Vélos  à  assistance  mécanique
ou  magnétique  (sans  batterie)

Cette page est optimisée pour un écran de 17 pouces environ. Ainsi les explications sont plus près de chaque dessin.




Un des éléments de l'invention:

                   


Un aimant (1) est fixé sur un support et non mobile, sur une face duquel est juxtaposé un élément tiers (2) qui comporte un matériau magnétique ou en est entièrement constitué (ici il s'agit d'acier doux).
Le champ magnétique de l'aimant (1) exerce une attraction sur l'élément tiers (2) de sorte que (1) et (2) sont plaqués l'un contre l'autre et le resteront pendant tout le déplacement commandé de l'aimant (3). Les aimants (1) et (3) ont les mêmes polarités en vis-à-vis, ici ce sont les polarités nord, indiquées par la lettre "N" qui sont représentées mais on peut aussi disposer les polarités sud en vis-à-vis. Dans cette position de (1) et (2) et la position (7) de (3), les champs magnétiques antagonistes des deux aimants génèrent une force de répulsion relativement faible essentiellement sur la face (5) de l'aimant (3). Cette force de répulsion est représentée dans le diagramme (6) en (A).
Le diagramme (6) représente en abscisse la position de la face (5) de l'aimant (3) et en ordonnée l'intensité et le sens, répulsion ou attraction, de la force (F) générée par les champs magnétiques des deux aimants sur la face (5).
Lorsqu'on rapproche l'aimant (3) de l'ensemble (1) et (2) selon le mouvement indiqué par la flèche (4), cette force de répulsion augmente jusqu'à être maximum lorsque la face (5) de l'aimant (3) se trouve à la position (8) qui correspond au niveau (B) de la force de répulsion dans le diagramme (6). Lorsqu'on continue de rapprocher l'aimant (3), cette force de répulsion diminue très rapidement pour devenir pratiquement nulle, c'est le point (C) du diagramme (6). Lorsqu'on continue de rapprocher l'aimant (3) la force de répulsion reste pratiquement nulle dans un petit espace (e) entre les points (C) et (D) du diagramme (6). L'espace (e) correspond à
une zone neutre
dans laquelle
les forces de répulsion ou d'attraction sont pratiquement nulles.

          Lorsqu'on continue de rapprocher l'aimant (3) de l'élément tiers (2), une force d'attraction se produit sur l'aimant (3), faible au début mais qui croît rapidement jusqu'à être maximale en (E) lorsque l'aimant (3) est en contact avec l'élément tiers (2).

Dans un déplacement en sens inverse, l'absence d'attraction ou de répulsion dans l'espace (e) entre les points (C) et (D) permet d'y déplacer latéralement l'aimant (3) devant l'aimant (1) avec une force infime mais dès qu'on écarte l'aimant (3) à la limite du point C, il subit une force de répulsion subite et très importante qui tend à l'éloigner subitement de l'aimant (1).

Lorsque deux aimants sont en vis-à-vis, cette zone neutre  (e)  a des effets équivalents à   un écran magnétique   mais sans les inconvénients.

Application aux vélos:
Sous forme de pédalier ou de moyeu pour vélos assistés
(assistance mécanique -ou magnétique)


                                                
Des coulisseaux comme (118) coulissent dans une lumière (120) de la couronne (117) que l'on peut actionner en rotation manuellement ou mécaniquement dans le sens de la flèche (134) autour de l'axe central. Les coulisseaux (118) sont succinctement représentés, ils peuvent notamment comporter au moins un roulement, avoir une forme de glissière. La lumière (120) a deux niveaux, l'un bas, plus proche de l'axe, l'autre haut plus vers l'extérieur de la couronne (117). Lorsqu'on actionne la couronne (117) en rotation les coulisseaux se trouvent tantôt en position haute et tantôt en position basse. Chaque coulisseau est lié par un bras à un aimant correspondant que les mouvements de montée et de descente de chaque coulisseau actionnent aussi en montée et en descente. Par exemple le coulisseau (118) actionne l'aimant (119).

Les aimants pourraient être directement raccordés aux coulisseaux tels que (118) mais la technologie actuelle faisant que les aimants, généralement, ne peuvent pas subir d'efforts mécaniques très importants, les aimants comme (119), (126), (127) et (128) sont insérés dans des supports représentés par un trait épais et liés à chaque coulisseau par le bras correspondant. D'autres maintiens sont possibles comme le bras du coulisseau traversant l'aimant. Un élément tiers comme (122), qui comporte un matériau magnétique ou en est entièrement constitué, est juxtaposé et lié à chaque aimant comme (119), (126), (127) et (128). L'ensemble formé par ces derniers aimants, les éléments tiers, les coulisseaux et les guides en translation tels que (121) ne tournent pas autour de l'axe central, en fonctionnement. Une roue centrale (130), le rotor, porte, lié à elle, au moins un aimant tel que (124). A cet instant de la représentation de la figure, l'espace (125) entre d'une part les aimants (127) et (128) et d'autre part la roue (130) et/ou l'aimant (124) est
une zone neutre
ne générant que peu ou pas de forces de répulsion ou d'attraction entre (127) ou (128) et (124). Les aimants (119) et (126) ayant été mis précédemment en position haute par leur coulisseau correspondant, l'espace (123) n'est plus à cet instant une zone neutre et des forces de répulsion importantes sont générées entre d'une part les aimants (119) et (126) et d'autre part l'aimant (124), ces aimants ayant la même polarité en vis-à-vis.
Les aimants (119) et (126) étant prisonniers en rotation dans leur logement, sous l'action de ces forces de répulsion, c'est l'aimant (124) qui se déplace entraînant la roue (130) en rotation dans le sens de la flèche (129), autour de l'arbre (131) succinctement représenté car il peut être disposé plusieurs arbres concentriques pour réaliser concrètement le dispositif.
Lorsque l'aimant (124) se sera déplacé suffisamment vers les aimants (127) et (128), au fur et à mesure l'aimant (119) puis l'aimant (126) seront déplacés vers l'axe de l'ensemble par leur coulisseau respectif passant à l'autre niveau commandé par la lumière (120) et transformant la zone (123) en une zone neutre permettant l'arrivée et le passage à nouveau de l'aimant (124) ou d'au moins un autre aimant comme (124). D'autre part les aimants (127) puis (128) passeront au fur et à mesure au niveau haut pour générer d'autres forces de répulsion et que le mouvement de rotation de la roue (130) continue.
Le passage de la position basse à la position haute de chaque aimant accompagné de son élément tiers se fait grâce à une force faible d'une part parce qu'au début de ce déplacement, dans la zone neutre les forces de répulsion ou d'attraction sont pratiquement nulles, d'autre part parce que ce déplacement est très petit, à titre d'exemple on l'estimera à un millimètre dans certaines conditions et pour un diamètre global du dispositif de quelques dizaines de centimètres et d'autre part, dès que ce déplacement est amorcé, les forces de répulsion générées entre les aimants en vis-à-vis aident à ce déplacement. Dans le déplacement en sens inverse la force nécessaire est faible aussi car il se fait hors de la présence d'un aimant tel que (124) et donc hors des champs magnétiques antagonistes.
Les flèches (F1) et (F2), sont les forces de répulsion présentes entre les aimants (119), (126) et (124), les forces de réaction, égales, de sens inverse, ne sont pas montrées puisqu'elles sont sans effet de déplacement sur les aimants (119) et (126).
Si l'arbre (131) et la roue (130) sont libres en rotation, sans charge mécanique qui les freinerait, l'aimant (124) peut avancer par à-coups. Si l'arbre (131) est en charge, les à-coups sont supprimés. Les à-coups peuvent être limités par une liaison souple entre la roue (130) et l'arbre (131) et/ou entre la roue (130) et l'aimant (124) et/ou par l'assemblage de plusieurs roues telles que (130) sur le même arbre, décalées angulairement.
La couronne (117) peut être actionnée par la force humaine par exemple si le dispositif constitue un moyeu ou un pédalier de vélo à assistance mécanique (ou, plus exactement, magnétique).
La couronne (117) peut être actionnée en rotation par un moyen mécanique ou électrique, auquel cas le dispositif devient un amplificateur de couple et donc d'énergie qui peut être couplé à un générateur électrique produisant de l'électricité pour tout usage.


Dit autrement:
Pour que le dispositif puisse fonctionner il faut que le déplacement des aimants (119), (126) etc. nécessite une énergie inférieure à celle produite par la rotation du rotor.
Ainsi, monté en pédalier, si on laisse le dispositif en fonctionnement libre, sans action extérieure, l'aimant (124) va se positionner, en entraînant le rotor en rotation partielle, devant les aimants (127) et (128) où, grâce à l'espace particulier (125) il n'y a pas de répulsion entre les aimants (124) et (127) et (128) alors que (124) vient d'être chassé de sa position par les forces de répulsion devant les aimants (119) et (126).
Cette petite rotation a fait tourner la roue arrière du vélo, entraînée (chaîne ou courroie ou cardan) par la roue (130) et fait avancer le vélo.
- Si le cycliste n'actionne pas les pédales, après avoir roulé un peu grâce à la roue libre de la roue arrière, le vélo s'arrêtera.
- Si le cycliste actionne les pédales, il fait tourner la couronne (117), indépendante en rotation de la roue (130), dans le sens (134) ce qui fait changer de position l'aimant (127) (dans un premier temps puis les aimants suivants de la même façon) en s'éloignant de l'aimant (124) ce qui provoque une répulsion maximale entre ces deux aimants et une nouvelle rotation partielle de la roue (130) vers une hypothétique position plus stable tout en faisant avancer le vélo.
Pour avancer, le cycliste exerce sur les pédales une force faible pour déplacer l'aimant (127) et les autres aimants parce que en position initiale, lorsque l'espace (125) est présent, les forces de répulsion ou d'attraction sont pratiquement inexistantes et il est possible de déplacer l'aimant (127) avec peu d'effort mais dès que l'espace (125) augmente, non seulement les forces de répulsion exercent le mouvement de rotation de (130) mais aussi exercent une force subite qui tend à éloigner l'aimant (127) de la roue (130). Il n'y a pas de contrecoup vers les pédales parce que les coulisseaux comme (118) guident l'amplitude du déplacement des aimants tels que (127).
Donc le cycliste fournit un couple faible par les forces faibles exercées sur les pédales et, en fonction de la taille des aimants, un couple amplifié est appliqué à la roue arrière du vélo, ce couple n'ayant pas de rapport direct avec le couple appliqué sur les pédales, il dépend uniquement de la taille des aimants (la valeur de leur champ magnétique) choisie à la construction et du diamètre du dispositif dans le pédalier.

Le dispositif est bien un amplificateur de couple et donc, en fonctionnement, un convertisseur d'énergie.

Bien entendu, le dispositif n'est pas animé par un mouvement perpétuel.
On ne sait pas tout sur les aimants permanents mais on sait qu'ils perdent leur aimantation au fur et à mesure de leur utilisation.
D'après l'électrodynamicien de renom Bertrand NOGAREDE, les aimants au néodyme-fer-bore perdent leur aimantation à raison de 2% tous les 40 ans à 37°C.
C'est long mais ils "s'usent".
Et dans le cas précis d'un pédalier, si le cycliste arrête de pédaler, le rotor arrête de tourner, s'immobilise dans une position stable jusqu'à ce que le cycliste actionne à nouveau les pédales.
En parallèle à ces ordres de grandeur, qui aurait cru autrefois que lors de la fission, 1 gramme d'Uranium 235 fournirait autant d'énergie
que la combustion de 1,6 tonne de pétrole
soit 1,6 millions de fois plus d'énergie.
... Et après leur utilisation, les matériaux sont toujours radioactifs et permettraient d'en extraire encore de l'énergie.
Et sûrement bientôt des performances importantes pour les machines à aimants.


On peut avoir une idée de l'énergie fournie par un aimant permanent en la comparant à l'énergie électrique consommée par un électroaimant pour réaliser la même opération.
Exemple:
Les aimants permanents sous forme de bandes souples sont réalisés à partir de poudres ayant la même composition qu'un aimant fritté, rigide, NdFeB ou autre. A froid ou à chaud cette poudre est mélangée à un liant qui peut être du caoutchouc, une matière plastique... A ce stade les bandes ne sont pas encore magnétisées.
Le stade final consiste à magnétiser les bandes en les faisant circuler au choix devant un électroaimant ou devant un aimant permanent. Devant un même aimant permanent on peut ainsi faire passer et magnétiser des kilomètres de bandes voire des millions de kilomètres.
On peut ainsi prendre conscience de l'énergie fournie par un aimant permanent en calculant l'énergie électrique qu'il aurait fallu fournir à un électroaimant pour réaliser la même opération (aux pertes électriques près).
Qui sera le premier à réaliser un vélo à assistance magnétique ?
une licence ou l'exclusivité des droits du brevet est possible


Il est possible de garantir le pédalier 10 ans ou plus car, contrairement aux batteries électriques qui ont une durée de vie très limitée, les aimants au néodyme ont une durée de vie de plusieurs siècles (l'aimantation diminue de 1% tous les 20 ans environ).
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