Brevet FR2543492A1 — publié le 19841005

La présente invention se rapporte au domaine des dis- positifs radioélectriques et,plus particulièrement, aux sources d'alimentation autonome qui leur sont destinées. L'invention s'applique particulièrement à une source d'alimentation à transducteur à lame piézoélectrique desti- née à un dispositif de signalisation d'état normal d'un bandage pneumatique, comprenant un émetteur de radio-fré- quence alimenté électriquement Cette source d'alimentation peut être utilisée avantageusement conjointement avec un dispositif de signalisation de bandage pneumatique dégonflé tel que décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 237 728 Mais il est bien évident que l'invention peut s'appliquer facilement à d'autres environnements, lorsque, par exemple, des sources d'alimentations autonomes simi- laires sont utilisées pour fournir de l'énergie électrique. Le dispositif de signalisation d'état de bandage pneumatique mentionné ci-dessus comporte un circuit d'émet- teur radioélectrique qui est monté dans un bandage pneuma- tique, de préférence du type utilisé sur un véhicule auto- mobile, dans lequel le bandage pneumatique est monté sur une jante et soumis à des vibrations en fonctionnement nor- mal Cette position est extrêmement dangereuse pour le dis- positif et il est soumis à des chocs, des vibrations, des températures et des pression extrêmes En outre, cette po- sition est relativement inaccessible pour un entretien ré- gulier et les réparations Ces dispositifs nécessitent donc des sources d'alimentation capables de résister à l'environnement rude tout en assurant une fourniture s re d'énergie électrique pendant la durée d'utilisation du bandage pneumatique. Des sources d'alimentation à transducteur piézo- électrique vibrant antérieures ont déjà été suggérées et utilisées Mais ces sources d'alimentation antérieures n'ont reçu qu'un succès variable Il est apparu que des forces d'accélération dépas- sant 25 g peuvent produire des mouvements de flexion du transducteur risquant de l'endommager En particulier, ces mouvements de flexion dangereux comprennent des amplitudes dangereuses de courbure qui soumettent à des contraintes la matière piézoélectrique du transducteur, provoquant ainsi des fissures, des clivages ou des ruptures du transducteur lui-même et des mouvements de flexion et de courbure compo- sés qui produisent de façon similaire des niveaux de con- traintes élevés et dangereux pour le cristal piézoélectri- que En outre, des chocs notables sur le cristal résultant du choc du transducteur contre son bottier peuvent entrat- ner des dommages. Un autre problème inhérent aux sources d'alimenta- tion à transducteur vibrant de la technique antérieure, destinées à des systèmes de signalisation d'état de ban- dage pneumatique étaient soulevées par des transducteurs qui n'étaient sensibles qu'à des vibrations irrégulières du bandage pneumatique et qui, par conséquent, produisaient un courant électrique de sortie variable selon le fonction- nement du bandage pneumatique Ce problème pouvait interdire l'utilisation de la source d'alimentation avec une large variété de dimensions de roues et de charges centrifuges. Un autre problème encore soulevé par les sources d'alimentation à transducteur vibrant concernait la pièce en rotation, comme une roue, car si le transducteur est décalé par rapport à l'axe de rotation de l'élément, les forces centrifuges tendent à ramener le transducteur en alignement avec l'axe Cette force de rappel peut inhiber la vibration du transducteur car l'alignement du trans- ducteur sur l'axe peut entraîner son maintien en appui sur une paroi voisine ou une pièce de support. La présente invention concerne donc un dispositif nouveau et perfectionné qui pallie à certains des problèmes précités ainsi que d'autres, pour réaliser une nouvelle source d'alimentation à transducteur piézoélectrique com- patible pour être utilisée dans un dispositif de signalisa- tion d'état de bandage pneumatique, qui est simple de conception, économique à fabriquer, facile à adapter à plusieurs usages avec une large variété de dimensions de bandages pneumatiques, de circuits radioélectriques et de charges centrifuges, facile à installer et qui assure un fonctionnement amélioré pour la production d'énergie électrique. Une source de courant électrique selon la présente invention comporte donc un transducteur piézoélectrique sen- sible monté sur une base, et agencé pour détecter des vi- brations mécaniques Le transducteur comporte une partie d'extrémité fixée contre tout mouvement de flexion et une autre partie d'extrémité disposée pour pouvoir fléchir Une masse d'accord est montée sur la seconde partie d'extrémité pour faciliter le mouvement de flexion du transducteur, en réponse à des vibrations mécaniques La masse comporte une première et une seconde parois latérales, opposées entre elles Une première et une seconde butées opposées sont formées pour permettre l'appui respectivement de la première et de la seconde parois latérales de la masse La source d'alimentation produit de l'énergie électrique lorsque le transducteur fléchit. Selon un autre aspect de l'invention, la première et la seconde parois latérales de la masse d'accord et la première et la seconde butées opposées sont formées pour inhiber une flexion composée du transducteur par l'appui des deux parois latérales sur les deux butées La largeur de la masse d'accord diminue vers la première partie d'extrémité fixe du transducteur et les butées consistent en des parties de parois d'inclinaison correspondante. Selon un autre aspect de l'invention, la masse d'ac- cord comporte une partie intérieure élastomère et un boîtier extérieur lourd La partie élastomère est fixée sur le transducteur. Selon encore un autre aspect de l'invention, la masse d'accord est dimensionnée par rapport à la lame pour obtenir une fréquence naturelle de résonance du transduc- teur de l'ordre de 60 Hz. L'invention concerne également un dispositif de dé- tection de l'état d'un bandage pneumatique, de préférence du type utilisé sur un véhicule automobile dans lequel le bandage est monté sur une jante et est soumis à des vibra- tions normales Le dispositif comporte un bottier, un dis- positif pour monter le boîtier sur la jante, un dispositif de détection qui contrôle l'état à l'intérieur du bandage pneumatique, un circuit connecté au dispositif de détection pour produire des signaux radioélectriques indiquant l'état du bandage pneumatique, une source d'alimentation connec- tée à ce circuit et un dispositif de réception des signaux radioélectriques La source d'alimentation comporte une lame piézoélectrique de forme symétrique autour d'un rayon du bandage pneumatique. Un avantage offert par l'utilisation de l'invention réside en une source d'alimentation à lame piézoélectri- que destinée à un dispositif de signalisation d'état anor- mal d'un bandage pneumatique, qui produit de l'énergie électrique dans une large variété de conditions de fonction- nement et de charges centrifuges pour alimenter un émetteur radioélectrique. Un autre avantage qu'apporte l'invention réside dans une source d'alimentation à lame piézoélectrique dans la- quelle l'amplitude de flexion de la lame piézoélectrique est limitée pour assurer une longévité pratiquement infinie de la source d'alimentation. Un autre avantage de l'invention réside dans une source d'alimentation à lame piézoélectrique qui comporte une masse d'accord dimensionnée par rapport à la lame pour obtenir une fréquence de résonance prédéterminée de la sour- ce d'alimentation compatible avec les vibrations de la roue, afin d'obtenir un fonctionnement optimal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés et sur lesquels la figure 1 est une coupe d'un émetteur radioélectri- que destiné à un dispositif de signalisation d'état anormal de bandage pneumatique comprenant une source d'alimentation à lame piézoélectrique selon l'invention. La figure 2 est une coupe d'une lame piézoélectrique et d'une masse d'accord, formées selon l'invention. La figure 3 est une coupe partielle en bout d'une lame piézoélectrique et d'une masse d'accord formées selon l'invention. La figure 4 est une vue à grande échelle d'une source d'alimentation à lame piézoélectrique reçue dans une chambre de boîtier, illustrant particulièrement le mouvement de flexion de la lame, y compris l'appui sur les parois laté- rales de la chambre du boîtier. La figure 5 est une coupe partielle dlun dispositif émetteur radioélectrique selon l'invention monté dans un bandage pneumatique de véhicule automobile, et montre parti- culièrement l'alignement de la source d'alimentation à lame piézoélectrique suivant un rayon du bandage pneumati- que, et la figure 6 est une coupe d'un autre mode de réalisa- tion de l'invention destiné à un dispositif de signalisa- tion d'état anormal d'un bandage pneumatique comprenant une source d'alimentation à lame piézoélectrique selon l'in- vention. Les figures représentent donc un boîtier A d'émetteur radioélectrique agencé pour être monté sur un bandage pneumatique B de véhicule automobile, et comprenant un cir- cuit radioélectrique 10 et une source d'alimentation 12 à lame piézoélectrique destinée à fournir l'énergie électri- que au circuit. Plus particulièrement, et en regard de la figure 1, le boîtier d'émetteur A contient un circuit d'émetteur radioélectrique 10 destiné à un dispositif de signalisa- tio II de bandage pneumatique dégonflé Un capteur 20 d'état de bandage pneumatique détecte si le bandage se trouve dans une condition anormale et, conjointement avec un cir- cuit logique compris dans le circuit radioélectrique 10, il produit un signal d'identification vers un récepteur associé (non représenté) Le circuit radioélectrique 10 et la source d'alimentation 12 sont enfermés dans un boîtier 14 qui comprend une paroi de base 16 formée de manière à s'adapter exactement contre la jante 18 d'une roue dans la cavité pour le bandage pneumatique (figure 5). En se référant particulièrement aux figures 2, 3 et 4, la source d'alimentation 12 comporte un élément transducteur 22 piézoélectrique, sensible, s'étendant ra- dialement et une masse d'accord 24 L'élément transducteur 22 consiste en une lame ou un cristal piézoélectrique dont une extrémité ou partie de base 26 est fixée contre tout mouvement de flexion par son introduction dans une base de maintien élastomère 28 Des chocs violents sur une roue comprenant le dispositif selon l'invention pourraient en- dommager sérieusement l'élément 22 La base de maintien 28 isole la lame de cristal des chocs violents mais per- met à une seconde partie d'extrémité 30 de fléchir en ré- ponse à des vibrations normales de la roue La base de maintien a également pour fonction de protéger l'élément 22 contre les court-circuits électriques de l'élément pen- dant le fonctionnement. La masse d'accord 24 est montée sur la seconde extré- mité 30 du transducteur et facilite le mouvement de flexion de ce dernier en réponse aux vibrations mécaniques imprimées par la roue. La masse d'accord 24 consiste en une partie inté- rieure élastomère 38 et en un boîtier extérieur lourd 40. L'élastomère peut être l'une quelconque des nombreuses matières semblables au caoutchouc, qui sont actuellement disponibles; d'une façon similaire, le bottier 40 peut être réalisé en l'une quelconque des nombreuses matières lourdes, bien que le plomb soit utilisé de préférence La partie élastomère 38 a une forme renflée aux deux extré- mités et elle est fixée chimiquement sur la lame piézo- électrique 22 selon des techniques courantes de fixation par moulage Le boîtier extérieur lourd 40 est ajusté en compression sur la partie élastomère de manière à isoler 2543249 k la lame des chocs physiques sur le boîtier extérieur pen- dant le fonctionnement du dispositif Il importe égale- ment que la partie élastomère intérieure isole électrique- ment le boîtier extérieur 40 de l'élément transducteur 22 car le bottier extérieur 40 peut être réalisé d'une matière qui peut quelquefois courtcircuiter les électrodes de l'élément de lame piézoélectrique 22 L'ajustage à compres- sion du boîtier extérieur sur la partie élastomère inté- rieure assure un meilleur fonctionnement que la fixation plus courante par adhésif du boîtier sur la partie intérieure. Bien que dans le présent mode de réalisation, Tà partie élas- tomère intérieure ait une forme renflée aux deux extrémités, de nombreuses autres configurations pourraient également convenir pour un bon ajustage par compression, par exemple telle une forme avec une partie centrale élargie de la pièce élastomère intérieure, reçue dans un logement corres- pondant de la masse d'accord. Il s'est avéré que la source d'alimentation 12 pou- vait être accordée de manière à être particulièrement sen- sible aux vibrations courantes des roues se produisant pen- dant le fonctionnement du véhicule La fréquence de réso- nance du transducteur peut être changée en réglant les di- mensions de la masse d'accord 24 ou en réglant le rapport entre la longueur de la lame piézoélectrique 22 et la mas- se 24 De préférence, la source d'alimentation est réglée pour que sa fréquence de résonance soit environ de 60 Hz, ce qui assure une production optimale d'énergie électrique pendant la rotation de la roue. Le transducteur piézoélectrique et la masse d'accord sont enfermés dans une chambre 36 de transducteur (figu- re 1) qui est dimensionnée pour contenir étroitement la masse d'accord afin de limiter le mouvement de flexion de la lame. Comme le montre particulièrement la figure 4, la masse d'accord 24 comporte une première paroi latérale 44 et une seconde paroi latérale 46 opposée Une première et une seconde butée 48, 50 opposées sont prévues pour limiter l'amplitude des vibrations de l'élément transducteur 22 à des niveaux de sécurité de contrainte en flexion Les bu- tées forment lesparois latérales de la chambre 36 de trans- ducteur Les butées 48, 50 sont inclinées pour s'ajuster à l'appui des parois latérales 44, 46 également inclinées de la-masse d'accord afin d'inhiber une flexion composée de l'élément transducteur 22 en fonctionnement Une flexion composée pourrait se produire si la masse d'accord 24 venait en contact avec la butée de manière à provoquer une courbure ou une contrainte dans l'élément transducteur 22 en plus de la courbure ou contrainte normale apparaissant dans l'élé- ment transducteur sous l'effet des vibrations régulières de la lame. De préférence, les parois latérales de la masse d'accord 24 sont inclinées pour s'appliquer contre les bu- tées inclinées quand la lame 22 est fléchie pendant sa vi- bration à la limite de course permise La combinaison d'une source d'alimentation 12 avec les caractéristiques d'une amplitude de vibrations limitée et d'un appui à plat de la masse -d'accord sur les butées assure à cette source d'ali- mentation une longévité extrême avec des tendances limitées vers les défauts de fonctionnement résultant de fissures et de ruptures par contraintes en flexion La réalisation particulière des butées selon l'invention comprenant les butées inclinées élimine la nécessité des tolérances étroi- tes de contrôle de flexion parabolique ou hyperbolique lors du fonctionnement de la source d'alimentation. Il est bien connu que la flexion d'une matière piézo- électrique produit une tension aux bornes de la matière. Dans le cas de l'élément transducteur 22, la différence de potentiel produite pendant les vibrations est transmise au circuit radioélectrique A par des conducteurs électri- ques 52, 54 montés en contact électrique sur les faces op- posées de l'élément transducteur 22 En plus des butées 48, , des limiteurs supplémentaires du mouvement de la masse d'accord sont prévus à l'opposé de la paroi supérieure 58 de la masse et à l'opposé des parois latérales supplémentaires , 62 (figure 2) de la masse pour protéger le générateur à lame piézoélectrique des manipulations et des chocs de la roue. Comme le montre particulièrement la figure 5, le bottier d'émetteur A est monté dans un creux de jante, contre la jante 18 avec un collier de retenue 70 réglable. La source d'alimentation 12 est positionnée dans le bottier 14 de manière que, lorsque la paroi de base 16 du boîtier est correctement alignée avec la jante 18, l'élément de lame piézoélectrique 22 est aligné avec un rayon de la roue B. Pendant le fonctionnement, les forces centrifuges s'exer- cent sur la masse d'accord 24 pour la forcer à s'éloigner du centre 72 de rotation de la roue Ces forces tendent à aligner le plan défini par l'élément de lame piézoélectri- que 22 avec un rayon Dans le cas o l'élément de lame 22 n'est pas aligné à l'état d'équilibre au repos avec un rayon, pendant le fonctionnement, les forces centrifuges tendent à courber l'élément de lame vers un tel alignement et peuvent appliquer continuellement la masse d'accord 24 contre la butée voisine Cet appui continu a pour effet de. réduire les vibrations de l'élément de lame et, par consé- quent, la capacité de la source d'alimentation 12 à ali- menter le circuit radioélectrique Selon un aspect de l'in- vention, si l'élément de lame 22 est correctement aligné sur un rayon-de la roue, la source d'alimentation 12 assure une amplitude maximale des vibrations en fonctionnement avec la capacité maximale d'alimentation du circuit radio- électrique Dans le but d'assurer l'alignement correct avec un rayon de la roue, il peut être nécessaire dans certaines applications de positionner l'élément de lame 22 au centre du boîtier comme le montre la figure 6 A cet égard, il faut noter que, selon la figure 6, l'élément de lame est positionné au centre d'un bottier dont la forme est symé- trique Autrement dit, la partie gauche du boîtier est sy- métrique de sa partie droite Ce type de réalisation faci- lite le positionnement correct de l'élément de lame le long d'un rayon de la roue. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. il R E VE N D I C A T I O N S 1 Dispositif de détection de l'état d'un bandage pneuma- tique, de préférence du type utilisé sur un véhicule à moteur dans lequel le bandage pneumatique est monté sur une jante et ce bandage pneumatique est soumis à des vibrations normales de la roue, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier ( 14), un dispositif ( 70) pour monter le boîtier sur la jante, un dispositif de détection ( 20) pour contrôler une condition à l'intérieur du bandage pneumatique, un circuit ( 10) comprenant un circuit d'émetteur radioélectrique connec- té au dispositif de détection ( 20) pour produire des signaux radioélectriques indiquant l'état du bandage pneumatique, une source d'alimentation ( 12) connectée au circuit ( 10), la sour- ce d'alimentation ( 12) comprenant une lame piézoélectrique ( 22) comportant une partie de base et une partie dlextrémité, la partie de base étant fixée au bottier ( 14) par un élastomère, et une masse d'accord ( 24) montée sur la partie d'extrémité, la source d'alimentation ( 12) comprenant en outre des butées opposées ( 48, 50) espacées de la masse d'accord ( 24) pour per- mettre la flexion de la lame ( 22) entre elles, les butées ( 48, 50) et la masse d'accord ( 24) étant formées de manière à s'appuyer à plat pour inhiber toute courbure composée de la lame ( 22) pendant la flexion, et un dispositif de réception desdits signaux électriques. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier ( 14) est monté dans un creux de jante, la lame piézoélectrique ( 22) étant alignée avec un rayon de la jante. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les butées ( 48, 50) consistent en des parties de parois du boîtier ( 14), les butées étant espacées de la masse d'accord ( 24) pour limiter le mouvement de flexion de la lame ( 22) dans une mesure qui évite d'endommager la lame ( 22) par-des con- traintes en flexion. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse d'accord ( 24) est dimensionnée par rapport à 254349 a la lame ( 22) pour obtenir une fréquence de résonance naturelle de la source d'alimentation ( 12) de l'ordre de 60 Hz. Dispositif-selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse d'accord ( 24) comporte une pièce isolante intérieure élastomère ( 38) et un bottier extérieur lourd ( 40), la pièce isolante ( 38) étant fixée chimiquement sur la lame ( 22) et isolant ladite lame des chocs physiques sur le-boî- tier extérieur ( 40). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bottier extérieur lourd ( 40) est ajusté en compres- sion sur la pièce isolante intérieure élastomère ( 38). 7 Source d'alimentation électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un transducteur piézoélectrique ( 22) sensible monté sur une base, adapté pour détecter des vibrations mécani- ques, dont une partie d'extrémité est fixée contre tout mouve- ment de flexion et dont une seconde partie d'extrémité est disposée pour pouvoir fléchir, une masse d'accord ( 24) montée sur ladite seconde partie d'extrémité du transducteur ( 22) pour faciliter le mouvement de flexion dudit transducteur en réponse à des vibrations mécaniques, la masse ( 24) comportant une première et une seconde parois latérales opposées ( 44, 46) et une première et une seconde butées ( 48, 50) formées pour l'appui à plat de la première et la seconde paroi latérale respectivement, de manière que de l'énergie électrique soit produite quand le transducteur ( 22) fléchit. 8 Source d'alimentation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la première et la seconde parois laté- rales ( 44, 46) de la masse d'accord ( 24) et la première et la seconde butées ( 48, 50) opposées sont formées de manière à inhiber toute flexion composée du transducteur ( 22) à l'appui de la première et de la seconde parois latérales ( 44, 46) sur la première et la seconde butées ( 48, 50). 9 Source d'alimentation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les parois latérales de la masse d'ac- cord ( 24) sont inclinées vers la première partie d'extrémité du transducteur ( 22), et les butées ( 48, 50) comportent des parties de paroi inclinées correspondantes. Source d'alimentation selon la revendication 8,. caractérisée en ce que les butées -( 48, 50) sont espacées du transducteur ( 22) pour permettre un mouvement de flexion du transducteur à des niveaux de sécurité de contrainte en flexion. 11 Source d'alimentation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la masse d'accord ( 24) comporte une partie élastomère intérieure ( 38) et un bottier extérieur lourd ( 40), la partie élastomère ( 38) étant fixée sur le transducteur ( 22). 12 Dispositif de détection d'une condition anormale d'un bandage pneumatique du type utilisé sur un véhicule automobile, ce dispositif comprenant un bottier ( 14) fixé sur la jante de la roue, un dispositif de détection ( 20) monté sur le bottier pour contrôler une condition à l'intérieur du bandage pneumatique, un circuit ( 10) enfermé dans le bottier et connecté au dispositif de détection pour émettre un signal radioélectrique à la détection d'une condition prédéterminée par le dispositif de détection et un dispositif de réception dudit signal et indiquant l'état du bandaqe orneumatique, disposi- tif caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation ( 12) à cristal piézoélectrique comprenant une lame piézoélec- trique ( 22) s'étendant radialement, montée par un élastomère sur le bottier ( 14), la source d'alimentation ( 12) comportant en outre une masse d'accord ( 24) montée sur une partie d'extrê- mité de la lame ( 22) pour en faciliter les vibrations, la masse d'accord ( 24) étant dimensionnée par rapport à la lame ( 22) pour produire des vibrations à une fréquence de résonance de la source d'alimentation ( 12), ladite fréquence derésonance étant obtenue pendant l'utilisation normale du bandage pneumatique du véhicule automobile. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, des butées ( 48, 50) limitant l'amplitude de vibration de la lame ( 22) et de la masse d'ac- cord ( 24) à des niveaux de sécurité de contrainte en flexion de la lame. 254349 e -14, I)s Qsjt:, gel,çrn 1 % reyendtcçtion 13, carac- tériaé en ce que legs b utées itettre un Appuî, àlat de, matsse d'accord ( 24) pour inhiber toute flexion composée de 1 l lame ( 22)