Brevet FR2985108A1 — publié le 20130628

L'objet de la présente invention est un dispositif électro-actif pour la récupération d'énergie de chocs ou de vibrations. Objectifs de l'invention L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif autonome de génération d'énergie couplé à un organe de stockage minimal qui soit robuste, d'une grande durée de vie et peu onéreux à installer et à maintenir. Exposé de l'invention L'invention vise un dispositif de production d'énergie, destiné à être placé entre un élément mobile ou vibrant et un élément inerte, ledit dispositif comportant des moyens de récupérer une partie de l'énergie d'impact générée par un choc ou des vibrations de l'élément mobile vis-à-vis de l'élément inerte, ces moyens comportant un générateur électrique disposé entre une première pièce et une seconde pièces, mobiles l'une par rapport à l'autre, ledit générateur électrique comportant - une partie supérieure mobile verticalement par rapport à une partie inférieure, l'une de ces deux parties étant solidarisée au stator d'un moteur électrique, - des moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique. Selon une mise en oeuvre préférée, les moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties du générateur, en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, comprennent une vis sans fin solidarisée au rotor du moteur électrique, ladite vis sans fin étant entraînée en rotation par le déplacement vertical d'un écrou. Selon une mise en oeuvre particulière, le dispositif comporte également un ressort hélicoïdal disposé entre les parties supérieure et inférieure du générateur. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte au moins un amortisseur adapté à servir à la suspension de l'élément mobile vis-à-vis de l'élément inerte, ledit amortisseur étant du type comportant un cylindre et un piston mobile dans le cylindre, une chambre étant ménagée à l'intérieur dudit cylindre, et un générateur électromagnétique étant disposé à l'intérieur de ladite chambre. L'invention vise sous un second aspect une machine comportant un élément mû en rotation par un moteur électrique, et au moins un dispositif tel qu'exposé, disposé entre l'élément mû en rotation, et une partie inerte de ladite machine. L'invention vise également un véhicule comportant au moins un dispositif tel qu'exposé. Présentation des figures Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose les caractéristiques de l'invention au travers d'un exemple non limitatif d'application. La description s'appuie sur les figures annexées qui représentent : Figure 1 : une vue schématique des éléments impliqués dans la mise en oeuvre d'un dispositif conforme à la présente description, dans le cas d'une machine à laver à ouverture frontale, Figures 2a et 2b : deux vues de côté d'un générateur électromagnétique à vis, complet, ou montrant les éléments internes, Figures 3a à 3c : des vues de détails d'un modèle de générateur électromagnétique à vis, en vue en coupe (figure 3a), en vue en perspective d'un détail (figure 3b) et en vue en perspective complète (figure 3c), Figure 4 : un schéma de principe d'un montage électrique utilisant le dispositif de l'invention, Figure 5 : une vue schématique des éléments impliqués dans la mise en oeuvre d'un dispositif conforme à la présente description, dans le cas d'une machine à laver à ouverture supérieure. Description d'une mode de réalisation Dans un premier mode de réalisation, donné ici à titre d'exemple non limitatif, un dispositif de récupération d'énergie des vibrations est installé sur une machine à laver le linge 1 de type à tambour à ouverture frontale (voir figure 1). Comme on le voit sur la figure, qui illustre une telle machine sans son capot extérieur et son électronique, la machine à laver 1 comporte de façon connue en soi un tambour rotatif 2, disposé au sein d'un logement étanche 3. Le tambour rotatif 2 est entraîné par un moteur électrique 4, ici disposé sous le tambour rotatif 2. L'ensemble formé par ce tambour rotatif 2, son logement 3 et le moteur électrique 4 est suspendu sur quatre amortisseurs 5, qui viennent se reprendre sur un châssis 6 de support de la machine, et d'appui au sol. Dans la présente mise en oeuvre, chaque amortisseur 5 comporte un générateur électromagnétique à vis à bille (non illustré sur la figure 1). Dans le présent exemple, les amortisseurs sont du type comportant un cylindre et un piston mobile dans le cylindre. Une chambre est ménagée à l'intérieur dudit cylindre, et un générateur électromagnétique est disposé à l'intérieur de la chambre. Dans un exemple de réalisation, un générateur électromagnétique à vis à bille comporte en partie haute un toucheau 122, ici solidarisé au bâti du tambour rotatif 2, comportant une partie plane et un embout arrondi 121. En partie basse, la base 123 du générateur électromagnétique à vis 108 est solidarisée, par l'intermédiaire du bas de l'amortisseur 5, au châssis 6. Le toucheau 122 est librement mobile selon l'axe vertical Z vis-à-vis de la base 123. Un ressort hélicoïdal 124, comportant dans le présent exemple non limitatif deux à trois spires, est disposé entre le toucheau 122 et la base 123, ainsi qu'il est illustré sur les figures 2a, 2b, 3a, 3c. Ce ressort hélicoïdal 124 est dimensionné de telle sorte que la force d'appui générée par les vibrations du tambour rotatif 2, distribuée sur les générateurs électromagnétiques à vis 108 n'entraîne pas un déplacement amenant le toucheau 122 en butée. Ce ressort hélicoïdal 124 ramène le toucheau 122 vers le haut en position de repos, après un écrasement du ressort hélicoïdal 108 lié à un appui sur ledit toucheau. A l'intérieur du toucheau 122 est disposé un écrou 125 dans lequel une vis sans fin 126 vient se mouvoir (voir figure 3a). L'écrou 125 et la vis sans fin 126 sont disposés selon l'axe vertical Z. La vis sans fin 126 ne peut se mouvoir verticalement vis-à-vis de la base 123. La vis sans fin 126 est par contre solidarisée à la partie mobile d'un roulement à bille, dont la partie fixe est solidarisée à la base 123 du générateur 108. De ce fait, lors d'un mouvement vertical du toucheau 122, l'écrou 125, entraîné vers le bas selon l'axe vertical Z, provoque une rotation de la vis sans fin 126 autour de cet axe vertical Z. La vis sans fin 126 entraîne en rotation l'axe 129 du rotor 127 d'un moteur électrique. Cet entraînement est réalisé grâce à un roulement et un accouplement disposés entre la vis sans fin 126 et l'axe du moteur 129.35 En variante, il est possible d'intégrer directement un dispositif de vis sans fin dans l'engrenage du moteur afin de réduire la hauteur du générateur et supprimer l'accouplement. Le stator 128 de ce moteur électrique est solidarisé à la base du générateur électromagnétique à vis 108. Le principe de fonctionnement d'un générateur électromagnétique à vis 108 est le suivant. Un déplacement linéaire vertical du toucheau 122 est transformé en mouvement rotatif par le dispositif de vis à billes 125, 126. La vis sans fin 126 est solidarisée avec l'arbre du moteur électrique, entraînant ainsi le rotor 127 en rotation. Le moteur électrique est utilisé en fonctionnement générateur. Il alimente dans le présent exemple une batterie 109. Le générateur comporte un axe libre pour permettre une rotation sans fin du stator tant qu'il y a un mouvement entre la partie supérieure et la partie inférieure du générateur, utilisant ainsi un principe de toupie et de pédalier de vélo. Dans le cas d'un générateur intégré à un amortisseur, une réservation est faite au sein de l'amortisseur, pour loger le moteur électrique et la vis à bille est solidarisée avec la partie inférieure ou supérieure de l'amortisseur. A chaque mouvement de ce dernier, l'écrasement des composants intérieurs entraine la vis à bille qui elle même fait tourner le moteur, le dispositif comporte également un axe libre, de type de ce qui est utilisé sur les roues arrières de vélo de manière que lorsque l'amortisseur se détend (allongement), le moteur continu à tourner tel une toupie et entretient le mouvement, lui même entretenu par les chocs ou vibrations. La chaîne cinématique de ce générateur électromagnétique à vis 108 et les composants utilisés lui confèrent un très bon rendement énergétique. Le développement de ce générateur électromagnétique à vis 108 est basé sur l'utilisation de composants sur « étagère », en ce qui concerne les vis à billes 125, 126 et le moteur 127, 128. La figure 4 illustre un schéma de principe donné ici à titre d'exemple non limitatif, d'une électronique de conversion utilisable en association avec un générateur tel que décrit plus haut. Le principe de fonctionnement est le suivant : La tension de sortie d'un générateur électromagnétique à vis 108 est redressée par un pont double alternance 130. Une capacité de stockage C1, visible sur la figure 10, est dimensionnée afin de favoriser le rendement du système, en garantissant une large plage de conduction du courant. Un convertisseur de type DC/DC boost 131 connu en soi, d'une puissance de sortie moyenne de 3W et transitoire maximum de 5W, permet d'extraire l'énergie de la capacité de stockage C1, à partir d'une tension de 0.9V (et jusqu'à 5V environ) vers un bus de stockage BUS DC 2 régulé à 5V. Le chargeur de batterie 132 est un composant dédié aux batteries de type Lithium-ion et permet une bonne gestion de la charge de la batterie 109. Deux diodes D2 et D3 permettent d'améliorer le rendement du convertisseur DC/DC boost 131. En effet, si l'électronique est en charge, et que le BUS DC 1 est chargé par des activations liées à des appuis sur des toucheaux de générateurs à vis à bille, le courant de sortie est fourni directement par le BUS DC 2. Le courant de sortie du chargeur de batterie 132 est alors uniquement dédié à la charge de la batterie 109. La batterie 109 ne fournit du courant que si la tension de la capacité de stockage Cl est inférieure à 0.9V, ce qui limite les cycles de charge et de décharge rapprochées de la batterie, et augmente sa durée de vie. En cas de panne du système en circuit ouvert, ou de non charge de la batterie 9, une diode Dp permet un passage de courant. Dans l'exemple de mise en oeuvre décrit ici, l'énergie récupérée est utilisée pour chauffer l'eau entrée dans la machine à laver, ou pour participer à l'alimentation du moteur électrique. Il en résulte une baisse de la consommation de la machine à laquelle ces amortisseurs à générateur sont associés. Dans une variante de mise en oeuvre, illustrée par la figure 5, la machine à laver est de type à tambour rotatif autour d'un axe vertical (c'est le cas de machine à laver à ouverture sur le dessus). Dans cette variante, il est usuel que le moteur d'entrainement 4 soit placé sous le tambour 2, dans l'axe dudit tambour. Le bloc comportant le tambour rotatif 2 et le moteur électrique 4 est suspendu à quatre amortisseurs 5 disposés, par exemple, dans les angles du châssis de support 6. Chaque amortisseur 5 (ici figuré sous la forme purement schématique mais non limitative d'un ressort hélicoïdal) comporte un générateur électromagnétique à vis à bille tel que décrit plus haut.35 Dans encore une autre mise en oeuvre, un dispositif intermédiaire de récupération d'énergie est placé entre le sol et une machine à laver dotée ou non d'amortisseur récupérateurs d'énergie. Dans ce cas, le dispositif intermédiaire comporte une partie supérieure qui vient supporter une machine à laver. Cette partie supérieure est suspendue sur une partie inférieure par l'intermédiaire d'un ensemble d'amortisseurs à générateurs à vis à billes. La partie inférieure est adaptée à être posée sur le sol, et est éventuellement dotée de systèmes antidérapants, de manière à maximiser la récupération d'énergie. Plus généralement, un générateur (ou un ensemble de générateurs à vis à bille) est disposé entre une machine vibrante (machine industrielle, machine à laver etc.) et le sol ou une paroi verticale fixe. L'énergie des vibrations est transformée en énergie électrique, et un effet d'amortissement est simultanément obtenu. La raideur du ressort hélicoïdal est alors adaptée 1/ à l'amplitude des vibrations considérées, cette amplitude étant préalablement déterminée, et 2/ à la fréquence de ces vibrations. Dans le cas d'une machine industrielle, le générateur vient apporter de l'énergie électrique à cette dernière. Avantages Le dispositif tel que décrit est réalisable faible coût, en vue de la réalisation en grande série d'un système de récupération d'énergie. Variantes Dans une variante de mise en oeuvre, un générateur à vis à bille est disposé en partie haute d'un amortisseur de véhicule automobile, de manière à être sollicité à chaque mouvement dudit amortisseur. De cette manière, chaque choc ou vibration liée au mouvement du véhicule engendre une production d'énergie, tout en contribuant à l'effet d'amortissement. On entend par véhicules, tout type de véhicule terrestre tels que, auto, moto, scooter, wagon de train de métro, de tramway, locomotive, bus, camion, train d'atterrissage d'avion. L'impact sur le générateur s'opère à la remontée sur les amortisseurs, ou à la descente sur les cylinblocs, voir sur l'oscillation de ces derniers. On peut également le disposer à l'extérieur. La tige incluse dans l'amortisseur sert alors à l'actionner. Dans une variante, l'oscillation du bras reliant le châssis aux amortisseurs entraine une rotation du moteur dans le cylinbloc. Pour les véhicules, le générateur vient alimenter soit les moteurs électriques si ce sont des véhicules hybrides ou électriques, soit tout autre appareil électrique embarqué. Dans un autre mode de mise en oeuvre, un générateur peut être disposé au niveau du coffre d'un véhicule entre la partie ouvrante et la partie fixe. Dans cette configuration, le générateur est entraîné par le ressort hélicoïdal lors de l'ouverture, et produit de l'énergie, par exemple pour alimenter un plafonnier ou une lampe à diodes électroluminescentes éclairant ledit coffre. On peut également utiliser le principe du générateur lors de la fermeture des portières ou hayons. REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie, destiné à être placé entre un élément mobile ou vibrant et un élément inerte, ledit dispositif comportant des moyens de récupérer une partie de l'énergie d'impact générée par un choc ou des vibrations de l'élément mobile vis-à-vis de l'élément inerte, caractérisé en ce que ces moyens comportent un générateur électrique disposé entre une première pièce et une seconde pièces, mobiles l'une par rapport à l'autre, ledit générateur électrique comportant : - une partie supérieure mobile par rapport à une partie inférieure selon un axe dit vertical, l'une de ces deux parties étant solidarisée au stator d'un moteur électrique, - des moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties du générateur (8), en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, comprennent une vis sans fin solidarisée au rotor du moteur électrique, ladite vis sans fin étant entraînée en rotation par le déplacement vertical d'un écrou. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte également un ressort hélicoïdal disposé entre les parties supérieure et inférieure du générateur (8). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un amortisseur adapté à servir à la suspension de l'élément mobile vis-à-vis de l'élément inerte, ledit amortisseur étant du type comportant un cylindre et un piston mobile dans le cylindre, une chambre étant ménagée à l'intérieur dudit cylindre, un générateur électromagnétique étant disposé à l'intérieur de ladite chambre. 5. Machine comportant un élément mû en rotation par un moteur électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 4, disposé entre l'élément mû en rotation, et une partie inerte de ladite machine. 6. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de récupération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 4.