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WO2025083177A1 - Systeme d'entrainement d'une roue arriere d'une bicyclette a assistance electrique - Google Patents

Systeme d'entrainement d'une roue arriere d'une bicyclette a assistance electrique Download PDF

Info

Publication number
WO2025083177A1
WO2025083177A1 PCT/EP2024/079426 EP2024079426W WO2025083177A1 WO 2025083177 A1 WO2025083177 A1 WO 2025083177A1 EP 2024079426 W EP2024079426 W EP 2024079426W WO 2025083177 A1 WO2025083177 A1 WO 2025083177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
crankset
rear arm
rear wheel
drive system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/079426
Other languages
English (en)
Inventor
Rudy Megevand
Adrien Pierre Roger SMOLINSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cycle Me
Original Assignee
Cycle Me
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cycle Me filed Critical Cycle Me
Publication of WO2025083177A1 publication Critical patent/WO2025083177A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00—Axle suspensions
    • B62K25/04—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
    • B62K25/28—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with pivoted chain-stay

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a rear wheel of an electrically assisted bicycle.
  • a motor unit is mounted in a box which is assembled on the bicycle frame and the motor is connected to the rear wheel in order to allow it to rotate.
  • the goal is to reduce the weight and bulk of electrically assisted bicycles.
  • structural parts must be resistant to mechanical stress and have good rigidity.
  • Another problem is the evacuation of heat generated by the engine when using the bicycle.
  • One aim of the invention is to design an electrically assisted bicycle in which the integration of the motor is carried out more simply, making it possible to reduce the weight of the bicycle and the number of parts making up the bicycle.
  • the invention proposes a system for driving a rear wheel of an electrically assisted bicycle comprising:
  • a rear arm configured to be mounted on a front triangle of the frame, said rear arm being adapted to support said rear wheel
  • an electric motor adapted to be coupled to the crankset to drive said crankset in rotation
  • said motor comprising a stator, a rotor movable in rotation relative to the stator, and a transmission device arranged to transform a rotary movement of the rotor into a rotary movement of the crankset, the crankset being adapted to cause a rotation of the rear wheel by means of a drive means, in which the rear arm comprises a first housing in which the rotor and the stator are arranged and a second housing in which the transmission device is arranged, said second housing containing a lubricant and being sealed against the lubricant with respect to the first housing.
  • This design makes it possible to do away with the need for a motor housing, thereby reducing the weight and bulk of the bicycle at the motor level. This also allows for a more compact frame design and greater design freedom compared to existing solutions, while maintaining stability.
  • Such an engine arrangement also allows the heat generated by the engine to be dissipated more efficiently.
  • the motor further comprises an output shaft driven in rotation by the transmission device and integral in rotation with the pedal assembly, said output shaft being at least partially arranged in the second housing.
  • the transmission device further comprises a gearbox or a continuously variable transmission system arranged in the second housing, said gearbox or said continuously variable transmission system making it possible to selectively modify the ratio between the rotational speed of the rotor and the rotational speed of the crankset.
  • the rear arm can be made by casting.
  • the first housing and the second housing are made in one piece in the rear arm.
  • the drive system further comprises a reinforcing structure integrated into a wall of the rear arm.
  • the reinforcing structure may comprise a plurality of reinforcing ribs.
  • the second housing comprises a pair of holes adapted for the passage of the drive means connecting the crankset to the rear wheel.
  • the first housing comprises one or more heat evacuation orifices.
  • the first housing comprises an opening and a removable maintenance cover arranged to close said opening.
  • the invention also relates to an electric bicycle comprising
  • the drive means is a belt, a chain or a cardan shaft.
  • the motor is arranged in the axis of a pedal assembly.
  • the front triangle includes a hollow oblique tube receiving a battery electrically connected to the motor.
  • the frame is further provided with a front suspension and a rear suspension, the rear arm being pivotally mounted in a single-pivot manner on a front portion of the front triangle and the rear suspension being arranged between the rear arm and a rear portion of the front triangle.
  • the bicycle may include at least one rear wheel support mounted on the rear arm, said support being adjustable between a mounting position of the drive means and a tension position of said drive means, located to the rear of the front arm relative to the mounting position.
  • the rear arm comprises a guide means, such as an oblong hole, and each rear wheel support is mounted on the rear arm by means of a screw engaging in said guide means.
  • the bicycle may not have a mechanical tensioning system for the drive means.
  • FIG. 1 is a right-hand view of a bicycle comprising a drive system according to the invention.
  • FIG. 1 is an exploded view of the drive system
  • FIG. 3 is another exploded view of the drive system of Figure 1;
  • FIG. 4 is a top view of a drive system according to the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the drive system of Figure 3;
  • FIG. 6 is another perspective view of the drive system of Figure 3.
  • FIG. 1 is an overview of an electrically assisted bicycle 100 comprising a drive system according to the invention.
  • the bicycle comprises a frame comprising a front triangle 2 and a rear arm 3.
  • the rear arm 3 is mounted on the front triangle 2 of the frame, typically at the level of the bottom bracket 8. A rear end of the rear arm 3 carries the rear wheel 7.
  • the bicycle 100 comprises an electric motor arranged in the rear arm near the crankset 8.
  • the motor is arranged in the axis 88 of the crankset 8.
  • the electric motor is coupled to the crankset 8, which is in turn coupled to the rear wheel 7 and intended to drive the rear wheel 7 in rotation.
  • the motor comprises a stator 45 and a rotor 46 rotating relative to the stator.
  • the stator 45 comprises a plurality of coil elements arranged in a ring around the axis of rotation of the rotor 46.
  • An alternating magnetic field is generated by the coils of the stator 45.
  • the rotor 46 comprises one or more permanent magnets which interact with the alternating magnetic field of the stator 45 so that the rotor 46 is rotated.
  • the rotor 46 typically has a rotational speed of between 8000 and 18000 rpm.
  • the motor also comprises a transmission device for transforming the rotary movement of the rotor 46 into a rotary movement of the crankset 8.
  • the transmission device comprises a gearbox 55 comprising a reduction system 51, a plurality of pinions of different sizes meshing with each other, and an output shaft 81 integral in rotation with the crankset 8.
  • the gearbox 55 may further have bearings to facilitate the rotation of the respective pinions. Some bearings may be threaded onto the output shaft 81.
  • the gearbox 55 allows the user to modify the torque between the rotor 46 and the crankset 8 of the bicycle and thus to select the ratio between the rotation speed of the rotor 46 and the rotation speed of the crankset 8.
  • the rotor 46 causes the movement of the crankset 8 via a reduction system 51 and the gearbox 55.
  • the transmission device comprises a continuously variable transmission (CVT) system.
  • CVT continuously variable transmission
  • Such a CVT system comprises belts for continuously adjusting the speed ratio between the engine and the wheels.
  • the transmission device may be without a gearbox and a continuously variable transmission device.
  • the transmission device only allows the rotary movement of the rotor 46 to be transformed into a rotary movement of the crankset 8 without the possibility of modifying the torque between the rotor 46 and the crankset 8.
  • the transmission device is simpler than in Figures 2 and 3.
  • the transmission device includes a reduction system 51 with an output shaft 81 rotationally fixed to the crankset 8.
  • Such a transmission device may also include pinions, which are typically fewer in number than the pinions of the gearbox. In this case, the ratio between the rotational speed of the rotor 46 and the rotational speed of the crankset is predefined and cannot be modified by the user.
  • the transmission device converts the movement of the rotor 46 into a rotary movement of the output shaft and, consequently, into a rotary movement of the crankset 8.
  • the rotary movement of the output shaft 81 and the crankset 8 has a lower speed and a higher torque than the rotary movement of the rotor 46.
  • the rotational speed of the crankset 8 is between 40 and 150 rpm when using the electric bicycle and can, if necessary, be modified via the gearbox 55 or the continuously variable transmission system.
  • the rotor 46 is coupled to the gearbox 55 or to the transmission device, for example via a primary shaft 43.
  • the crankset 8 is configured to actuate a drive means 70 such as a chain, a belt or a universal joint.
  • the drive means 70 circulates on an element 77 coaxial with the rear wheel 7 and thus drives the rear wheel in rotation.
  • the element 77 coaxial with the rear wheel may be a pinion, a gearbox, a continuously variable transmission system, a crown adapted to be driven by a belt or a universal joint attachment.
  • the drive means 70 can be engaged on a toothed wheel, a crown adapted for the circulation of a belt, or a cardan attachment.
  • the rear arm 3 of the bicycle comprises a first housing 40 and a second housing 50 intended to house the elements of the motor.
  • the first housing 40 has a volume smaller than the volume of the second housing 50.
  • the first housing 40 can be arranged in the front part of the rear arm 3.
  • the first housing 40 is offset to one side of the rear arm, for example the right side as illustrated in Figure 4 and Figure 5.
  • the first housing can be offset to the left side of the rear arm or be arranged in a central position.
  • the first housing preferably has an essentially cylindrical geometry, the axis of the cylinder being transverse to the direction of movement of the bicycle and parallel to the axis 88 of the crankset 8 and the axis 77 of the rear wheel 7.
  • the second housing 50 is advantageously positioned between the first housing 40 and the axle 88 of the crankset 8.
  • the first housing 40 and the second housing 50 are typically adjacent and separated by a wall 49.
  • the rotor 46 and the stator 45 are arranged in the first housing 40.
  • the cylindrical shape of the housing 40 makes it possible to house these elements with minimal bulk.
  • the axis of rotation of the rotor and the orientation of the primary shaft 43 correspond to the axis of the first housing and are parallel to the axis 88 of the crankset 8.
  • Possible electrical connectors and cables intended to provide an electrical power supply to the stator and an electronic circuit to control the motor can also be arranged in the first housing 40.
  • the first housing does not contain any lubricant in order to avoid possible short circuits caused by the conduction of an electric current in the lubricant, and to ensure the correct electrical operation of the rotor 46 and the stator 45.
  • the gearbox 55 or the continuously variable transmission system, the reduction system 51 and at least a portion of the output shaft 81 are arranged in the second housing 50.
  • a portion of the output shaft 81 is connected to the crankset 8 and can protrude from the second housing 50.
  • the second housing also contains a lubricant intended to lubricate the gearbox, the reduction system, any bearings, the output shaft and the drive means.
  • the lubricant is an oil. The lubricant ensures proper operation and prevents the mechanical part of the engine from jamming.
  • the second housing is lubricant-tight relative to the first housing.
  • a lubricant-tight wall is arranged between the first housing and the second housing.
  • Seals may be arranged between the first housing and the second housing to ensure a good lubricant seal.
  • the lubricant seal protects the rotor 46, the stator 45 and all electrical components from contamination by the lubricant, and thus prevents possible short circuits.
  • the primary shaft passes through an orifice in the wall between the first housing 40 and the second housing 50 to connect the rotor 46 to the transmission device 55.
  • the passage of the primary shaft is carried out in a lubricant-tight manner.
  • the primary shaft is mounted in a bearing arranged in the wall between the first housing and the second housing, said bearing being lubricant-tight, for example comprising a lubricant-tight seal on at least one side of the wall.
  • the first housing 40 and the second housing 50 thus form a housing containing the entire motor.
  • the motor parts can be mounted in the housings without the need for a dedicated housing.
  • the electrical elements of the motor namely the stator 46, the rotor 45, the electrical cables and connectors necessary to power the motor in electricity, and in some cases an electronic circuit, are arranged in the first housing 40.
  • the mechanical elements of the engine requiring lubrication are arranged in the second housing 50.
  • the arrangement of the second housing 50 between the first housing 40 and the crankset 8 allows easy transmission of the rotary movement of the rotor 46 to the crankset 8.
  • the second housing 50 typically comprises two orifices forming an inlet and an outlet of the drive means 70. Said orifices allow the passage of the drive means 70 between the crankset and the element at the level of the axle 77 of the rear wheel 7.
  • a maintenance opening, 58 may be provided in the first housing 40 and/or the second housing 50.
  • each opening, 58 is arranged on an easily accessible lateral face of the rear arm.
  • a maintenance opening in the first housing (not shown) allows access to the stator 45, the rotor 46, cables and any electrical connectors and/or electronic circuits connected to the stator.
  • the maintenance opening 58 in the second housing allows access to the transmission device 55, the output shaft 81 and, where appropriate, the gearbox or the continuously variable transmission system. Such openings allow maintenance, lubrication or repair operations to be easily carried out on the motor.
  • each maintenance opening is closed by a respective cover, 57 which is removable during use of the bicycle in order to prevent dirt and dust from entering the motor of the bicycle.
  • a lubricant seal is typically provided between the edge of the maintenance opening of the first housing and the cover of the first housing 40 to prevent any lubricant from entering the first housing 40.
  • a lubricant seal 59 may further be provided between the edge of the maintenance opening 58 of the second housing and the cover 57 of the second housing 50 to prevent loss of lubricant from the second housing.
  • the rear arm may comprise a reinforcing structure, for example a plurality of ribs 60 on one or two side faces 36.
  • a reinforcing structure for example a plurality of ribs 60 on one or two side faces 36.
  • Such ribs stabilize the rear arm 3 against impacts and thus allow a thinner and lighter design of the wall.
  • the geometry of the ribs can be adapted to the direction of impacts typically occurring at the rear arm during use of the bicycle.
  • the geometry of the ribs also allows the aesthetic design of the bicycle to be adapted according to the wishes of the manufacturer.
  • the reinforcing structure is integrated into the side face 36 of the rear arm 3.
  • Each side face 36 can be covered with a cover 31a, 31b in order to prevent the deposition of dirt on the reinforcing structure 60.
  • the rear arm may consist of two half-arms 3a, 3b assembled on either side of the rear wheel.
  • the first housing 40 may be entirely arranged in a first half-arm 3a or partially in the first half-arm 3a and partially in the second half-arm 3b.
  • a lubricant-tight seal is arranged between the portion 40a of the first housing arranged in the first half-arm 3a and the portion 40b of the first housing arranged in the second half-arm 3b.
  • Such a seal makes it possible to ensure the lubricant seal between the first housing and the second housing.
  • the second housing 50 may be arranged partially in the first half-arm 3a and partially in the second half-arm 3b, or entirely in a single half-arm 3a, 3b.
  • the motor elements are assembled in each housing before assembling the half-arms 3a, 3b.
  • the two half-arms 3a, 3b are then assembled. Since the housings 40, 50 are formed in the two half-arms, the assembly of the half-arms 3a and 3b makes it possible to close each housing.
  • the half-arms 3a, 3b are assembled, for example, by screws 38.
  • each housing includes an opening suitable for inserting the engine components during assembly and a cover for closing such an opening.
  • the housings may also be formed as a single piece in the rear arm. This reduces the number of parts of the rear arm.
  • the rear arm is formed by molding, in particular by injection or by casting.
  • This manufacturing process makes it possible to form housings precisely sized to receive the various elements of the engine.
  • Manufacturing by molding also makes it possible to form reinforcement structures such as ribs 60 in the wall of a housing, and/or holes adapted for the passage of the drive means and/or holes intended for heat evacuation. The formation of such structures is thus carried out in the same process, facilitating the manufacture of the rear arm of the bicycle.
  • the front triangle 2 of the bicycle frame is hollow, which makes it possible to house a battery there for the electrical power supply of the motor, for example in the oblique tube 20 or the tube 21 intended to carry a saddle, and to pass the brake cables and the cables connecting the battery to the electrical elements of the motor arranged in the first housing 40.
  • the front triangle 2 is also produced by molding.
  • the bicycle may further comprise a front suspension and/or a rear suspension.
  • the front triangle 2 is pivotally mounted on the rear arm 3 around a horizontal axis 33. Said pivot axis is located in the lower part of the front triangle, typically at the junction between the tube carrying the saddle 21 and the base 22 of the front triangle. This type of articulation is called “single-pivot”.
  • the rear arm also supports, in its rear part, a support 300 for the rear wheel.
  • Said support 300 is in the form of a tab adapted to receive the hub of the rear wheel, and comprises one or more tapped holes to receive a respective fixing screw 302.
  • each fixing screw 302 passes through a respective oblong hole 301 of the rear arm.
  • the screw is not tightened, it is then possible to slide the support 300 along the oblong hole, between a front position allowing the mounting of a drive means (chain or belt) between the crankset and the rear wheel, and a rear position allowing the mechanical tension in the drive means to be adjusted.
  • the screws 302 can be tightened in order to maintain the support 300 in the position of use of the bicycle. It is thus possible to dispense with a tensioner or any other additional system allowing the mechanical tension in the drive means to be adjusted.
  • This design of the bicycle therefore makes it possible in particular to use a belt which is a more reliable, silent and maintenance-free means of drive, without requiring the addition of a tensioner in the form of a spring-mounted tensioner or eccentric or any other system of this type.

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Abstract

La présente invention concerne un système d'entraînement d'une roue arrière (7) d'une bicyclette à assistance électrique comprenant : • un bras arrière (3) adapté pour supporter ladite roue arrière (7), et • un moteur électrique adapté pour être couplé au pédalier (8) pour entraîner ledit pédalier en rotation, ledit moteur comprenant un stator (45), un rotor (46), et un dispositif de transmission agencé pour transformer un mouvement rotatif du rotor (46) en un mouvement rotatif du pédalier, le pédalier étant adapté pour provoquer une rotation de la roue arrière (7) par l'intermédiaire d'un moyen d'entrainement (70), dans lequel le bras arrière (3) comprend un premier logement (40) dans lequel sont agencés le rotor (46) et le stator (45) et un second logement (50) dans lequel est agencé le dispositif de transmission, ledit second logement (50) contenant un lubrifiant et étant étanche au lubrifiant vis-à-vis du premier logement (40).

Description

SYSTEME D’ENTRAINEMENT D’UNE ROUE ARRIERE D’UNE BICYCLETTE A ASSISTANCE ELECTRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne un système d'entraînement d'une roue arrière d'une bicyclette à assistance électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le marché des bicyclettes à assistance électrique se développe largement en permettant à leurs utilisateurs de se déplacer sur des distances plus longues et/ou sur des trajets présentant une pente importante.
Sur les bicyclettes existantes, un bloc moteur est monté dans un boitier qui est assemblé sur le cadre de la bicyclette et le moteur est connecté à la roue arrière afin de permettre de l’entraîner en rotation.
D’une manière générale, on cherche à diminuer le poids et l’encombrement des bicyclettes à assistance électrique. En même temps, les pièces structurelles doivent être résistantes aux contraintes mécaniques et présenter une bonne rigidité.
Par ailleurs, une autre problématique est l'évacuation de la chaleur générée par le moteur lors de l'utilisation de la bicyclette.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de concevoir une bicyclette à assistance électrique dans laquelle l’intégration du moteur est réalisée de manière plus simple, permettant de réduire le poids de la bicyclette et le nombre de pièces constituant la bicyclette.
A cet effet, l’invention propose un système d'entraînement d'une roue arrière d’une bicyclette à assistance électrique comprenant :
• un bras arrière configuré pour être monté sur un triangle avant du cadre, ledit bras arrière étant adapté pour supporter ladite roue arrière, et
• un moteur électrique adapté pour être couplé au pédalier pour entraîner ledit pédalier en rotation, ledit moteur comprenant un stator, un rotor mobile en rotation par rapport au stator, et un dispositif de transmission agencé pour transformer un mouvement rotatif du rotor en un mouvement rotatif du pédalier, le pédalier étant adapté pour provoquer une rotation de la roue arrière par l’intermédiaire d’un moyen d’entrainement, dans lequel le bras arrière comprend un premier logement dans lequel sont agencés le rotor et le stator et un second logement dans lequel est agencé le dispositif de transmission, ledit second logement contenant un lubrifiant et étant étanche au lubrifiant vis-à-vis du premier logement. Grâce à cette conception, il est possible de s’affranchir d’un boitier du moteur et ainsi diminuer le poids et l’encombrement de la bicyclette au niveau du moteur. Cela permet en outre de conférer au cadre une forme de construction plus compacte et de permettre plus de liberté de design par rapport aux solutions existantes, tout en conservant sa stabilité.
Un tel agencement du moteur permet en outre d’évacuer la chaleur générée par le moteur de manière plus efficace.
De préférence, le moteur comprend en outre un arbre de sortie entrainé en rotation par le dispositif de transmission et solidaire en rotation avec le pédalier, ledit arbre de sortie étant au moins partiellement agencé dans le second logement.
De manière avantageuse, le dispositif de transmission comprend en outre une boîte de vitesses ou un système de transmission à variation continue agencé dans le second logement, ladite boîte de vitesses ou ledit système de transmission à variation continue permettant de modifier sélectivement le rapport entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de rotation du pédalier.
Le bras arrière peut être réalisé par moulage.
Avantageusement, le premier logement et le second logement sont réalisés d’un seul tenant dans le bras arrière.
De préférence, le système d'entraînement comporte en outre une structure de renfort intégrée dans une paroi du bras arrière. La structure de renfort peut comprendre une pluralité de nervures de renforcement.
De manière avantageuse, le second logement comprend une paire d’orifices adaptés pour le passage du moyen d’entraînement reliant le pédalier à la roue arrière.
Avantageusement, le premier logement comprend un ou plusieurs orifices d’évacuation de chaleur.
De préférence, le premier logement comprend une ouverture et un capot de maintenance amovible agencé pour obturer ladite ouverture.
L’invention de concerne également une bicyclette électrique comprenant
• un cadre comprenant un triangle avant articulé sur une fourche portant une roue avant,
• un système d'entraînement tel que décrit ci-dessus, le bras arrière étant monté sur le triangle avant,
• une roue arrière portée par le bras arrière, et
• un moyen d’entraînement liant le pédalier avec la roue arrière de sorte qu’une rotation du pédalier entraine une rotation de la roue arrière.
De préférence, le moyen d’entraînement est une courroie, une chaîne ou un cardan. Avantageusement, le moteur est agencé dans l’axe d’un pédalier.
De manière avantageuse, le triangle avant comprend un tube oblique creux recevant une batterie connectée électriquement au moteur.
Dans certains modes de réalisation, le cadre est en outre pourvu d’une suspension avant et d’une suspension arrière, le bras arrière étant monté en pivotement de type monopivot sur une partie antérieure du triangle avant et la suspension arrière étant agencée entre le bras arrière et une partie postérieure du triangle avant.
La bicyclette peut comprendre au moins un support de roue arrière monté sur le bras arrière, ledit support étant ajustable entre une position de montage du moyen d’entrainement et une position de tension dudit moyen d’entrainement, située à l’arrière du bras avant par rapport à la position de montage.
De préférence, le bras arrière comprend un moyen de guidage, tel qu’un trou oblong, et chaque support de la roue arrière est monté sur le bras arrière par l’intermédiaire d’une vis s’engageant dans ledit moyen de guidage.
La bicyclette peut être dépourvue de système de mise en tension mécanique du moyen d’entrainement.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de droite d’une bicyclette comprenant un système d’entrainement selon l’invention.
- la figure 2 est une vue éclatée du système d’entrainement ;
- la figure 3 est une autre vue éclatée du système d’entrainement de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue de dessus d’un système d’entrainement selon l’invention ;
- la figure 5 est une vue en perspective du système d’entrainement de la figure 3 ;
- la figure 6 est une autre vue en perspective du système d’entrainement de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
Dans le présent texte, les termes « avant » et « arrière », « antérieur » et « postérieur » s’entendent dans le sens de roulage de la bicyclette. Les termes « droite », « gauche », « horizontal », « supérieur », « inférieur » s’entendent dans la position de la bicyclette en situation de roulage sur un sol horizontal. La figure 1 est une vue d’ensemble d’une bicyclette 100 à assistance électrique comprenant un système d’entrainement selon l’invention. La bicyclette comprend un cadre comprenant un triangle avant 2 et un bras arrière 3.
Le bras arrière 3 est monté sur le triangle avant 2 du cadre, typiquement au niveau du pédalier 8. Une extrémité arrière du bras arrière 3 porte la roue arrière 7.
La bicyclette 100 comprend un moteur électrique agencé dans le bras arrière à proximité du pédalier 8. De préférence, le moteur est agencé dans l’axe 88 du pédalier 8. Le moteur électrique est couplé au pédalier 8, qui est à son tour couplé à la roue arrière 7 et destiné à entrainer la roue arrière 7 en rotation.
Le moteur comprend un stator 45 et un rotor 46 en rotation par rapport au stator.
De manière illustrative et non limitative, le stator 45 comporte une pluralité d'éléments de bobine disposés en anneau autour de l'axe de rotation du rotor 46. Un champ magnétique alternatif est généré par les bobines du stator 45. Le rotor 46 comprend un ou plusieurs aimants permanents qui interagissent avec le champ magnétique alternatif du stator 45 de sorte que le rotor 46 est entraîné en rotation. En fonctionnement, le rotor 46 présente typiquement une vitesse de rotation comprise entre 8000 et 18000 rpm.
Le moteur comprend également un dispositif de transmission permettant de transformer le mouvement rotatif du rotor 46 en un mouvement rotatif du pédalier 8. Sur les figures 2 et 3, le dispositif de transmission comprend une boîte de vitesses 55 comprenant un système de réduction 51 , une pluralité de pignons de différentes tailles s’engrenant les uns dans les autres, et un arbre de sortie 81 solidaire en rotation avec le pédalier 8.
La boîte de vitesses 55 peut en outre présenter des paliers pour faciliter la rotation des pignons respectifs. Certains paliers peuvent être enfilés sur l’arbre de sortie 81.
La boîte de vitesses 55 permet à l’utilisateur modifier le couple entre le rotor 46 et le pédalier 8 de la bicyclette et ainsi de sélectionner le rapport entre la vitesse de rotation du rotor 46 et la vitesse de rotation du pédalier 8. Le rotor 46 provoque le mouvement du pédalier 8 par l’intermédiaire d’un système de réduction 51 et de la boîte de vitesses 55.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), le dispositif de transmission comprend un système de transmission à variation continue (CVT, acronyme du terme anglo-saxon « Continuously Variable Transmission »). Un tel système CVT comprend des courroies pour ajuster en continu le rapport de vitesse entre le moteur et les roues.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), le dispositif de transmission peut être dépourvu d’une boîte de vitesses et d’un dispositif de transmission à variation continue. Dans ce cas, le dispositif de transmission permet uniquement de transformer le mouvement rotatif du rotor 46 en un mouvement rotatif du pédalier 8 sans possibilité de modifier le couple entre le rotor 46 et le pédalier 8. Quand le système d’entrainement ne comprend ni une boîte de vitesses ni un système de transmission à variation continue, le dispositif de transmission est plus simple que dans les figures 2 et 3. Le dispositif de transmission comprend un système de réduction 51 avec un arbre de sortie 81 solidaire en rotation avec le pédalier 8. Un tel dispositif de transmission peut également comprendre des pignons, qui sont typiquement moins nombreux que les pignons de la boîte de vitesses. Dans ce cas, le rapport entre la vitesse de rotation du rotor 46 et la vitesse de rotation du pédalier est prédéfini et ne peut pas être modifié par l’utilisateur.
Le dispositif de transmission convertit le mouvement du rotor 46 en un mouvement rotatif de l’arbre de sortie et, par conséquent, en un mouvement rotatif du pédalier 8. Le mouvement rotatif de l’arbre de sortie 81 et du pédalier 8 présente une vitesse plus faible et un couple plus élevé que le mouvement rotatif du rotor 46. Typiquement, la vitesse de rotation du pédalier 8 est comprise entre 40 et 150 rpm lors de l’utilisation de la bicyclette électrique et peut, le cas échéant, être modifiée par l’intermédiaire de la boîte de vitesses 55 ou du système de transmission à variation continue.
Le rotor 46 est couplé à la boîte de vitesses 55 ou au dispositif de transmission, par exemple via un arbre primaire 43.
Le pédalier 8 est configuré pour actionner un moyen d’entrainement 70 tel qu’une chaine, une courroie ou un cardan. Le moyen d’entrainement 70 circule sur un élément 77 coaxial avec la roue arrière 7 et entraine ainsi la roue arrière en rotation. L’élément 77 coaxial avec la roue arrière peut être un pignon, une boîte de vitesses, un système de transmission à variation continue, une couronne adaptée pour être entrainé par une courroie ou une fixation d’un cardan.
Au niveau du pédalier 8, le moyen d’entrainement 70 peut être engagé sur une roue dentée, une couronne adaptée pour la circulation d’une courroie, ou une fixation de cardan.
En référence aux figures 2 à 4, le bras arrière 3 de la bicyclette comprend un premier logement 40 et un second logement 50 destinés à loger les éléments du moteur. De manière illustrative et non limitative, le premier logement 40 présente un volume inférieur au volume du second logement 50. Le premier logement 40 peut être disposé dans la partie avant du bras arrière 3. Dans certains modes de réalisation, le premier logement 40 est déporté sur un côté du bras arrière, par exemple le côté droit comme illustré dans la figure 4 et la figure 5. Dans d’autres modes de réalisation, le premier logement peut être déporté sur le côté gauche du bras arrière ou être ménagé dans une position centrale. Le premier logement présente de préférence une géométrie essentiellement cylindrique, l’axe du cylindre étant transversal par rapport au sens du déplacement de la bicyclette et parallèle à l’axe 88 du pédalier 8 et l’axe 77 de la roue arrière 7. Le second logement 50 est avantageusement positionné entre le premier logement 40 et l’axe 88 du pédalier 8. Le premier logement 40 et le second logement 50 sont typiquement adjacents et séparés par une paroi 49.
Le rotor 46 et le stator 45 sont agencés dans le premier logement 40. La forme cylindrique du logement 40 permet de loger ces éléments avec un encombrement minimal. L’axe de rotation du rotor et l’orientation de l’arbre primaire 43 correspondent à l’axe du premier logement et sont parallèles à l’axe 88 du pédalier 8.
Des éventuels connecteurs électriques et câbles destinés à fournir une alimentation électrique au stator et un circuit électronique pour piloter le moteur peuvent également être disposés dans le premier logement 40. Le premier logement ne contient aucun lubrifiant afin d’éviter d’éventuels courts-circuits provoqués par la conduction d’un courant électrique dans le lubrifiant, et d’assurer le bon fonctionnement électrique du rotor 46 et du stator 45.
La boîte de vitesses 55 ou le système de transmission à variation continue, le système de réduction 51 et au moins une portion de l’arbre de sortie 81 sont agencés dans le second logement 50. Une portion de l’arbre de sortie 81 est reliée au pédalier 8 et peut faire saillie du second logement 50.
Le second logement contient en outre un lubrifiant destiné à lubrifier la boîte de vitesses, le système de réduction, des éventuels paliers, l’arbre de sortie et le moyen d’entrainement. Typiquement, le lubrifiant est une huile. Le lubrifiant assure un bon fonctionnement et pour éviter un blocage de la partie mécanique du moteur.
Le second logement est étanche au lubrifiant par rapport au premier logement. Par exemple, une paroi étanche au lubrifiant est agencée entre le premier logement et le second logement. Des joints peuvent être agencés entre le premier logement et le second logement afin d’assurer une bonne étanchéité au lubrifiant. L’étanchéité au lubrifiant permet de protéger le rotor 46, le stator 45 et tous les composants électriques d’une contamination par le lubrifiant, et d’éviter ainsi des éventuels courts-circuits.
L’arbre primaire traverse un orifice dans la paroi entre le premier logement 40 et le second logement 50 pour lier le rotor 46 au dispositif de transmission 55. Le passage de l’arbre primaire est réalisé de manière étanche au lubrifiant. Par exemple, l’arbre primaire est monté dans un palier agencé dans la paroi entre le premier logement et le second logement, ledit palier étant étanche au lubrifiant, par exemple comportant un joint étanche au lubrifiant sur au moins un coté de la paroi.
Le premier logement 40 et le second logement 50 forment ainsi un carter contenant l’ensemble du moteur. Les pièces du moteur peuvent être montés dans les logements sans qu’un carter dédié soit nécessaire. Les éléments électriques du moteur, à savoir le stator 46, le rotor 45, les câbles et connecteurs électriques nécessaires pour alimenter le moteur en électricité, et dans certains cas un circuit électronique, sont agencés dans le premier logement 40. Les éléments mécaniques du moteur nécessitant une lubrification sont agencés dans le second logement 50. L’agencement du second logement 50 entre le premier logement 40 et le pédalier 8 permet une transmission facile du mouvement rotatif du rotor 46 au pédalier 8. Le second logement 50 comprend typiquement deux orifices formant une entrée et une sortie du moyen d’entrainement 70. Lesdits orifices permettent le passage du moyen d’entrainement 70 entre le pédalier et l’élément au niveau de l’axe 77 de la roue arrière 7.
En référence à la figure 6, d’autres orifices 42 peuvent être ménagés dans la paroi extérieure du premier logement 40 permettant l’évacuation chaleur générée par le moteur.
Une ouverture de maintenance, 58 peut être ménagée dans le premier logement 40 et/ou le second logement 50. Avantageusement, chaque ouverture, 58 est disposée sur une face latérale du bras arrière facilement accessible. Une ouverture de maintenance dans le premier logement (non illustrée) permet à accéder au stator 45, au rotor 46, des câbles et des éventuels connecteurs électriques et/ou circuits électroniques en lien avec le stator. L’ouverture de maintenance 58 dans le second logement permet d’accéder au dispositif de transmission 55, l’arbre de sortie 81 et, le cas échéant, à la boîte de vitesses ou le système de transmission à variation continue. Des telles ouvertures permettent d’effectuer facilement des opérations de maintenance, de lubrification ou de réparation du moteur. Avantageusement, chaque ouverture de maintenance est fermée par un couvercle, 57 respectif amovible pendant l’utilisation de la bicyclette afin d’éviter la pénétration de salissures, de la poussière dans le moteur de la bicyclette. Un joint étanche au lubrifiant est typiquement agencé entre le bord de l’ouverture de maintenance du premier logement et le couvercle du premier logement 40 afin d’éviter toute pénétration de lubrifiant dans le premier logement 40. Un joint 59 étanche au lubrifiant peut en outre être agencé entre le bord de l’ouverture de maintenance 58 du second logement et le couvercle 57 du second logement 50 afin d’éviter une perte du lubrifiant du second logement.
Le bras arrière peut comporter une structure de renfort, par exemple une pluralité de nervures 60 sur une ou deux faces latérales 36. Des telles nervures stabilisent le bras arrière 3 contre des chocs et permettent ainsi une conception plus fine et plus légère de la paroi. La géométrie des nervures peut être adaptée à la direction des chocs se produisant typiquement au niveau du bras arrière pendant l’utilisation de la bicyclette. La géométrie des nervures permet également d’adapter la conception esthétique de la bicyclette selon les souhaits du fabricant. De préférence, la structure de renfort est intégrée dans la face latérale 36 du bras arrière 3. Chaque face latérale 36 peut être recouverte d’un cache 31a, 31b afin d’éviter le dépôt de salissures sur la structure de renfort 60. En référence à la figure 3 et à la figure 4, le bras arrière peut être constitué de deux demi-bras 3a, 3b assemblés de part et d’autre de la roue arrière. Une telle conception facilite la formation des logements 40, 50 respectifs. Par exemple, le premier logement 40 peut être entièrement agencé dans un premier demi-bras 3a ou partiellement dans le premier demi-bras 3a et partiellement dans le second demi-bras 3b. Dans ce cas, un joint étanche au lubrifiant est agencé entre la portion 40a du premier logement agencé dans le premier demi-bras 3a et la portion 40b du premier logement agencé dans le second demi- bras 3b. Un tel joint permet d’assurer l’étanchéité au lubrifiant entre le premier logement et le second logement.
Le second logement 50 peut être agencé partiellement dans le premier demi-bras 3a et partiellement dans le second demi-bras 3b, ou entièrement dans un seul demi-bras 3a, 3b.
Dans ce cas, lors de l’assemblage de la bicyclette, on assemble les éléments du moteur dans chaque logement avant d’assembler les demi-bras 3a, 3b. On procède par la suite à l’assemblage des deux demi-bras 3a, 3b. Les logements 40, 50 étant formés dans les deux demi-bras, l’assemblage des demi-bras 3a et 3b permet de fermer chaque logement. Les demi-bras 3a, 3b sont assemblés par exemple par des vis 38.
De manière alternative, le bras arrière 3 peut être formé d’un seul tenant. Dans ce cas, chaque logement comprend une ouverture adaptée pour l’insertion des éléments du moteur lors de l’assemblage et un capot pour fermer une telle ouverture. Les logements peuvent également être formés d’un seul tenant dans le bras arrière. On réduit ainsi le nombre de pièces du bras arrière.
Avantageusement, le bras arrière est formé par moulage, notamment par injection ou par fonderie. Ce procédé de fabrication permet de former des logements précisément dimensionnés pour recevoir les différents éléments du moteur. Une fabrication par moulage permet également de former des structures de renfort telles que des nervures 60 dans la paroi d’un logement, et/ou des orifices adaptés pour le passage du moyen d’entrainement et/ou des orifices destinés à l’évacuation de chaleur. La formation de telles structures est ainsi réalisée dans le même procédé, facilitant la fabrication du bras arrière de la bicyclette.
Avantageusement, le triangle avant 2 du cadre de la bicyclette est creux, ce qui permet d’y loger une batterie pour l’alimentation électrique du moteur, par exemple dans le tube oblique 20 ou le tube 21 destiné à porter une selle, et d’y faire passer les câbles de frein et les câbles reliant la batterie aux éléments électriques du moteur disposés dans le premier logement 40. Dans certains modes de réalisation, le triangle avant 2 est également réalisé par moulage. La bicyclette peut en outre comporter une suspension avant et/ou une suspension arrière. De manière avantageuse, le triangle avant 2 est monté en pivotement sur le bras arrière 3 autour d’un axe horizontal 33. Ledit axe de pivotement est situé dans la partie inférieure du triangle avant, typiquement à la jonction entre le tube portant la selle 21 et la base 22 de triangle avant. Ce type d’articulation est appelé « mono-pivot ».
Comme illustré à la figure 2, le bras arrière supporte par ailleurs, dans sa partie postérieure, un support 300 de la roue arrière. Ledit support 300 se présente sous la forme d’une patte adaptée pour recevoir le moyeu de la roue arrière, et comprend un ou plusieurs trous taraudés pour recevoir une vis de fixation 302 respective.
De manière particulièrement avantageuse, chaque vis de fixation 302 passe au travers d’un trou oblong 301 respectif du bras arrière. Lorsque la vis n’est pas serrée, il est alors possible de faire coulisser le support 300 le long du trou oblong, entre une position antérieure permettant le montage d’un moyen d’entrainement (chaîne ou courroie) entre le pédalier et la roue arrière, et une position postérieure permettant d’ajuster la tension mécanique dans le moyen d’entrainement. Une fois la tension requise atteinte, les vis 302 peuvent être serrées afin de maintenir le support 300 dans la position d’utilisation de la bicyclette. On peut ainsi s’abstenir d’un tendeur ou de tout autre système additionnel permettant d’ajuster la tension mécanique dans le moyen d’entrainement.
Naturellement, tout autre moyen de guidage qu’un trou oblong peut être employé, ledit moyen de guidage permettant de guider chaque vis 302 entre la position de montage et la position d’ajustement de la tension, selon une trajectoire rectiligne, curviligne ou de toute autre forme adaptée.
Cette conception de la bicyclette permet donc en particulier d’utiliser une courroie qui est un moyen d’entrainement plus fiable, silencieux et ne nécessitant pas d’entretien, et ce, sans nécessiter l’ajout d’un tendeur sous forme de tendeur monté sur ressort ou d’excentrique ou tout autre système de ce type.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d’entraînement d’une roue arrière (7) d’une bicyclette à assistance électrique comprenant :
• un bras arrière (3) configuré pour être monté sur un triangle avant (2) du cadre, ledit bras arrière (3) étant adapté pour supporter ladite roue arrière (7), et
• un moteur électrique adapté pour être couplé au pédalier (8) pour entraîner ledit pédalier en rotation, ledit moteur comprenant un stator (45), un rotor (46) mobile en rotation par rapport au stator (45), et un dispositif de transmission agencé pour transformer un mouvement rotatif du rotor (46) en un mouvement rotatif du pédalier, le pédalier étant adapté pour provoquer une rotation de la roue arrière (7) par l’intermédiaire d’un moyen d’entrainement (70), dans lequel le bras arrière (3) comprend un premier logement (40) dans lequel sont agencés le rotor (46) et le stator (45) et un second logement (50) dans lequel est agencé le dispositif de transmission, ledit second logement (50) contenant un lubrifiant et étant étanche au lubrifiant vis-à-vis du premier logement (40).
2. Système d'entraînement selon la revendication 1 , dans lequel le moteur comprend en outre un arbre de sortie entrainé en rotation par le dispositif de transmission et solidaire en rotation avec le pédalier (8), ledit arbre de sortie étant au moins partiellement agencé dans le second logement (50).
3. Système d’entrainement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le dispositif de transmission comprend en outre une boîte de vitesses (55) ou un système de transmission à variation continue agencé dans le second logement (50), ladite boîte de vitesses ou ledit système de transmission à variation continue permettant de modifier sélectivement le rapport entre la vitesse de rotation du rotor (46) et la vitesse de rotation du pédalier (8).
4. Système d’entrainement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bras arrière (3) est réalisé par moulage.
5. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier logement (40) et le second logement (50) sont réalisés d’un seul tenant dans le bras arrière (3).
6. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une structure de renfort (60) intégrée dans une paroi du bras arrière (3).
7. Système d'entraînement selon la revendication 6, dans lequel la structure de renfort (60) comprend une pluralité de nervures de renforcement.
8. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second logement (50) comprend une paire d’orifices adaptés pour le passage du moyen d’entraînement (70) reliant le pédalier (8) à la roue arrière (7).
9. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier logement (40) comprend un ou plusieurs orifices (42) d’évacuation de chaleur.
10. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier logement (40) comprend une ouverture et un capot de maintenance amovible agencé pour obturer ladite ouverture.
11 . Bicyclette électrique (100) comprenant
• un cadre comprenant un triangle avant (2) articulé sur une fourche portant une roue avant,
• un système d'entraînement selon l’une des revendications 1 à 10, le bras arrière
(3) étant monté sur le triangle avant (2),
• une roue arrière portée (7) par le bras arrière (3), et
• un moyen d’entraînement (70) liant le pédalier (8) avec la roue arrière (7) de sorte qu’une rotation du pédalier (8) entraine une rotation de la roue arrière (7).
12. Bicyclette électrique selon la revendication 11 , dans laquelle le moyen d’entraînement (70) est une courroie, une chaîne ou un cardan.
13. Bicyclette électrique selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans laquelle le moteur est agencé dans l’axe (88) d’un pédalier (8).
14. Bicyclette électrique selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle le triangle avant (2) comprend un tube oblique creux recevant une batterie connectée électriquement au moteur.
15. Bicyclette selon l’une quelconque des revendications 11 à 14, dans laquelle le cadre est en outre pourvu d’une suspension avant et d’une suspension arrière, le bras arrière étant monté en pivotement de type mono-pivot sur une partie antérieure du triangle avant et la suspension arrière étant agencée entre le bras arrière et une partie postérieure du triangle avant.
16. Bicyclette selon la revendication 15, comprenant au moins un support de roue arrière monté sur le bras arrière (3), ledit support étant ajustable entre une position de montage du moyen d’entrainement (70) et une position de tension dudit moyen d’entrainement (70), située à l’arrière du bras avant par rapport à la position de montage.
17. Bicyclette selon la revendication 16, dans lequel le bras arrière (3) comprend un moyen de guidage (301), tel qu’un trou oblong, et chaque support de la roue arrière est monté sur le bras arrière (3) par l’intermédiaire d’une vis (302) s’engageant dans ledit moyen de guidage (301).
18. Bicyclette selon l’une des revendications 15 à 17, dépourvue de système de mise en tension mécanique du moyen d’entrainement (70).
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