Brevet FR2941410A1 — publié le 20100730

Le dispositif selon l'invention permet la transformation de l'énergie inertielle dispensée par la masse suspendue d'un véhicule se déplaçant en captant les mouvements de celle-ci lorsqu'elle décrit verticalement des courses va-et-vient aléatoires commandées par l'action des amortisseurs du véhicule L'inertie récupérable de la masse d'un véhicule consiste en l'opposition entre un premier ensemble constitué de son habitacle et de ses organes mécaniques reposant sur des amortisseurs et un deuxième ensemble porté par les roues sollicitées par les chocs l o occasionnés par les aspérités de la route parcourue par ledit véhicule. Adapté en application principale aux véhicules électriques, le dispositif selon l'invention transforme les courses va-et-vient de la masse suspendue du véhicule telle que décrite ci-dessus en une 15 rotation régulée de même sens appliquée sur un volant d'inertie porté par un arbre. Ce volant entraînera un alternateur qui rechargera en permanence les batteries, et augmentera de ce fait l'autonomie du véhicule. Les techniques actuelles ont effectué ces dernières années des 20 progrès notoires dans les performances des éléments de batteries, remplaçant le plomb traditionnel par le nickel- cadmium et dernièrement par le lithium, métal étant assez rare sur la planète, coûteux et d'exploitation délicate. L'autonomie de ces batteries reste cependant limitée dans le cadre 25 de la traction d'un véhicule par la rapidité de décharge qu'implique l'effort consécutif à cette mise en mouvement. Les véhicules tout électriques actuels ne se conçoivent raisonnablement qu'en cycle urbain avec une autonomie d'environ 150 kilomètres pour les plus performants. .3o Il existe des dispositifs permettant de recharger les batteries d'un véhicule tout en roulant, en faisant appel à l'énergie de décélération d'une part, et d'autre part en plaçant un moteur auxiliaire entraînant un alternateur, ledit moteur fonctionnant au carburant dit propre comme le GPL par exemple. 35 Ce procédé présente deux inconvénients : - une dépendance d'approvisionnement du dit carburant, - la réservation d'un espace important pour placer les éléments indispensables à son installation. Le dispositif selon l'invention permet de recharger les batteries lors du déplacement du véhicule par captation et transformation des mouvements de la masse de sa première partie suspendue par opposition avec sa seconde partie constituée des organes sollicités par les aspérités de la route. Le dispositif se présente sous la forme d'un boîtier de dimensions réduites adaptable à tout véhicule. I o Ce boîtier contient des pièces mécaniques et se place sur la première partie suspendue du véhicule. Il est relié par un câble souple à un organe de la seconde partie soumise à des courses va-et-vient aléatoires occasionnées par les chocs engendrés par les aspérités du sol parcouru par les roues du véhicule. 15 Le dispositif selon l'invention comprend dans sa forme la plus générale un boîtier tenant lieu de bâti fixé sur la première partie suspendue du véhicule et contenant : - Un premier arbre d'entrée guidé en rotation sur le bâti selon un premier roulement à prise irréversible s'appuyant sur ce bâti, ne 20 pouvant être entraîné qu'en un sens unique de rotation, - Une poulie à gorge entraînant en rotation le premier arbre par l'intermédiaire d'un deuxième roulement à prise irréversible, cette poulie étant sollicitée dans son sens de rotation libre en tension potentielle exercée par un ressort de rappel s'appuyant sur le bâti, 25 - Un câble souple qui, après fixation par une extrémité et enroulement sur la gorge de la poulie, la relie à un élément du véhicule soumis aux chocs selon une tension entretenue en permanence par l'action du ressort de rappel, - Un deuxième arbre entraînant un volant d'inertie dans un sens 3o unique de rotation par un troisième roulement à prise irréversible, ce volant entraînant indépendamment un alternateur par un troisième arbre qui lui est solidaire. - Des moyens pour coupler et multiplier la rotation du premier arbre au deuxième arbre. Le dispositif permet ainsi une relance régulière et une régulation du volant d'inertie entretenue par des pulsions à fréquences très courtes appliquées par la poulie dans le sens de rotation de fonctionnement de l'alternateur, tout en assurant un effet de roue libre laissant le volant tourner sur son élan dans le sens utile et continuant d'entraîner le dit alternateur. Des rotations de sens alternées sont ainsi appliquées sur la poulie to par le câble répondant aux différences d'éloignements entre la première partie suspendue du véhicule et la seconde partie soumise aux aspérités de la route qu'il parcourt. Ainsi lorsque les roues du véhicule encaissent une bosse de la chaussée, elle provoque : 15 - en premier lieu une compression des amortisseurs provoquant un relâchement du câble immédiatement compensé par le rappel du ressort exercé sur la poulie. - en deuxième lieu une détente des amortisseurs du véhicule avec un éloignement les première et deuxième parties citées, provoquant de 20 ce fait une tension appliquée sur le câble qui entraîne la poulie en rotation tout en retendant le dit ressort de rappel. Par cette action, la poulie applique sur le dispositif une pulsion d'entraînement en rotation de ses organes dans le sens de prise des premier et deuxième irréversibles lançant le volant d'inertie et 25 conséquemment l'alternateur. Les successions des creux et des bosses au sol lorsque le véhicule roule induisent ainsi des pulsions rotatives alternatives appliquées à la poulie et au volant d'inertie dans son sens de prise, dont l'élan et la régulation sont entretenus par l'effet de roue libre. 3o Le jeu d'enroulement du câble sur la poulie et l'action de rappel appliqué par le ressort à tout moment permettent d'assurer le fonctionnement du dispositif selon un ajustement automatique quel que soit sa hauteur en fonction de son chargement. Pour ce faire, le ressort de rappel devra couvrir un développé de tension efficace sur plusieurs tours de la poulie. Selon un mode particulier de réalisation, étant posé le fait pour ce qui va suivre que les dénominations première et deuxième partie du s véhicule s'appliquent respectivement à sa partie suspendue d'une part et à sa partie soumise aux aspérités du sol d'autre part, le dispositif comprend : - un boîtier tenant lieu de bâti fixé à la première partie du véhicule et comprenant : to - un premier arbre d'entrée guidé en un sens unique de rotation sur le bâti par un roulement à prise irréversible s'appuyant sur ce dit bâti, - une poulie conçue selon un tambour à gorge tournée en tracé hélicoïdal montée lui-même sur le premier arbre par un deuxième 15 roulement à prise irréversible et l'entraînant dans son unique sens de rotation. Cette poulie est entretenue en tension permanente dans son sens de rotation de retour libre par un ressort de rappel s'appuyant sur le bâti. - un câble souple fixé à une extrémité en un point de la gorge du 20 tambour et qui, après enroulant sur celle-ci, relie le dit tambour à une à un élément du véhicule soumis aux chocs selon une tension entretenue en permanence par l'action du ressort de rappel, - un deuxième arbre entraînant un volant d'inertie dans un sens unique de rotation par un troisième roulement à prise irréversible, ce 25 volant entraînant indépendamment un alternateur par un troisième arbre qui lui est solidaire. - une suite de roues d'engrenages en prise les unes sur les autres assurant une multiplication de la vitesse lente et aléatoire de l'arbre d'entrée, avec intercalaire d'au moins un organe élastique, vers le 3o deuxième arbre entraînant le volant d'inertie. L'organe élastique assure un amortissement indispensable des inerties de démarrage et s d'accélération induites par les pulsions de ce premier arbre, tout en permettant un stockage brutal d'énergie et sa restitution immédiate et douce dispensée pour la régulation de l'ensemble du dispositif Le premier roulement à prise irréversible trouve ici son utilité en s bloquant en anti-retour le premier arbre lors du rappel de la poulie animée de pulsions de sens alternés. - un alternateur entraîné par la prise en rotation et l'élan inertiel du volant d'inertie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au 10 cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel : La figure 1 représente en demi coupe longitudinale la partie basse du boîtier contenant l'ensemble du dispositif. En références à cette unique figure 1, le dispositif comprend : 15 - un boîtier tenant lieu de bâti (1) à faces constituées de tôles usinées et assemblées les unes aux autres, ou conçu selon un caisson thermoformé avec couvercle vissé, l'ensemble étant fixé par des pattes d'ancrage (12, 13, ...) à la première partie du véhicule - un arbre central (14) parcourrant toute la longueur du dispositif 20 selon un axe général XX' et servant de support à toutes les pièces mobiles constituant ce dispositif, - un premier arbre creux (2) guidé en rotation sur l'arbre central (14) qu'il entoure et sur le bâti par un premier roulement à prise irréversible (3) s'appuyant sur le dit bâti. 25 - un tambour (4) présentant en circonférence une rainure tenant lieu de gorge tournée en développé hélicoïdal. Ce tambour est monté sur le premier arbre (2) par l'intermédiaire d'un deuxième roulement à prise irréversible (5) l'entraînant selon son sens unique de rotation. - un premier ressort à lame spiralée (6) s'appuyant sur le bâti et assurant une tension de rappel en rotation au tambour (4) - un câble souple (7) fixé à une extrémité dans la gorge du tambour (4) en le reliant, après enroulement sur cette gorge, à un élément de s la deuxième partie du véhicule. - un premier train d'engrenages épicycloïdal s'articulant autour de l'arbre central (14) et comprenant : a) une couronne (15) à denture d'engrenage interne placée selon l'axe XX' et fixée extérieurement au bâti (1). 10 b) au moins une première roue dentée (16) tenant lieu de satellite s'engrenant sur l'intérieur de la couronne (15) montée en rotation libre sur un arbre (17) axé YY' lui faisant décrire une orbite circulaire autour de l'axe XX' en assurant sa prise permanente avec l'engrenage interne de la couronne (15). 15 c) au moins une première pièce support (18) liée au premier arbre (2), maintenant l'arbre (17) et le guidant dans son orbite circulaire. c) une seconde roue dentée (19) montée libre sur l'arbre (17) axé YY' en évitant la couronne (15) et entraînée en rotation par la première roue (16) par l'intermédiaire d'un deuxième ressort à lame 20 spiralée (20) d) une troisième roue dentée (21) tenant lieu de planétaire entraînée en rotation par la seule deuxième roue (19) et entraînant en rotation un quatrième arbre creux (22) guidé sur l'arbre central (14) - une deuxième pièce support (23) solidaire du quatrième arbre 25 creux (21) qui l'entraîne dans sa rotation en guidant en orbite circulaire à l'intérieur d'une couronne à engrenage interne un arbre axé ZZ' qui entraîne et guide un second train épicycloïdal de même caractéristique que le premier, et comprenant couronne, satellites et planétaire entraînant le deuxième arbre creux (8) porté par l'arbre so central (14). 7 - un volant d'inertie (9) entraîné et lancé en rotation en sens unique par le deuxième arbre (Il) par l'intermédiaire d'un troisième roulement à prise irréversible (10). - un troisième arbre creux (11) guidé par l'arbre central (14) et s entraîné en sens unique de rotation par le volant (1 1) en actionnant un alternateur (non représenté). Ainsi défini, le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante : Le câble (7), après fixation et enroulement sur la gorge du tambour t o (4), relie le dispositif à la deuxième partie du véhicule, le plus près possible d'un organe d'amortissement, selon une tension équilibrant le couple de contrainte de rappel exercé par le ressort (6) sur le tambour (4). Le nombre de tours d'enroulement du câble (7) et la tension 15 appliquée au ressort (6) sont déterminés de manière à assurer le fonctionnement du dispositif quel que soit la hauteur de charge du véhicule, y compris la détente des dits amortisseurs lors de la chute des roues provoquée lorsque le châssis repose sur un cric ou sur un pont élévateur. 20 C'est à partir de ce dernier cas que le câble (7) et le ressort (6) auront leur tension maximale, les première et deuxième parties du véhicule étant le plus éloignées l'une de l'autre. Inversement, la tension minimale s'exercera lorsque le véhicule aura sa charge maximale, les deux parties citées étant les plus 25 proches l'une de l'autre. Le ressort (6) a pour mission de rappeler le tambour (4) lors du retour du câble (7) afin de lui permettre de reprendre sa position d'attaque en prise sur le premier arbre (2). Cet effort n'est pas très important. Par contre, le nombre de ses 3o spires d'enroulement et sa fiabilité devront permettre à ce ressort (6) d'assurer sa mission dans un intervalle de tension d'au moins un tour de tambour. Le câble (7) n'est jamais sollicité violemment. Ainsi, lorsque les roues du véhicule abordent brusquement une bosse, les amortisseurs du véhicule se compressent et le câble (7) se relâche en étant cependant maintenu en tension permanente par l'action de rappel du ressort de torsion (6) sur le tambour (4). La bosse franchie, les amortisseurs se détendent en éloignant les première et deuxième parties du véhicule et le câble (7) se retend. Il entraîne alors en rotation le tambour (4). Celle-ci, par la prise du deuxième roulement irréversible (5), entraîne en rotation le premier arbre (2) et la suite du dispositif. 1 o Lorsque les roues du véhicule abordent un creux, le phénomène s'inverse et le câble (7) est sollicité à la tension en première phase. Les pulsions en rotation de sens alternés et aléatoires du tambour (4) induites par le câble (7) sont transmises en étant stockées et régulées du premier arbre (2) jusqu'au deuxième arbre (8) par une suite de 15 deux trains d'engrenages épicycloïdaux en prise l'un avec l'autre assurant une forte multiplication de la vitesse angulaire d'entrée vers la sortie du dispositif. Par ailleurs, pour vaincre l'inertie importante relative au démarrage et à l'accélération du système, il est prévu plusieurs ressorts 20 d'amortissement (20) disposés entre les premières (16) et deuxième roues (19) constituant un satellite. La première roue (16) engrène seule la couronne (15) et la deuxième roue (19) engrène seule la troisième roue planétaire (21). Cette disposition permet de stocker l'énergie retenue par le blocage anti-retour du premier arbre (2) 25 grâce à son roulement irréversible (3). Ainsi le premier arbre (2) est couplé à au moins une fourchette (18) portant au moins un arbre (17) axé YY' qu'elle entraîne en orbite circulaire autour de l'axe général XX'. Cet arbre (17) porte et entraîne dans son orbite une première roue 3o dentée (16) montée libre en rotation sur lui. Cette roue (16) est entraînée elle-même en rotation lors de son orbite par une couronne fixe (15) à denture interne avec laquelle elle est placée en coopération. Une deuxième roue dentée (19), d'un diamètre supérieur à celui de 35 la première roue (16) est montée libre sur l'arbre (17). Elle est entraînée en rotation par la première roue (16) selon une patte (24) terminée par un ergot lié à l'extrémité extérieure d'un ressort à lame spiralée (20) entraînant le moyeu de la deuxième roue (20). Cette deuxième roue entraîne seule en rotation une troisième roue dentée planétaire (21) placée dans l'axe général XX' et entraînant un quatrième arbre creux (22) selon une première multiplication de s vitesse angulaire par rapport à celle appliquée sur le premier arbre (2). Le quatrième arbre (22) entraîne lui-même en orbite autour de l'axe XX' une seconde fourchette (23), laquelle entraîne un second train épicycloïdal identique au premier entraînant lui-même selon une lo deuxième multiplication de vitesse angulaire le deuxième arbre (8). Ce deuxième arbre (8) entraîne et lance en rotation le volant d'inertie (9) par l'intermédiaire du troisième roulement (10) à prise irréversible. Le volant (9) entraîne lui-même un troisième arbre (11) destiné à 15 entraîner un alternateur non représenté. Le dispositif selon l'invention, caréné sous la forme d'un cube d'environ 30 cm. d'arête, est applicable à tous types de véhicule et permet : - de recharger les batteries lors du déplacement d'un véhicule tout 20 électrique et d'augmenter son autonomie tout en apportant l'économie de diminuer le nombre et le poids de batteries embarquées, - d'améliorer les performances économiques d'un véhicule hybride en augmentant le potentiel de sa part électrique, 25 - de soulager l'entraînement de l'alternateur par le moteur thermique d'un véhicule ordinaire et de diminuer de ce fait sa consommation de carburant. REVENDICATIONS1) - Dispositif de rechargement automatique des batteries d'un véhicule en déplacement contenu dans un boîtier tenant lieu de bâti (1) fixé sur la partie suspendue du dit véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend : A û Un premier arbre d'entrée (2) guidé en rotation sur le bâti (1) selon un premier roulement à prise irréversible (3) s'appuyant sur ce bâti, ne pouvant être entraîné qu'en un sens unique de rotation, B - Une poulie à gorge (4) entraînant en rotation le premier arbre (2) par l'intermédiaire d'un deuxième roulement à prise irréversible to (5), cette poulie étant sollicitée dans son sens de rotation libre en tension potentielle exercée par un ressort de rappel (6) s'appuyant sur le bâti (1), C - Un câble souple (7) qui, après fixation par une extrémité et enroulement sur la gorge de la poulie (4), la relie à un élément du 15 véhicule soumis aux chocs selon une tension entretenue en permanence par l'action du ressort de rappel (6), D - Un deuxième arbre (8) entraînant un volant d'inertie (9) dans un sens unique de rotation par un troisième roulement à prise irréversible (10), ce volant entraînant indépendamment un 20 alternateur par un troisième arbre (11) qui lui est solidaire. E û Des moyens ( ) pour coupler et multiplier la rotation du premier arbre (2) au deuxième arbre (8). 2) - Dispositif de rechargement automatique de batteries selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens (E) comprennent 25 une suite d'ensembles d'engrenages satellites (16, 19) et planétaires (21) disposés en trains épicycloïdaux consécutifs à effet additionnels liés les uns aux autres et évoluant à l'intérieur de couronnes à dentures internes fixes (15) autour d'un même axe central XX'. 3) - Dispositif de rechargement automatique de batteries selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que chacun des satellites de chaque train épicycloïdal se compose d'une première et d'une seconde roues (16, 19) placées selon un même axe YY' et couplées l'une à l'autre, la première de ces roues (16) s'engrenant seule sur la couronne (15) et la deuxième roue (19) s'engrenant seule sur une roue planétaire (21). 4) - Dispositif de rechargement automatique de batteries selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que la première roue (16) a 10 un diamètre inférieur à celui de la seconde roue (19), ces deux roues étant liées en rotation par un ressort à lame spiralée (20) mis en tension dans le sens de rotation de la première roue en prise sur la couronne (15).