Brevet FR2890256A1 — publié le 20070302

L'invention concerne un procédé d'alimentation électrique d'au moins un composant actif d'un système électronique autonome faisant partie d'un montage comprenant un palier à roulement, ainsi qu'un tel montage. Dans le cadre de l'utilisation de tels montages, il est de plus en plus souvent nécessaire de bénéficier d'informations sur des paramètres de fonctionnement et/ou d'identification dudit montage. En particulier, de telles informations sont utilisées pour optimiser le fonctionnement du montage et/ou sa maintenance. io Pour ce faire, il est connu de prévoir un système électronique comprenant un composant actif apte à fournir les informations pertinentes lorsque celles-ci sont nécessaires. En particulier, dans nombres d'applications, il est souhaitable de prévoir un is composant actif qui est autonome en énergie électrique, de sorte notamment à s'affranchir d'une liaison filaire entre celui-ci et l'environnement du montage. Dans ces réalisations, il se pose toutefois le problème de l'alimentation électrique dans le temps du composant actif autonome. Pour tenter de résoudre ce problème, un grand nombre de réalisations ont été développées. En particulier, on a proposé d'utiliser un élément de type piézoélectrique comprenant une masse sismique pour transformer en énergie électrique une énergie mécanique générée lors du fonctionnement du montage. Toutefois, ce type de solution est limité par les contraintes d'intégration du système électronique et de son alimentation électrique dans le montage, et ce notamment en termes dimensionnels et de poids. Par conséquent, pour chaque intégration envisagée, il est nécessaire de prévoir un développement spécifique tant du système électronique que de l'élément piézoélectrique, ce qui limite la modularité des solutions connues. L'invention vise notamment à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un procédé et un montage qui permettent d'utiliser une source d'énergie propre audit montage pour alimenter électriquement un composant actif, et ce en améliorant la modularité de la solution vis-à- vis des contraintes mécaniques et électriques d'intégration. À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé d'alimentation électrique d'au moins un composant actif d'un système électronique autonome faisant partie d'un montage comprenant un palier à roulement, ledit montage comprenant au moins une zone présentant des variations d'au moins un état lors de la rotation du palier, ledit procédé prévoyant: d'équiper ladite zone avec un substrat comprenant des moyens de conversion desdites variations en signal électrique, lesdits moyens étant agencés pour, en fonction des caractéristiques des variations et de celles de la zone, fournir une énergie électrique suffisante pour l'alimentation du composant actif; ls d'intégrer au système électronique un dispositif d'exploitation qui est agencé pour transformer le signal électrique en courant nécessaire à l'alimentation électrique du composant actif; - de monter le système électronique sur le substrat en mettant en communication électrique le composant actif avec les moyens de conversion par l'intermédiaire du dispositif d'exploitation de sorte à alimenter ledit composant actif avec le courant électrique. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un montage comprenant un palier à roulement et un système électronique autonome comprenant au moins un composant actif, ledit montage comprenant au moins une zone présentant des variations d'au moins un état lors de la rotation du palier, ledit montage étant caractérisé en ce que ladite zone est équipée d'un substrat qui comprend des moyens de conversion desdites variations en signal électrique, ledit système électronique étant monté sur le substrat avec le composant actif en communication électrique avec les moyens de conversion par l'intermédiaire d'un dispositif d'exploitation du signal électrique qui est intégré audit système, ledit dispositif d'exploitation étant agencé pour transformer le signal électrique en courant nécessaire à l'alimentation électrique du composant actif. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un montage comprenant un s roulement dont la bague extérieure est équipée d'un substrat sur lequel un système électronique est monté de sorte à alimenter en électricité un composant actif dudit système; la figure 2 est une vue en perspective d'un montage comprenant un roulement de roue de véhicule automobile, la bague extérieure dudit io roulement étant équipée selon la figure 1. En relation avec les figures, on décrit un montage comprenant un roulement de roue de véhicule automobile. Toutefois, l'invention n'est nullement limitée à cette application spécifique puisqu'elle s'applique à tous types de montage comprenant un palier à roulement, que ce soit pour l'industrie automobile ou pour d'autres domaines techniques. Selon la figure 2, le roulement comprend une bague extérieure fixe 1, une bague intérieure tournante 2 et des corps roulants disposés de façon connue entre lesdites bagues pour permettre la rotation relative des bagues 1, 2. La bague fixe 1 comprend une bride 5 pourvue de quatre saillies 5a disposées sensiblement à 90 les unes des autres, dans chacune desquelles un trou 6 de fixation au châssis est formé. Lors de l'utilisation du montage, la bride 5 subit des contraintes mécaniques importantes qui induisent une déformation de celle-ci. En particulier, lors de la rotation du roulement, le passage périodique des corps roulants induit des déformations locales périodiques de la bague extérieure 1 et donc celle de la bride 5. Selon une réalisation, l'invention propose d'utiliser ces déformations locales périodiques pour alimenter au moins un composant actif d'un système électronique 8 faisant partie du montage. En variante ou en complément, d'autres zones du montage présentant des déformations mécaniques ou des variations d'un autre état, comme les vibrations du montage ou la température, peuvent être utilisées pour générer une énergie électrique. En particulier, la bague intérieure tournante peut être équipée selon l'invention. Le composant actif peut être formé d'au moins un capteur d'un paramètre de fonctionnement du montage, tel qu'un capteur de vibration, de position, de vitesse, de température, d'humidité, d'usure. En outre, ou de façon alternative, on peut prévoir au moins un composant io d'identification actif, telle qu'une étiquette radiofréquence de type REID dans laquelle des informations concernant le montage ou son environnement peuvent être écrites et/ou lues. Le système électronique 8 est autonome en électricité de sorte notamment à s'affranchir de toute liaison filaire entre le montage et l'environnement extérieur à celui-ci. Ainsi, le fonctionnement du système électronique 8 n'interfère pas avec celui du montage. Pour ce faire, l'invention prévoit d'équiper la bride 5 avec un substrat 9 comprenant des moyens de conversion 10 des déformations en signal électrique. Les moyens 10 sont agencés, notamment en ce qui concerne leur géométrie et/ou leur disposition sur la zone, pour fournir une énergie électrique suffisante pour l'alimentation du composant actif. Cette adaptation des moyens de conversion est notamment fonction des caractéristiques des déformations, de celles de la zone et des conditions d'utilisation du montage, de sorte à fournir une puissance électrique suffisante. Par ailleurs, un dispositif d'exploitation qui est agencé pour transformer le signal électrique en courant nécessaire à l'alimentation électrique du composant actif est intégré au système électronique 8. En particulier, le dispositif d'exploitation permet la mise en forme du signal électrique et l'adaptation de celui-ci au composant actif. L'intégration du dispositif d'exploitation dans le système électronique 8 permet de répondre de façon satisfaisante aux contraintes de montage et de standardisation, en particulier du fait qu'elle ne prévoit pas l'implantation d'un système électronique distinct pour la génération d'énergie électrique. Selon l'invention, il est prévu de monter le système électronique 8 sur le substrat 9 en mettant en communication électrique le composant actif avec les moyens de conversion par l'intermédiaire du dispositif d'exploitation de sorte à alimenter ledit composant actif avec le courant électrique. Ainsi, il est possible de développer un système électronique 8 standard, io notamment présentant un boîtier de conditionnement standard, pour une gamme de montage, qui est monté sur un substrat 9 spécifique à la zone de sorte à fournir l'alimentation électrique nécessaire. Cette réalisation permet notamment d'utiliser le même système électronique 8 pour différents montages, ou pour un même montage dans des conditions d'utilisation ou des zones différentes. En outre, le système électronique 8 étant monté sur le substrat 9, l'intégration dudit système dans le montage en est simplifié. Par ailleurs, il est possible de configurer le substrat 9 de sorte qu'il présente des caractéristiques mécaniques de protection du système électronique 8 lors du fonctionnement du montage. En effet, le substrat 9 fait fonction d'interface entre le système électronique 8 et la zone du montage. En relation avec les figures, on décrit un mode de réalisation d'un montage dans lequel les moyens de conversion 10 sont à base d'un matériau piézoélectrique. En variante, lorsque l'état variant lors de la rotation du palier est la température, les moyens de conversion 10 peuvent être à base d'un matériau thermoélectrique. En outre, on peut prévoir des moyens de conversion 10 à base de matériau piézoélectrique et de matériau thermoélectrique. Dans la réalisation représentée, le substrat 9 est formé d'une plaque de matériau, par exemple céramique, qui est associée sur une face latérale de la bride 5, par exemple par collage ou analogue. En particulier, la zone équipée du substrat est choisie pour présenter des déformations importantes, par exemple entre deux premières saillies 5a. Le substrat comprend un revêtement formé d'un réseau discret du matériau piézoélectrique, par exemple polymérique. Cette réalisation permet de localiser la conversion d'énergie sur des zones du substrat où les amplitudes des déformations périodiques sont maximales, par exemple en optimisant la disposition du matériau piézoélectrique. En outre, le substrat 9 présente une fonction de transmission des déformations qui peut être optimisée, de sorte par io exemple à concentrer lesdites déformations au niveau du matériau piézoélectrique. En variante, on peut prévoir un revêtement continu ou que le substrat soit réalisé directement en matériau piézoélectrique par exemple de type céramique. Dans ces réalisations, la forme, la surface et l'épaisseur du matériau piézoélectrique peuvent être adaptées, notamment en fonction des caractéristiques des déformations périodiques, pour fournir une puissance électrique suffisante pour alimenter en électricité le composant actif. Typiquement, dans le montage selon la figure 2, la puissance récupérable est de l'ordre de 300 W/crn3 par effet piézoélectrique et de l'ordre de 40 W/cm3 par effet Peltier. Dans les réalisations décrites, les moyens de conversion piézoélectrique 10 sont dépourvus de masse sismique, ce qui facilite leur intégration dans le 25 montage. Le système électronique 8 est par exemple sous la forme d'un microsystème électronique ou d'un système microélectromécanique (MEMS) qui intègre un dispositif d'exploitation par exemple formé d'un circuit électronique connu de l'homme du métier. Ce type de système 8 présente l'avantage de pouvoir intégrer plusieurs fonctions dans un encombrement réduit, en assurant une protection des composants électroniques. En outre, il peut être connecté de façon standardisée, par exemple au moyen de pattes de connexion prévues saillantes du boîtier de conditionnement. Le système électronique 8 peut intégrer au moins l'un des moyens choisis dans le groupe comprenant: - des moyens de stockage et de gestion de l'énergie, par exemple sous la forme d'une batterie rechargeable; des moyens de traitement des signaux issus du composant actif, par exemple sous la forme de moyens logiciels et de stockage des données qui peuvent être intégrés dans un ASIC; des moyens de communication radioélectrique avec le composant actif; par exemple comprenant un transmetteur radiofréquence faible consommation à antenne intégrée qui permet la communication entre le composant actif et une centrale extérieure de réception et de traitement du signal. Bien que la description soit réalisée en relation avec un substrat solidarisé à la bague extérieure du roulement, on peut prévoir d'équiper une autre zone du montage ou du roulement, par exemple un joint d'étanchéité ou la bague tournante de ce dernier. En outre, on peut prévoir plusieurs substrats équipant des zones différentes pour alimenter électriquement plusieurs composants actifs qui seraient nécessaires au montage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation électrique d'au moins un composant actif d'un système électronique autonome (8) faisant partie d'un montage comprenant un s palier à roulement, ledit montage comprenant au moins une zone présentant des variations d'au moins un état lors de la rotation du palier, ledit procédé prévoyant: d'équiper ladite zone avec un substrat (9) comprenant des moyens de conversion (10) desdites variations en signal électrique, lesdits moyens io étant agencés pour, en fonction des caractéristiques des variations et de celles de la zone, fournir une énergie électrique suffisante pour l'alimentation du composant actif; d'intégrer au système électronique (8) un dispositif d'exploitation qui est agencé pour transformer le signal électrique en courant nécessaire à 15 l'alimentation électrique du composant actif; de monter le système électronique (8) sur le substrat (9) en mettant en communication électrique le composant actif avec les moyens de conversion (10) par l'intermédiaire du dispositif d'exploitation de sorte à alimenter ledit composant actif avec le courant électrique. 2. Procédé d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations d'état sont choisies dans le groupe comprenant les vibrations, les déformations périodiques du palier induit par la rotation dudit palier et les variations de température. 3. Procédé d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la géométrie et/ou la disposition des moyens de conversion (10) est adaptée pour fournir une énergie électrique suffisante pour l'alimentation du composant actif. 4. Montage comprenant un palier à roulement et un système électronique autonome (8) comprenant au moins un composant actif, ledit montage comprenant au moins une zone présentant des variations d'au moins un état lors de la rotation du palier, ledit montage étant caractérisé en ce que ladite zone est équipée d'un substrat (8) qui comprend des moyens de conversion (10) desdites variations en signal électrique, ledit système électronique étant monté sur le substrat (8) avec le composant actif en communication électrique avec les moyens de conversion (10) par l'intermédiaire d'un dispositif d'exploitation du signal électrique qui est intégré audit système, ledit dispositif d'exploitation étant agencé pour transformer le signal électrique en courant nécessaire à l'alimentation électrique du composant actif. 5. Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système io électronique (8) comprend au moins un composant actif formé d'un capteur d'un paramètre de fonctionnement du montage. 6. Montage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le système électronique (8) comprend au moins un composant d'identification actif. 7. Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le système électronique (8) intègre au moins l'un des moyens choisis dans le groupe comprenant des moyens de stockage de l'énergie, des moyens de traitement des signaux issus du composant actif, des moyens de communication radioélectrique avec le composant actif. 8. Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de conversion (10) sont à base d'un matériau piézoélectrique et/ou d'un matériau thermoélectrique. 9. Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le substrat (9) intègre les moyens de conversion (10). 10. Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce 30 que le substrat (9) comprend un revêtement intégrant les moyens de conversion (10). 11. Montage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le revêtement comprend un réseau discret de moyens de conversion (10). io 12. Montage selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que le substrat (9) est solidarisé à un élément (1, 5) du palier à roulement. 13. Montage selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément est choisi dans le groupe comprenant les bagues (1) du roulement et un joint d'étanchéité du roulement.