Brevet FR2986470A1 — publié le 20130809

VEHICULE DOTE D'UN DISPOSITIF GENERANT UN COURANT ELECTRIQUE DEPUIS LES OSCILLATIONS DE SES ELEMENTS MOBILES DE SUSPENSION ET DISPOSITIF DE RÉCUPÉRATION D'ÉNERGIE POUR UN TEL VEHICULE L'invention concerne les véhicules, par exemple les véhicules automobiles, comprenant des dispositifs de génération d'énergie électrique embarqués. Plus particulièrement l'invention concerne les véhicules dotés de dispositifs de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Enfin, l'invention concerne les dispositifs de récupération d'une telle énergie mécanique en vue de leur transformation en énergie électrique. De nos jours, un certain nombre d'appareils consommateurs d'électricité sont embarqués dans les véhicules et connectés à leurs réseaux électriques. Il s'agit par exemple des dispositifs d'éclairage et de signalisation, des dispositifs d'essuyage des vitres, des dispositifs d'assistance à la direction, des dispositifs de chauffage et de climatisation de l'habitacle, etc. De plus, certains véhicules, comme les véhicules hybrides ou électriques présentent des équipements de traction avec moteur électrique. L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du véhicule et de ses appareils électriques embarqués est fournie par des batteries électriques embarquées et/ou par un alternateur (dans le cadre d'un véhicule à propulsion thermique ou hybride). L'alternateur va produire de l'électricité en convertissant l'énergie mécanique fournie à son rotor par le groupe motopropulseur (GMP) du véhicule. La production d'électricité est donc consommatrice de carburant. Dans une optique d'optimisation énergétique (par exemple, diminution des émissions de dioxyde de carbone pour un moteur thermique, augmentation du roulage « tout électrique » pour un véhicule hybride en traction avec moteur électrique), on cherche autant que possible à limiter le fonctionnement de cet alternateur afin que l'énergie mécanique fournie par le groupe motopropulseur soit principalement dédiée à la mobilité du véhicule et non pas en partie consommée par la production d'électricité. Pour ce faire, on utilise les phases de décélération du véhicule, dans lesquelles la motricité du véhicule est assurée par l'énergie cinétique emmagasinée par de ce dernier, pour produire -sans consommation de carburant- de l'énergie électrique dont le surplus est stocké dans la batterie. Cette énergie électrique est ensuite redistribuée sur le réseau électrique du véhicule, lorsque ce dernier n'est plus en décélération, en vue de l'alimentation en électricité des différents appareils électriques. Par ailleurs certains véhicules présentent un système de traction avec moteur électrique ou un système hybride impliquant la présence de batteries de propulsion. Pour les véhicules électriques, les batteries de propulsion sont rechargées par branchement du véhicule sur un réseau électrique externe d'alimentation ou par la récupération d'énergie électrique via le moteur électrique en phases de décélération. Il existe également des systèmes associés aux dispositifs de freinage des véhicules et permettant de produire de l'énergie électrique lorsque les freins sont actionnés. Aussi, les modes de recharge en énergie électrique des batteries électriques d'un véhicule, telles que par exemple des batteries de propulsion d'un véhicule hybride, sont soit consommateurs de carburant, soit limités aux phases de décélération ou de freinage du véhicule. Il existe donc un besoin pour des solutions visant à étendre les phases de récupération d'énergie aux phases d'accélération du véhicule et/ou qui ne soient pas consommatrices de carburant pour le rechargement des batteries de propulsion ou pour la consommation du réseau de bord du véhicule. Il a été proposé par le document US7994648 un système de récupération des oscillations des roues d'un véhicule en roulage comprenant un appareil de production de courant électrique monté sur un des dispositifs amortisseur dudit véhicule. L'appareil se compose d'un premier jeu de cylindres concentriques espacés portant des aimants, et d'un deuxième jeu de cylindres qui peuvent s'introduire entre les cylindres du premier jeu en suivant les oscillations du dispositif amortisseur. Les cylindres du deuxième jeu comprennent des bobines placées de manière à être excitées par les aimants lors de mouvements de translation entre les premier et deuxième jeux de sorte à produire de l'énergie électrique. Ce système présente le désavantage d'être implanté sur le dispositif amortisseur, ce qui implique qu'il doit être changé ou remonté lors du changement dudit dispositif amortisseur ce qui génère un surcoût. Par ailleurs l'implantation du système sur le dispositif amortisseur augmente les masses non suspendues du véhicule ce qui a de manière connue un effet négatif sur le confort, la tenue de route, la sécurité et la fiabilité du véhicule. Enfin son implantation à l'intérieur du ressort de suspension en limite la taille et donc les performances. Une implantation à l'extérieur du ressort d'amortisseur est envisagée mais elle augmente la taille, et donc le poids d'un tel dispositif. Le document US5036934 propose un système de récupération de l'énergie mécanique issue du mouvement oscillatoire du train du véhicule, pour sa transformation en énergie électrique. Le système comprend une bielle reliant le train (soumis à des oscillations) à un maneton placé excentré sur un disque rotatif monté sur un générateur électrique. La bielle va transmettre le mouvement oscillatoire vertical du train au disque en vue de sa conversion en un mouvement de rotation qui est transmis au rotor par des moyens d'engrenage. L'inconvénient d'un tel système est que pour être efficace, il nécessite que les oscillations du train présentent une certaine amplitude apte à générer un mouvement de rotation du disque. En deçà de cette amplitude minimale d'oscillation, le disque va simplement osciller sur lui-même ce qui réduit l'efficacité du système. L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes rencontrés dans l'art antérieur. L'invention a pour objectif de proposer une solution pour augmenter les possibilités de création d'un courant électrique à partir d'un mouvement mécanique oscillatoire d'une roue d'un véhicule, en particulier lorsque ces mouvements sont de faible amplitude. A cet effet l'invention a pour objet un véhicule comprenant une structure, au moins un élément mobile de suspension apte à présenter un mouvement d'oscillation lors du roulage du véhicule, et un dispositif de récupération d'énergie mécanique en provenance de l'élément mobile de suspension, le dispositif étant relié à un élément fixe de la structure du véhicule et à l'élément mobile de suspension, le dispositif comprenant au moins un générateur électrique rotatif avec un arbre de rotation et un rotor, et des moyens d'entraînement en rotation du rotor, remarquable en ce que l'arbre de rotation est relié aux moyens d'entrainement en rotation du rotor ou au rotor par un mécanisme anti-retour autorisant l'entraînement en rotation du rotor selon un mouvement de rotation unidirectionnel. Selon des modes particuliers de réalisation, l'ensemble peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le mécanisme anti-retour est configuré pour pouvoir interrompre l'entraînement en rotation du rotor tout en le laissant continuer de tourner librement, de préférence le mécanisme anti-retour est un mécanisme de cliquet anti-retour ou un roulement anti-retour. - le rotor est relié à un volant d'inertie de manière à ce que la rotation du volant d'inertie entraîne le rotor en rotation. - l'arbre de rotation est relié au rotor et au volant d'inertie par au moins un mécanisme anti-retour, autorisant l'entraînement en rotation du rotor et du volant d'inertie selon un mouvement de rotation unidirectionnel. - le mouvement d'oscillation de l'élément mobile de suspension est un mouvement d'oscillation vertical et les moyens d'entraînement en rotation du rotor comprennent un levier dont une des extrémités est reliée à l'arbre de rotation du rotor, ledit levier étant agencé pour que le mouvement d'oscillation vertical soit imprimé à son autre extrémité, de manière à convertir le mouvement d'oscillation vertical imprimé à une de ses extrémités en un mouvement d'oscillation rotatif à l'extrémité reliée à l'arbre de rotation. - le générateur électrique est relié à un élément fixe de structure du véhicule et en ce que les moyens d'entraînement en rotation du rotor sont reliés à l'élément mobile de suspension. - le levier est relié à l'élément mobile de suspension par le biais d'une biellette. - la biellette est orientée verticalement, de préférence en position de repos la biellette et le levier présentent un angle de 70 à 120 °, de préférence de 90 ° environ. - le véhicule comprend en outre des moyens pour acheminer l'énergie électrique produite vers une des batteries embarquées du véhicule ou des moyens pour alimenter au moins un récepteur électrique ou le réseau de bord à partir dudit générateur électrique. - Le dispositif de récupération comprend deux générateurs associés au même levier par l'intermédiaire d'un deuxième roulement anti-retour, le deuxième roulement anti-retour autorisant une rotation de sens opposé au premier roulement anti-retour. L'invention a également pour objet un dispositif de récupération d'énergie pour utilisation dans un véhicule tel que défini plus haut, comprenant au moins un générateur électrique rotatif comprenant un arbre de rotation et un rotor, et des moyens d'entraînement en rotation du rotor, remarquable en ce que l'arbre de rotation est relié aux moyens d'entrainement en rotation du rotor ou au rotor par un mécanisme anti-retour autorisant l'entraînement en rotation du rotor selon un mouvement de rotation unidirectionnel, de préférence le mécanisme antiretour est configuré pour pouvoir interrompre l'entraînement en rotation du rotor tout en le laissant continuer de tourner librement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens d'entraînement en rotation du rotor comprennent un levier, ledit levier étant relié par une des ses extrémités à l'arbre de rotation du rotor et présentant à son autre extrémité des moyens pour pouvoir être relié à un élément susceptible d'être animé par un mouvement d'oscillation vertical, de sorte à pouvoir convertir le mouvement d'oscillation vertical imprimé à une de ses extrémités en un mouvement d'oscillation rotatif à l'extrémité reliée à l'arbre de rotation. De préférence, le rotor est relié à un volant d'inertie de manière à ce que la rotation du volant d'inertie entraîne le rotor en rotation.30 On aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée que l'invention consiste à convertir un mouvement oscillatoire vertical en provenance des roues d'un véhicule en un mouvement de rotation unidirectionnel apte à générer une énergie électrique via un générateur électrique rotatif. L'invention consiste à entraîner un générateur électrique en rotation par intermittence, tout en laissant la possibilité aux éléments rotatifs dudit générateur de continuer à tourner sur eux-mêmes en vue de la production d'un courant électrique pendant les intervalles de temps durant lesquels ils ne sont pas soumis à une force d'entraînement en rotation. Préférentiellement, le mouvement oscillatoire de la roue que l'on cherche à exploiter, est un mouvement vertical bidirectionnel qui déplace alternativement, dans un sens puis dans l'autre, l'extrémité d'un levier du dispositif de récupération d'énergie selon l'invention. Le mouvement vertical alternatif de l'extrémité du levier est converti en un mouvement de rotation bidirectionnel alternatif, tournant alternativement dans un sens puis dans l'autre, au niveau de l'autre extrémité du levier relié au générateur électrique rotatif. L'invention consiste à convertir ce mouvement rotatif bidirectionnel en un mouvement unidirectionnel d'entraînement du rotor du générateur électrique. L'invention consiste à doter le dispositif de récupération d'énergie de moyens permettant au levier d'embrayer le générateur électrique pour transmettre un mouvement de rotation à son rotor lorsqu'il tourne dans un sens, et de débrayer lorsqu'il tourne dans l'autre sens. Ainsi, il est possible d'entraîner le rotor en rotation sans condition d'amplitude d'oscillation de la roue (ou de débattement) à atteindre. L'invention consiste à récupérer une partie seulement de l'énergie mécanique générée par le mouvement des roues. L'invention consiste à récupérer l'énergie du mouvement d'oscillation de la roue selon un seul sens de déplacement de ladite roue en vue de sa conversion en énergie électrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins parmi lesquels : - La figure 1 représente un véhicule équipé d'un dispositif de récupération d'énergie selon l'invention. - La figure 2 représente un train roulant équipé d'un dispositif de récupération d'énergie selon l'invention. - La figure 3 représente une coupe d'un dispositif de récupération d'énergie selon l'invention. On se référera en premier lieu à la figure 1 représentant partiellement en pointillés un véhicule (1) doté d'un dispositif (3) de récupération d'énergie selon l'invention. Le dispositif (3) de récupération est relié d'une part à un élément fixe de structure (5 représenté sur la figure 2) du véhicule (1) et d'autre part à un élément mobile de suspension apte à présenter un mouvement oscillatoire vertical. L'homme du métier pourra néanmoins sans peine adapter l'invention à la récupération d'énergie mécanique issue d'un élément mobile de suspension montrant un mouvement oscillatoire rotatif. Avantageusement, le dispositif (3) de récupération d'énergie est fixé sur la caisse du véhicule (1) à proximité d'une roue (7). Par exemple, il est fixé sur un élément de suspension fixe du véhicule tel qu'une traverse de train. Lorsque le véhicule roule sur la chaussée (9), les irrégularités de surface qu'elle présente génèrent un mouvement oscillatoire vertical des roues (7) qui est transmis aux éléments mobiles de suspension reliés à cette roue. Le dispositif (3) de récupération d'énergie est configuré pour convertir l'énergie mécanique en provenance de ce mouvement oscillatoire vertical en énergie électrique et pour alimenter ou recharger une batterie (11) électrique par exemple une batterie de propulsion d'un véhicule hybride ou électrique ou une batterie permettant d'alimenter le réseau de bord d'un véhicule à propulsion thermique. En se référant aux figures 2 et 3, on voit que le dispositif (3) de récupération d'énergie selon l'invention comprend un générateur (13) d'énergie électrique à entrainement rotatif montrant un rotor (15) et un stator (17). Le générateur (13) électrique est fixé préférentiellement à la caisse (5) du véhicule et présente donc des moyens de fixation (19) à la caisse du véhicule. Le dispositif (3) de récupération comprend en outre des moyens (21) d'entraînement en rotation du rotor (15) qui relient l'arbre (23) de rotation du rotor à l'élément (25) mobile de suspension. Cet élément (25) mobile de suspension peut être par exemple le triangle de suspension, le bras de train, le moyeu de la roue, le porte-moyeu, etc. Il reçoit le mouvement oscillatoire de la roue (7) lorsque le véhicule est en roulage. On notera au passage qu'il est possible pour l'homme du métier d'envisager une implantation inverse où le générateur est relié à l'élément mobile de suspension et les moyens d'entraînements sont reliés à la caisse. Les moyens (21) d'entraînement en rotation de l'arbre (23) de rotation du rotor (15) sont configurés pour convertir le mouvement oscillatoire vertical de la roue (7) en mouvement rotatif. Par exemple, les moyens d'entraînement en rotation comprennent au moins un levier (21) relié par une de ses extrémités à l'élément mobile (25) de suspension et par son autre extrémité à reliée à l'arbre (23) de rotation du rotor (15). Ainsi, le mouvement d'oscillation vertical imprimé à l'une des extrémités du levier (21) est converti en un mouvement d'oscillation rotatif à son autre extrémité reliée à l'arbre (23) de rotation. Selon l'invention, ledit levier (21) est relié à l'arbre (23) de rotation du rotor par un mécanisme antiretour (27) autorisant l'entrainement en rotation du rotor (15) de manière unidirectionnelle et interdisant son entrainement en rotation en sens contraire. De tels mécanismes antiretour (27) sont connus de l'homme du métier. Selon son sens de montage, le mécanisme antiretour (27) permettra de transmettre le mouvement de déplacement vertical de l'élément (25) mobile de suspension soit lorsqu'il monte soit lorsqu'il descend. On comprend que s'il est monté de sorte à récupérer l'énergie lors d'un déplacement vertical vers le haut de l'extrémité oscillante du levier (21), le mécanisme antiretour (27) permet un débrayage entre le levier (21) et l'arbre (23) de rotation du rotor (15) lorsque qu'un déplacement vertical vers le bas est imprimé à l'extrémité oscillante du levier (21). Ainsi, le mouvement vertical oscillatoire est transformé en un mouvement de rotation unidirectionnel. Avantageusement, le mécanisme antiretour (27) est configuré pour pouvoir interrompre l'entrainement en rotation du rotor (15) tout en le laissant continuer de tourner librement selon le principe connu de la « roue libre ». Par exemple, le mécanisme antiretour (27) est un roulement antiretour ou un mécanisme de cliquet antiretour. De préférence, le dispositif (3) de récupération d'énergie comprend un volant (29) d'inertie associé au rotor (15). La présence d'un volant (29) d'inertie, qui emmagasine l'énergie cinétique, permet de rendre plus régulière la rotation du rotor (15) en s'opposant aux à-coups dus aux irrégularités de l'oscillation de l'élément (25) mobile de suspension. Il permet en outre de prolonger le mouvement de rotation du rotor (15) en particulier durant les intervalles de temps où le levier (21) ne lui transmet pas de mouvement de rotation, ou lorsque le levier (21) est immobile. Le mouvement de rotation est imprimé par le levier (21) à la fois au volant (29) d'inertie et au rotor (15). Selon une variante de l'invention non représentée, le mécanisme antiretour est situé non pas au niveau de la connexion du levier sur l'arbre mais au niveau de la connexion entre le rotor et son arbre de rotation. Dans un tel cas un mécanisme antiretour est également disposé au niveau de la connexion du volant d'inertie et de l'arbre de rotation. Le levier (21) peut être directement relié à l'élément (25) mobile de suspension ou, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, indirectement par le biais d'une biellette (31). La biellette (31) est agencée de façon à être positionnée selon la direction des oscillations de l'élément (25) mobile, soit selon une orientation sensiblement verticale par rapport au véhicule. La biellette (31) est reliée à l'élément (25) mobile de suspension et au levier (21) par des liaisons (33) rotules ou pivots. L'orientation sensiblement verticale de la biellette (31) permet d'éviter les effets de verrouillage et/ou d'augmentation d'effort lors de la transmission du mouvement au levier (21). La présence de deux liaisons rotules (33) au niveau de la biellette (31) permet de compenser une éventuelle modification de positionnement entre la caisse (5) et l'élément (25) mobile de suspension. Le dispositif (3) de récupération d'énergie selon l'invention présente en outre 30 des moyens (35) de raccordement au réseau électrique du véhicule en vue de la transmission de l'énergie électrique produite. Suivant une variante de l'invention non représentée, le dispositif comprend un deuxième générateur avec un deuxième rotor relié au moyen d'entrainement par l'intermédiaire d'un deuxième roulement anti-retour, le deuxième roulement anti-retour autorisant une rotation de sens opposé au premier roulement anti- retour.