Brevet FR2288881A1 — publié le 19760521

La présente invention a pour objet un dispositif susceptible d'équiper des véhicules terrestres ou autres pour récupérer l'éner- gie dissipée en pure perte par certains organes mobiles dans des conditions déterminées. Ainsi ce dispositif est notamment conçu pour pouvoir récupérer, tout au moins partiellement, l'énergie perdue lors de la décélération d'un véhicule afin de restituer celle-ci ultérieurement pour la propulsion de ce véhicule. Cependant la conception de ce dispositif permet également de récupérer l'énergie susceptible d'entre produite par le déplacement de certains organes mobiles dans des occasions déterminées, par exemple le déplacement du bras de suspension des roues lors du passage d'un véhicule terrestre sur des irrégularités de la route. I1 existe déjà un certain nombre de dispositifs destinés à la récupération de l'énergie dissipée lorsque la décélération d'un vetw hicule.Cependant les dispositifs actuels de ce genre ne permettent qu'unie récupération relativement faible de l'énergie perdue et leur conception ne permet pas de les employer pour la récupération de l'énergie provenant de diverses sources de nature différente. te dispositif selon l'invention comprend un mécanisme apte à emmagasiner l'énergie à récupérer et consistant essentiellement en un ressort en spirale dont une extrémité est attachée à un arbre central rotatif et l'autre à une couronne dentée externe, l'un de ces éléments étant accouplé par un premier dispositif mécanique de liaison avec l'organe mobile producteur d'énergie et l'autre, par l'intermédiaire d'un second dispositif mécanique de liaison, avec l'arbre d'une génératrice de courant destinée à alimenter soit un moteur électrique assurant la propulsion du véhicule correspondant, soit un moteur complémentaire du moteur principal de celui-ci. Or le premier dispositif de liaison comporte un embrayage commandé par l'intermédiaire d'un circuit électrique par un système de surveillance de la tension du ressort pour supprimer l'accouplement correspondant lorsque ce ressort est complètement bandé,cependant que le second dispositif de liaison comprend un mécanisme d'arrêt apte à agir automatiquement en cas d'arrêt du véhicule. Dans une forme de réalisation particulière conçue pour la récupération de l'énergie susceptible d'être produite par les déplace ments des bras de suspension des roues, le premier dispositif de liaison est commandé par un secteur denté porté par un levier destiné à être accouplé avec un des bras de suspension. De plus, ce dispositif de liaison comprend un train d'engrenage assurant une inversion des sens de rotation pour entrainer toujours dans le même sens l'organe du mécanisme d'emmagasinage d'énergie sur lequel est attachée l'une des extrémités du ressort et ce, quel que soit le sens de rotation du levier accouplé avec le bras de suspension. Dans une autre forme de réalisation spécialement conçue pour la récupération de l'énergie perdue lors du freinage d'un véhicule, le premier dispositif de liaison est relié à l'arbre de l'une des roues du véhicule correspondant par l'intermédiaire d'un mécanisme assurant un accouplement effectif au moment du freinage de façon que la rotation de la roue provoque le remontage du ressort du mécanisme d'emmagasinage d'énergie. Cependant d'autres particularités et avantages du dispositif selon l'invention apparattront au cours de la description suivante de deux formes de réalisation de ce genre.Cette description est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur lequel La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'une première forme de réallsation conçue pour la récupération de l'énergie provenant des mouvements du bras de suspension d'une roue; La figure 2 est une vue en élévation de face du mécanisme d' emmaga- sinage d'énergie prévu dans ce dispositif; La figure 3 est une vue en élévation de côté, avec arrachement,de ce même mécanisme;; La figure 4 est une vue en plan de dessus d'une roue équipée d'un dispositif de récupération de l'énergie perdue au frei nage et qui correspond à une seconde forme de réalisa tion du dispositif selon l'invention; La figure 5 est une vue schématique partielle en élévation de côté de ce dispositif; La figure 6 est une vue schématique en élévation en bout de ce même dispositif; La figure 7 est une vue en coupe axiale, à échelle différente, de l'élément principal de ce dispositif; La figure 8 est une vue schématique d'ensemble de celui-ci. Comme indiqué ci-dessus, la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3 est conçue pour assurer la récupération de l'éner- gie susceptible d'être produite par les mouvements du bras de suspension 1 de l'une des roues d'un véhicule.Ce dispositif comprend un mécanisme apte à emmagasiner l'énergie à récupérer et qui consiste essentiellement en un ressort 2 en spirale, de grande dimension. Ce ressort est constitué par une lame métallique élastique enroulée sur elle-m8me et logée à l'intérieur d'un tambour 3. L'extrémité externe du ressort 2 est fixée en 4 sur la paroi périphérique de ce tambour.Quant à son extrémité interne, elle est attachée à un arbre central 5.Celui-ci est monté rotatif dans des paliers, non représentés, et le tambour 3 est lui-m8me monté rotatif autour de cet arbre, et indépendamment de lui,gråce à des paliers intermédiaires.Il est de plus prévu un système de cliquet par retenir l'arbre 5 dans le sens de rotation opposé à celui correspond dant au remontage du ressort 2. Ce remontage est assuré par un premier dispositif mécanique de liaison décrit ultérieurement et qui relie l'arbre 5 au bras de suspension I correspondant.Ce dispositif est commandé par un secteur denté 6 porté par un levier 7 monté pivotant autour d'un axe a Ce levier est accouplé avec le bras de suspension 1 par l'intermédiaire d'une bielle 9.Dans ces conditions,le secteur denté 6 est amené à tourner dans un sens et dans l'autre suivant le sens de déplacement de la roue portée par le bras 1. Be secteur denté 6 engrène avec un pignon 10 et est accouplé avec un arbre 11, qui est lui-m8me accouplé avec un autre arbre 12 d'une part par un moyen de liaison directe,par exemple une courroie ou une chaîne 13,et d'autre part par l'intermédiaire d'un système d'inversion de sens de rotation,constitué par un train de pignons et roues dentées t4.Orace à la présence de cliquets et de roues libres,l'agencement ainsi prévu a pour effet d'assurer que l'arbre 12 se trouve constamment entraîné dans le môme sens de rotation, en l'occurrence le sens de la flèche F,, quel que soit le sens de rotation du secteur denté 6. L'arbre 12 est accouplé avec un autre arbre 15, qui lui-même est accouplé avec l'arbre 5 du mécanisme d'emmagasinage d'énergie et ce, par l'intermédiaire d'un embrayage,non représenté.En effet celui-ci peut être d'un type classique,de sorte qu'il est inutile d'en décrire le mécanisme. Cependant, conformément à une caractéristique importante de l'objet de l'invention, cet embrayage est commandé par un système de surveillance de la tension du ressort 2 de façon à supprimer l'accouplement entre les arbres 5 et 15 lorsque ce ressort est complètement bandé.Ce système de surveillance comprend un curseur 16 monté coulissant dans une fente radiale 17 de l'une des joues du tambour 3. Du côté interne, ce curseur porte une fourche 18 qui est engagée sur l'une des spires du ressort 2 proche de la circonférence de celui-ci,par exemple la seconde ou la troisième spire.Ainsi la position du curseur 16 dépend directement de l'importance de l'enroule- ment du ressort et lorsque celui-ci est complètement bandé,ce curseur se trouve amené dans sa position extrême la plus proche de l'axe du tambour. Or il est prévu à cet endroit un contact électrique 19 que le curseur vient actionner lorsqu'il parvient dans cette position. Ce contact est branché dans un circuit électrique 20 commandant l'embrayage prévu entre les arbres 5 et 15.L'agencement est tel que la manoeuvre du contact 19 par le curseur 16 provoque alors le débrayage de l'accouplement prévu entre ces deux arbres. Mais il est de préférence prévu un système supplémentaire permettant de connaître à tout moment l'importance de la tension du ressort.Ce système consiste en un second circuit électrique 2f comprenant une résistance variable 22 dont le contact mobile est constitué par une petite fourche 23 portée par le curseur 16 déjà dé crit.te circuit. 21 comprend alors un appareil indicateur pouvant être disposé sous les yeux du conducteur du véhicule correspondant. te mécanisme d'emmagasinage d'énergie est par ailleurs relié, par un second dispositif mécanique de liaison, avec l'arbre 24 d'une génératrice de courant destinée à alimenter un moteur électrique constituant soit le moteur principal de propulsion du véhicule correspondant,soit un moteur complémentaire de celui-ci. En effet, lé dispositif de récupération d'énergie selon l'invention permet de prévoir, l'une ou l'autre de ces deux solutions. Dans le second cas,le moteur entraîné par le présent dispositif intervient à titre de complément du moteur normal du véhicule qui peut être d'un type quelconque.Mais dans le premier cas,il est nécessaire que le dispositif de récupération d'énergie comporte un mécanisme permettant de mettre le ressort 2 sous tension avant la mise en fonctionnement du véhicule et ce, à partir d'une source d' énergie extérieure.A cet effet il peut être prévu un système mécanique susceptible d'assurer directement l'entraînement de l'arbre 5 sous l'effet d'une source d'énergie extérieure fournie par exemple par de l'air comprimé. Be second dispositif de liaison prévu entre le mécanisme d' emmagasinage d'énergie et l'arbre 24 comprend une couronne dentée 25 solidaire du tambour sagette couronne engrène avec un pignon 26 faisant partie d'un train de pignons et roues dentées aboutissant à l'arbre 24 à entraîner.Cependant ce train de pignons troues den-tées comprend un mécanisme d'arrêt apte à agir automatiquement en cas d'arrêt du véhicule. Dans le cas où le présent dispositif de récupération d'énergie est prévu en complément du moteur principal de propulsion, ce mécanisme d'arrêt peut être également actionné par un système de commande permettant au conducteur de faire intervenir ce dispositif au moment voulu. Ce mécanisme d'arrêt peut consister en une simple butée mobile 27 disposée en regard d'une came 28 portée par l'arbre 29 de l'un des trains de pignons et roues dentées du dispositif de liai son.ta butée 27 peut être portée par un levier pivotant 30 soumis à l'action d'un ressort de rappel 31 et qui est lui-même actionné par un autre levier de commande 32 pouvant être accouplé à la pédale d'accélération ou à tout autre mécanisme de commande approprié. Dans le cas où le présent dispositif est prévu en association avec un moteur de propulsion indépendant, le mécanisme d'arrêt 2728 peut être maintenu en position de blocage tant que le ressort 2 n'est pas complètement bandé.Pendant ce temps les mouvements naturels dubras de suspension,à l'occasion du déplacement du véhicule, assurent le remontage du ressort 2.Lorsque celui-ci est complètement bandé les arbres 5 et 15 se trouvent débrayés automatiquement comme décrit précédemment et le conducteur peut mettre en fonction nement le second dispositif de -liaison pour mettre en service le moteur électrique complémentaire entraîné par le présent dispositif. Cependant la neutralisation du mécanisme d'arrêt 27-28 peut être commandée automatiquement par le système de surveillance de la tension du ressort. Lorsque le dispositif selon l'invention assure 11 entraînement d'un moteur électrique constituant le moteur unique de propulsion du véhicule, le mécanisme d'arrêt 27-28-n'est mis en fonctionnement qu'au moment du freinage ou de l'arrêt. Dans ce cas, ainsi qu'il a été indiqué, il est nécessaire de remonter initialement le ressort 2.Mais par la suite,celui-ci se trouve à nouveau remonté par les mouvements du bras de suspension 1.Cependant il convient de procéder périodiquement à des opérations de remontage complémentaire au moyen d'une source d'énergie extérieure et ce, en fonction de la tension du ressort. Dans l'un et l'autre cas, le mécanisme unique d'emmagasinage d'énergie peut être commandé par les bras de suspension de deux des roues du véhicule ou de l'ensemble de celles-ci le cas échéant. Cependant il est également possible d'associer un tel mécanisme avec chacune des roues ou certaines d'entre elles seulement. 'les figures 4 à 8 représentent une forme de réalisation du dispositif selon l'invention qui est spécialement conçue pour récupérer l'énergie normalement perdue au freinage d'un véhicule. Ce dispositif est destiné à équiper chacune des roues -de celui-ci.Comme précédemment,ce dispositif comprend un mécanisme apte à emmagasiner l'énergie à récupérer.Ce mécanisme est identique à celui décrit auparavant.Il comprend donc un tambour 3 renfermant un ressort en spirale 2 non représenté. Eventuellement, il est du reste possible de prévoir sur un véhicule un seul tambour d'emmagasinage d'énergie dont l'arbre 5 est accouplé avec des dispositifs de,liaison distincts commandés respectivement par les mouvements des bras de suspension des roues et par la rotation de celles-ci au moment du freinage. Le dispositif d'entraînement de l'arbre 5 prévu dans le dispositif représenté aux figs. 4 à 8 est en effet commandé par la ro-tation des roues au moment du freinage. A cet effet ce dispositif comprend un tambour rotatif 33 dont l'arbre 34 est accouplé avec l'arbre 35'de la roue correspondante.Cet accouplement peut être assuré par deux roues dentées 36 reliées par une chaîne 37. Be tambour 33 porte un curseur 38 monté coulissant dans une rainure radiale 39. Ce curseur est pourvu d'un doigt saillant 40 engagé dans une coulisse 41 prévue sur un levier pivotant 42 portant à son extrémité opposée un secteur denté 43 similaire au secteur denté 5 prévu dans la précédente forme de réalisation. Du reste ce secteur denté constitue l'organe de commande proprement dit du premier dispositif de liaison destiné à assurer l'en- traînement de l'arbre 5 du mécanisme d'emmagasinage d'énergie. Ce dispositif de liaison est de conception similaire à celui prévu dPnz la précédente forme de réalisation et il comprend de même un système d'inversion de sens de rotation de façon que l'arbre 5 soit toujours entraîné dans le même sens,quel que soit le sens de pivotement du secteur denté 43. Toutefois ce dispositif de liaison comprend un système élastique destiné à servir en quelque sorte de tampon. Ce système élastique est essentiellement constitué par un ressort en spirale 44 logé dans un tambour 45 et dont une extrémité est solidaire de la paroi de celui-ci tandis que l'autre est attachée à un arbre central 46. Ce dernier est relié au secteur denté 43 par le dispositif de liaison rappelé précédemment. Quant à la périphérie du tambour 6, elle porte une couronne dentée 47 accouplée avec l'arbre 5 du mécanisme d'emmagasinage d'énergie.Par ailleurs une roue à rochet 48 assure la retenue de l'arbre 46 de ce système élastique-intermédiaire et ce, dans le sens voulu. Lors de l'utilisation normale du véhicule, le curseur 38 prévu sur le tambour 33 se trouve placé au centre de celui-ci.Dans ces conditions le levier 42 reste immobile de sorte que la présence du présent dispositif ne gêne en rien la rotation des roues du véhicule.Par contre,lors du freinage,ce curseur est déplacé à l'extrémité opposée de la rainure radiale 39, donc à la périphérie du tambour 33, de sorte que ce mécanisme joue désormais le rôle d'un système bielle-manivelle.Dans ces conditions. le secteur denté 43 se trouve entraîné en mouvement du fait même de la rotation de la roue, ce qui assure le remontage du-ressort du mécanisme d'emmagasinage d'é nergie.Cependant ceci provoaue en même temps le freinage de la roue. Ce freinage peut éventuellement assurer à lui seul le ralentisse ment et l'arrêt du véhicule.Cependant s'il n'est pas suffisamment efficace, le véhicule peut rester équipé d'un système de freinage classique. Le déplacement du curseur 38 au moment du freinage est assuré par un système de commande hydraulique comprenant un ensemble cylindre-piston 49 relié par l'intermédiaire d'un distributeur 50 au maître-cylindre 51 de l'installation de freinage du véhicule correspondant.la tige mobile 52 de l'ensemble cylindre-piston 49 porte un poussoir 53 destiné à actionner la tige 54 d'un piston 55 monté dans un cylindre 56 ménagé dans l'arbre 34 du tambour 33. L'extrémité opposée de ce cylindre est reliée par une canalisation 57 à un autre cylindre 58 renfermant un piston 59.Ce dernier est accouplé avec le curseur 38 à commander et ce, par l'intermédiaire d'une tige 60. Ainsi, lors de la commande de l'installation de freinage, le déplacement de la tige de piston 52 dans le sens due la flèche provoque le déplacement du piston 59 et du curseur 38 dans le sens de la flèche F3.Dans ces conditions, le curseur 38 vient alors se placer à l'extrémité opposée de la rainure 39 à la périphérie du tambour 33, comme décrit précédemment. Tant que le curseur 38 est ainsi maintenu à la périphérie de ce tambour, c'est-à-dire pendant toute la période du freinage,l'ensemble constitué par le tambour et le levier 42 joue le rôle d'un système mécanique bielle-manivelle assurant l'entraînement de l'arbre 5 du-mécanisme d'emmagasinage d'énergie du premier dispositif mécanique de liaison et du ressort 44. Cependant la commande du mécanisme d'emmagasinage d'énergie lors du freinage peut également être réalisée de façon différente. En effet il est possible de prévoir simplement un accouplement du pignon denté amont du premier dispositif de liaison avec l'arbre rotatif de chaque roue du véhicule ou tout au moins des deux roues de l'un des trains de roues et ce, par l'intermédiaire d'un embrayage asservi à l'installation de freinage.Cét embrayage assure alors l'accouplement voulu au moment du freinage en laissant la roue correspondante tourner librement lors de l'utilisation normale du véhicule.Une telle forme de réalisation a également l'avantage de permettre une récupération efficace de l'énergie perdue lors du freinage et ce, en vue de sa restitution ultérieure pour la propulsion du véhicule correspondant. Bien entendu un même véhicule peut être équipé d'un dispositif de récupération de l'énergie susceptible d'être produite par le déplacement de certains organes de la suspension et d'un autre dispositif assurant la récupération de l'énergie perdue au moment du freinage. A ce sujet,il faut noter que le dispositif selon l'invention peut jouer le rôle d'un système de freinage efficace en bloquant le ressort du mécanisme d'emmagasinage d'énergie par une came de commande appropriée. La présente invention a également pour objet les véhicules équipés de l'un ou l'autre de ces deux-types de dispositifs de récupération d'énergie, ou des deux. Cependant les disposftifs selon l'invention peuvent être adaptés à différents types de véhicules, par exemple des motrices et wagons de chemins de fer.Ils peuvent du reste être placés sur certains types de chemins de fer de montagne sur lesquels il est possible de récupérer l'énergie perdue à la descente.Mais ils peuvent aussi équiper des véhicules nautiques pour récupérer l'énergie susceptible d'être produite par certains déplacements.Il est également possible d'appliquer de tels dispositifs à des machines ou installations mécaniques installées à poste fixe pour récupérer l'énergie de certains éléments mobiles et ce, dans des circonstances déterminées,ou bien encore pour récupérer l'énergie produite par des mouvements de vibrations.Dans ce dernier cas,il suffit de prévoir une masse d'inertie en bout du levier 7 portant le secteur denté 6 du dispositif commandant le mécanisme d'emmagasinage d'énergie. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de récupération et de restitution d'énergie sur un véhicule terrestre ou autre,ou une installation mécanique quel conque, destiné à emmagasiner et restituer l'énergie produite par le déplacement d'un organe mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme apte à emmagasiner l'énergie à récupérer et consistant essentiellement en un ressort en spirale dont une extrémité est attachée à un arbre central rotatif et l'autre à une couronne dentée externe, l'un de ces éléments étant accou plé par un premier dispositif mécanique de liaison, avec l'or gane mobile producteur d'énergie et l'autre, par l'intermédiai re d'un second dispositif mécanique de liaison,avec l'arbre d' une génératrice de courant destinée à alimenter soit un moteur électrique assurant la propulsion du véhicule correspondant, soit un moteur complémentaire du moteur principal de celui-ci; cependant que le premier dispositif de liaison comporte un em brayage commandé par un système de surveillance de la tension du ressort pour supprimer l'accouplement correspondant lorsque celui-ci est complètement bandé,cependant que le second dispo sitif de liaison comprend un mécanisme d'arrêt apte à agir au tomatiquement en cas d'arrêt du véhicule. 2.- Un dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que le système de surveillance de la tension du ressort comprend un dé tecteur constitué par un curseur monté mobile dans le sens ra dial sur le carter de ce ressort et qui porte une fourche enga gée sur une spire du ressort proche de son extrémité opposée à celle sur laquelle s'exerce une traction lors de la récupéra tion d'énergie, un contacteur branché dans le circuit de com mande du débrayage étant disposé en regard de la position que vient occuper le curseur lorsque le ressort est complètement bandé. 3.- Un dispositif selon l'une des revendications précédentes,carac térisé en ce que le mécanisme d'arrêt prévu dans le second dis positif de liaison est commandé par la pédale d'accélération du véhicule correspondant. 4.- Un dispositif-selon l'une des revendications précédentes,desti né à récupérer l'énergie perdue d'un organe mobile effectuant des déplacements dans un sens et dans l'autre,caractérisé en ce que le premier dispositif de liaison comprend deux systèmes de liaison enparallèle dont l'un comporte un mécanisme d'inversif du sens de rotation de façon que l'élément à entraîner le soit toujours dans le même sens. 5.- Un dispositif selon l'une des revendications précédentes,carac térisé en ce que le mécanisme destiné à emmagasiner l'énergie à récupérer est pourvu d'un dispositif mécanique de commande per mettant de remonter et de bander le ressort de ce mécanisme au moyen d'une source d'énergie extérieure. 6.- Un dispositif selon l'une des revendications précédentes,carac térisé en ce que le premier dispositif de liaison comprend un secteur denté porté par un levier pivotant destiné à être accou plé avec un élément mobile de la suspension d'une roue d'un vé- hicule terrestre, par exemple le bras de suspension d'une telle roue. 7.- Un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que le premier dispositif de liaison est relié à l'arbre d'une roue d'un véhicule terrestre par l'intermédiaire d'un mé- canisme assurant un entraînement des organes de ce dispositif au moment du freinage du véhicule, tout en évitant un tel en traînement lors de l'utilisation normale de celui-ci. 8.- Un dispositif selon la revendication 7,caractérisé en ce que le mécanisme prévu entre le premier dispositif de liaison et la roue correspondante du véhicule comprend un tambour rotatif au centre duquel est disposé un curseur portant un doigt saillant engagé dans une coulisse d'un levier pivotant portant un sec teur denté faisant partie du premier dispositif de liaison, le curseur étant commandé par des moyens d'entraînement asservis à l'installation de freinage du véhicule et aptes à amener ce cur seur à la périphérie du tambour au moment du freinage de sorte que celui-ci et le levier, qui lui est associé,jouent alors le rôle d'un système bielle-manivelle. 9.- Un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de récupération et de restitution d'énergie selon l'une des revendications 1 à 6,associé à un organe mobile de la suspension de certaines au moins des roues de ce véhicule, ce dispositif assurant le fonctionnement du ou des moteurs de ce véhicule,ou d'un moteur annexe au moteur principal de celui-ci. 10.- Un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de récupération et de restitution d'énergie selon l'une des revendications 7 et 8,associé aux différentes roues de ce véhicule,ou à certaines d'entre elles au moins, et à 1' installation de freinage de celui-ci.