre DC2 du deuxième demi-
disque et le point de décrochement des deux demi-disques, le rayon de la
spirale
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croît jusqu'au point de jonction des deux demi-disques figurant sur leur
tangente
commune TDD et décroît ensuite.
Il faut remarquer que la spirale aura en général son plus grand rayon en
début de course (position jambe repliée) et son plus petit rayon en fin de
course
(position jambe tendue).
Comme exposé ci-dessus, il est possible d'avoir en début de course un
rayon décroissant réguiièrement jusqu'à une valeur constante pour la fin de
course. Dans ce cas le début de course permet la relance et la fin de course
le
maintien de la vitesse.
Il est possible également d'avoir un début de course pour la relance avec
la fin de course de relance moins marquée.
En référence à la figure 6a, l'invention permet de faire varier la position
de la spirale par référence à l'arbre de transmissïon au moyen d'un organe
d'adaptation permettant de modifier l'agencement de l'organe d'entraînement au
sein du convertisseur.
Pour ce faire, on prévoit un plateau de couplage PC solidaire de l'organe
de couplage par le biais d'un alésage central AC. De part et d'autre de cet
alésage AC, sont ménagés un orifice droit OD et un orifice gauche OG. Le
plateau de couplage PC peut se confondre avec le premier organe de rappel (la
première poulie de rappel RD par référence à la figure 3b).
En référence à la figure 6b, le plateau d'entraînement ED se monte sur le
plateau de couplage PC.
A cet effet, le plateau d'entraînement ED est muni de trois évidements
oblongs, un central VC, un droit VD et un gauche VG qui correspondent
respectivement à l'alésage central AC, à('orifice droit OD et à l'orifice
gauche OG
du plateau d'entraînement ED.
Ainsi, l'évidement central VC vient enserrer l'organe de couplage et le
plateau d'entraînement ED est à même de coulisser sur le plateau de couplage
PC. Une fois que la position relative de ces deux plateaux est appropriée, ces
3o derniers sont solidarisés au moyen d'un quelconque dispositif, par exemple
deux
vis papillons qui passent l'une par l'évidement VG et l'orifice OG gauches et
l'autre par l'évidement VD et l'orifice OD droits.
En référence à la figure 7, une spirale à quatre centres est construite en
commençant par réaliser un premier quart de disque QDI (quart en haut et à
droite sur la figure) de centre QCI et de rayon QR1.
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Un deuxième quart de disque QD2 (quart en bas et à droite sur la figure)
de centre QC2 et de rayon QR2 est juxtaposé au premier quart de disque QD1
de sorte que ces deux quarts de disques présentent une tangente commune
TD12. La différence des deux rayons QR2-QR1 est égale à une constante
incrémentale a.
Un troisième quart de disque QD3 de centre QC3 et de rayon QR3 est
juxtaposé au deuxième quart de disque QD2 de sorte que ces deux quarts de
disques présentent une tangente commune TD23. La différence des deux rayons
QR3-QR2 est ici aussi égale à la constante incrémentale a.
Un quatrième quart de disque QD4 de centre QC4 et de rayon QR4 est
juxtaposé au troisième quart de disque QD3 de sorte que ces deux quarts de
disques présentent une tangente commune TD34. La différence des deux rayons
QR4-QR3 est toujours égale à la constante incrémentale a. Naturellement, les
premier QDI et quatrième QD4 quarts de disque sont jointifs.
Idéalement, l'arbre de transmission est centré sur le carré de côté a que
forment les quatre centres QC1, QC2, QC3 et QC4.
On peut augmenter sensiblement l'amplitude entre les rayons extrêmes
de la spirale en adoptant non pas une fonction linéaire mais plutôt une
fonction
logarithmique de l'angle a en fonction du rayon R:
R = c.exp(ka) où c et k sont deux constantes.
Une telle spirale peut également être approchée par une construction
géométrique dite spirale d'or résultant en une juxtaposition de secteurs
circulaires.
En référence à la figure 8, le point de départ est un premier carré ABCD,
M étant le milieu du côté inférieur CD de ce carré.
Un premier secteur circulaire SCI est le quart de cercle de centre D et
de rayon DC délimité par les points C et A. Il faut ensuite construire un arc
de
cercle CC de centre M et de rayon MA qui coupe en un point E le prolongement
du côté inférieur CD du côté du point D.
Le point F est obtenu en formant un premier rectangle FBCE dont deux
côtés adjacents sont BC et CE.
La diagonale BE du premier rectangle FBCE coupe AD en un point G et
le point H est obtenu en formant la projection orthogonale de ce point G sur
le
côté FE.
Un deuxième secteur circulaire SC2 est le quart de cercle de centre G et
de rayon GA délimité par les points A et H.
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La diagonale FD du deuxième rectangle FADE coupe GH en I et le point
J est obtenu en formant la projection orthogonale de ce point 1 sur le côté
DE.
Un troisième secteur circulaire SC3 est le quart de cercle de centre I et
de rayon IH délimité par les points H et J.
s La diagonale EG du troisième rectangle HGDE coupe IJ en K et le point
L est obtenu en fomnant la projection orthogonale de ce point K sur le côté
DG.
Un quatrième secteur circulaire SC4 est le quart de cercle de centre K et
de rayon KL délimité par les points J et L.
La diagonale ID du quatrième rectangle coupe KL en N et le point P est
:.o obtenu en formant la projection orthogonale de ce point N sur le côté GI.
Un cinquième secteur circulaire SC5 est le quart de cercle de centre N et
de rayon NL délirnité par les points L et P.
La spirale CAHJLP est ainsi constituée par la succession des cinq
secteurs circulaires SC1 à SC5. Idéalement, l'arbre de transmission est centré
15 sur le point d'intersection O de la diagonale BE du premier rectangle et de
la
diagonale FD du deuxième rectangle.
On remarque que cette spirale se développe sur près de 450 , soit un
peu plus d'un tour. Si ce développement s'avère insuffisant, il est possible
de
faire plusieurs tours en réalisant un enroulement de spires superposées ou
20 juxtaposées sur un tambour.
On peut construire également une hélice basée sur une spirale : dans la
direction normale Oz au plan Oxy de la spirale, la coordonnée Z selon cet axe
Oz vaut Z = p.a, p étant une constante ; au bout d'un tour, le décalage selon
l'axe Oz de deux points distants de 360 doit être au moins égal à la largeur
de
2 5 l'élément de liaison.
Plusieurs aménagements peuvent être apportés au mécanisme de
propulsion.
Le premier organe d'entraînement ED peut prendre la forme d'un plateau
denté plutôt que d'une poulie. Dans ce cas, le premier organe de liaison est
soit
3 o une chaîne, comme cela a déjà été mentionné, soit une crémaillère en prise
directe sur le plateau. Le premier actionneur est solidaire de la crémaillère.
Par ailleurs, lorsque l'organe d'entraînement n'a pas une forme circulaire,
il peut s'avérer judicieux d'utiliser une partie seulement du débattement
angulaire
total de cet organe. C'est la fonction première de la poulie de réglage PR
35 mentionnée plus haut qui, en fonction de sa position sur ie support SP,
modifie la
longueur de l'organe de liaison CD comprise entre la position initiale PI et
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l'organe d'entraînement ED. Pour une position de référence du premier
actionneur PD dans le moyen de guidage GD, la position initiale PI par
exemple,
on amène le premier actionneur dans la position requise en déplaçant la poulie
de réglage PR.
5 Le mécanisme de propulsion objet de la présente invention est
sensiblement symétrique si ce n'est qu'il comporte un seul pignon avant PV.
Ainsi, en référence à la figure 3b, du côté gauche de la bicyclette, un
deuxième actionneur est, comme le premier, constitué par une barre assujettie
à
un moyen de guidage. Ce deuxième actionneur est relié à un deuxième
10 convertisseur au moyen d'un deuxième organe de liaison CG. Le deuxième
convertisseur comprend un deuxième organe d'entraînement EG, une poulie
dans le cas présent, solidaire d'un deuxième organe de couplage monté sur
l'arbre de transmission AT. Ici encore la fonction de cet organe de couplage
est
de transmettre le mouvement de rotation de la poulie EG à l'arbre de
15 transmission dans un seul sens.
Un deuxième organe de rappel prend ici la forme d'une deuxième poulie
de rappel RG solidaire du deuxième organe d'entraînement EG, poulie de rappel
sur laquelle s'enroule le câble de raccordement RC qui y est fixé à sa
deuxième
extrémité.
Bien que dans la plupart des cas les deux organes d'entraînement ED,
EG soient identiques, il ne s'agit pas là d'un impératif pour la mise en
oeuvre de
l'invention. Au contraire, il est possible d'adapter ces organes à une
certaine
dissymétrie de l'utilisateur de la bicyclette.
Par ailleurs, l'homme du métier comprend bien que l'on peut
éventuellement agencer des convertisseurs additionnels sur l'arbre de
transmission, ceux-ci étant par exemple actionnés avec les mains. Ainsi, en
référence à la figure 3c, on peut prévoir un actionneur du type manette monté,
comme l'une des pédales, sur le bras BR horizontal de la potence. Cet
actionneur est ici le guidon GD qui coulisse sur (e bras BR. On peut également
3 o prévoir deux actionneurs indépendants montés sur ce même bras. Ce type
d'agencement est particulièrement bien adapté aux personnes handicapées qui
ne peuvent se propulser avec leurs jambes.
Naturellement, le mécanisme de propulsion se prête à une transmission
traditionnelle avec changements de vitesse dans laquelle il n'y a pas
seulement
3 5 un pignon avant et un pignon arrière mais où l'on prévoit un ensemble de
deux
ou trois plateaux solidaires à la place du pignon avant et une cassette munie
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d'une pluralité de pignons à la place du pignon arrière. Dans ce cas, il n'est
pas
nécessaire de prévoir une roue libre, dans la cassette. Il s'ensuit qu'il
n'est plus
nécessaire de pédaler pour changer les vitesses au moyen des dérailleurs avant
et arrière, sous réserve que la bicyclette progresse en marche avant.
Un avantage additionnel de l'invention apparaît clairement lorsque les
actionneurs ne sont pas rigidement liés à l'arbre de transmission. Il est
ainsi
possible de réorganiser toute la chaîne cinématique. En effet, sur une
bicyclette
traditionnelle, l'emplacement du pédalier est imposé, ce qui limite la garde
au soi.
Bien qu'il n'y ait pas de réel problème pour une utilisation urbaine, cette
limitation
Zo peut s'avérer très pénalisante pour une utilisation en tout terrain ou en
trial.
En référence à la figure 9, le premier actionneur PD à guidage linéaire
est disposé sur une traverse TT fixé entre la barre supérieure et la base du
cadre
CAD.
L'arbre de transmission AT et tous les éléments qu'il supporte,
notamment le premier organe d'entraînement ED et le pignon avant PV, est fixé
sur la tige de selle TS.
Il convient par ailleurs de reconnaître que le mode d'utilisation du présent
mécanisme de propulsion pourrait quelque peu désorienter le cycliste habitué à
un pédalier traditionnel sur lequel les deux pédales sont en permanence
2 o diamétralement opposées.
Ainsi, en référence à la figure 10, on prévoit un organe de coordination
pour assurer un déplacement des actionneurs en sens inverse. Un premier
actionneur rotatif du type pédale est monté sur une première manivelle M1
libre
de tourner autour d'un axe support AS. De même, un deuxième actionneur rotatif
est monté sur une deuxième manivelle M2 elle aussi libre de tourner autour de
l'axe support AS.
Une première couronne CI solidaire de la première manivelle Ml et face
à la seconde manivelle M2 est munie sur son flanc gauche d'un engrenage 45
El. En parallèle, une deuxième couronne C2 solidaire de la deuxième manivelle
M2 et face à la première couronne Ml est munie sur son flanc droit d'un
engrenage à 45 E2.
Un troisième engrenage E3 est monté fou sur un axe transverse AZ qui
est perpendiculaire à l'axe support AS. Il est en prise avec les premier El et
deuxième E2 engrenages. On prévoit de plus un palier PX pour maintenir tant
3 5 l'axe support AS que l'axe transverse AZ.
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Le mécanisme de propulsion présenté jusqu'ici ne se limite pas à un
usage terrestre et on présente maintenant son adaptation à un bateau.
En référence aux figures 11 a et 11 b, le mécanisme est fixé sur un safran
SF muni d'une barre BR et de deux aiguillots JI, J2 destinés à sa fixation sur
le
tableau arrière du bateau.
Les premier et deuxième actionneurs (non représentés) sont reliés à un
premier et un deuxième organes de liaison (pas représentés non plus) du type
filaire qui sont respectivement raccordés à un premier A1 et un second A2
anneaux.
L'arbre de transmission AT sur lequel est montée l'hélice de propulsion
HL est fixé à la base du safran SF par un premier P1 et un deuxième P2
paliers.
Un premier TI et un second T2 tambours sont montés côte à côte par
l'intermédiaire d'une première et d'une seconde roue libre sur cet arbre de
transmission AT.
Une poulie supérieure PH est suspendue par l'intermédiaire d'un premier
ressort RI sur le safran SF. Une poulie inférieure PB est elle aussi fixée sur
le
safran en dessous de la précédente par l'intermédiaire d'un deuxième ressort
R2.
Un câble d'entraînement CE en boucle s'enroule autour de la poulie
supérieure PH. En partant de cette poulie, il s'enroule dans le sens direct
sur le
premier tambour TI, passe autour de la poulie inférieure PB et s'enroule
autour
du deuxième tambour T2 dans le sens inverse avant de revenir à la partie
supérieure PH.
Un premier collier BI est fixé sur le câble d'entraînement CE entre la
poulie supérieure PH et le premier tambour TI. De même, un deuxième collier
B2 est fixé sur ce même câble CE entre la poulie supérieure et PH et le
deuxième tambour T2.
Un premier câble de renvoi K1 voit sa première extrémité fixée au
premier collier BI, passe sur une première poulie de renvoi V1, et est
finalement
fixé au premier anneau A1. De même, un deuxième câble de renvoi K2 voit sa
première extrémité fixée au deuxième collier B2, passe sur une deuxième poulie
de renvoi V2 et est finalement fixée au deuxième anneau A2.
Le lecteur comprend bien qu'il suffit de raccorder aux anneaux A1, A2
des actionneurs quelconques, par exemple l'un ou l'autre de ceux présentés
plus
haut en liaison avec une bicyclette.
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Cet agencement particulier présente l'avantage de pouvoir enlever le
safran SF du bateau et de laisser en place dans celui-ci l'ensemble des
actionneurs.
Des filoirs Q1, Q2 guident les câbles de renvoi KI, K2 et empêchent les
anneaux A1, A2 de pénétrer dans le mécanisme. Le système à deux poulies PH,
PB garantit que le câble d'entraînement CE est tendu en permanence: On évite
ainsi qu'il sorte des tambours T1, T2 et qu'il vienne s'enrouler autour de
l'arbre
de transmission AT. On prévoit de plus une chape sur chacune des poulies de
renvoi VI, V2 pour éviter que les câbles de renvoi KI, K2 ne sortent des
gorges
lo de ces poulies.
L'homme du métier transpose aisément l'adaptation du mécanisme ci-
dessus à la propulsion d'un aéronef, moyennant toujours quelques
aménagements mineurs.
Le point important est de définir le diamètre des tambours T1, T2 en
fonction de la course des câbles de renvoi K1, K2 et de la fréquence de
sollicitation des actionneurs pour obtenir la vitesse de rotation requise de
l'arbre
de transmission.
L'invention permet par ailleurs, quel que soit le véhicule sur lequel elle
est mise en oeuvre, de modifier le rapport de conversion entre les vitesses de
2o rotation des arbres de transmission et de propulsion tant en signe qu'en
valeur
absolue.
A cet effet, en considérant la figure 12, une variante du premier mode de
réalisation décrit en référence à la figure 1 incorpore un module de
conversion.
On reconnaît donc le plateau denté PL solidaire de l'arbre de
transmission AT ainsi que la manivelle droite MD monté sur cet arbre par
l'entremise de la première roue libre DC.
II convient toutefois de noter que les pédales sont ainsi agencées
qu'elles figurent constamment entre les arbres de transmission et de
propulsion.
On évite ainsi qu'elles risquent d'entraver le pivotement de la roue avant
lors
3 o d'un changement de direction. Il s'ensuit que l'arbre de transmission AT
toume
dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, soit dans le sens contraire
du
sens de rotation requis pour l'arbre de propulsion.
Le module de conversion est monté libre sur un axe auxiliaire AA qui est
fixé sur le cadre de la bicyclette.
Ce module comprend une première UD1 et une deuxième UD2 roues
dentées solidaires et coaxiales.
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La première roue dentée UD1 s'engrène sur le plateau denté PL, si bien
qu'elle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre tout comme la seconde
roue dentée UD2. Cette dernière UD2 supporte la chaîne prévue pour entraîner
l'arbre de propulsion.
Ainsi, le module de conversion inverse le sens de rotation de l'arbre de
transmission et modifie le rapport de conversion en proportion des diamètres
ou
du nombre de dents des deux roues dentées UDI, UD2.
Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été
choisis eu égard à leur caractère concret. II ne serait cependant pas possible
de
lo répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que
recouvre
cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un
moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
