Brevet FR3090440A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Outil portatif équipé d'un moteur pneumatique et d'un supercondensateur pour charger une batterie alimentant des équipements 1. Domaine de l'invention 100011 Le domaine de l'invention est celui des outils industriels portatifs équipés d'un moteur pneumatique animant un élément dans un mouvement discontinu, et d'un moyen de conversion de l'énergie cinétique en une énergie électrique. Plus précisément, l'invention concerne le fait que l'énergie électrique alimente un condensateur qui charge une batterie pour alimenter des équipements montés sur l'outil. 2. Art antérieur 100021 Le contexte de l'invention est celui de l'utilisation d'outillage pneumatique dans le cadre de la production industrielle et en particulier dans celui de l'industrie automobile. De tel outillage sont par exemple, des visseuses, des ponceuses, des clés à choc, etc. 100031 Une clé à choc est un outil plus communément utilisé pour le serrage et le desserrage d'écrous et de vis, ce type d'outil présente l'avantage de minimiser voir d'annuler le retour de couple dans la main de l'opérateur. Cet outil peut-être électrique ou pneumatique. Le type de mécanisme habituellement utilisé dans les clés à choc pneumatique est dit « rebondissant » comme le mécanisme « Twin Danner ». ce mécanisme est entrainé par un moteur tournant et se comporte comme un embrayage intermittent. Le moteur entraine la cage et les marteaux du mécanisme contre le carré de sortie appelé dans le jargon de l'homme du métier : « Anvil ». [0004] Il est souvent utile de mieux éclairer la surface située à l'avant de l'outil, En effet, ces outils sont le plus souvent utilisés dans des garages pour la réparation de camions et d'automobiles, et dans des endroits mal éclairés. Dans le cas de vis se situant dans des volumes étroits, la manoeuvre peut manquer de visibilité et il est nécessaire d'éclairer la zone lors des opérations de production ou de maintenance. Le manque de visibilité peut entrainer une perte de productivité et de qualité de travail. [0005] Dans le cas d'outil pneumatique, il n'y a pas besoin de fils électriques alimentant un quelconque élément électrique utilisable pour le travail de l'outil. Il n'est donc généralement pas possible d'utiliser une énergie fournie par des fils pour alimenter une lampe. De nos jours, diverses méthodes d'éclairage existent dont voici ci-dessous une liste non exhaustives en énonçant certains avantages et inconvénient : [0006] - La baladeuse. Cet appareil est léger niais ne passe pas partout et fait de l'ombre 2 lorsque l'outil est devant. [0007] - Le stylo Baladeuse. Cet appareil est léger et passe partout niais fait de l'ombre lorsque l'outil est devant. [0008] - Lampe devant l'outil. Cet appareil permet de bien éclairer la zone devant l'outil niais rallonge le nez de l'outil et diminue de l'accessibilité à la zone de travail. Il utilise de l'énergie électrique de l'appareil, diminuant ainsi son autonomie. [0009] - Lampe portative à batterie. Cet appareil éclaire bien la zone de travail, il peut se so- lidariser à l'outil, niais son autonomie dépend de la capacité de sa batterie. Lors des recharges, il faut retirer la batterie, la monter sur un chargeur, puis faire l'opération inverse, ce qui peut prendre beaucoup de temps. [0010] Dans le cas de l'alimentation d'une source lumineuse pour éclairer la zone à l'avant de l'outil, il existe donc un réel besoin d'un équipement pour fournir de l'énergie électrique à une lampe. Il est connu d'embarquer une dynamo dans un outil pour produire une tension électrique servant à alimenter une source lumineuse. Cette dynamo ne produisant de l'énergie qu'avec la rotation du moteur, il est également connu d'utiliser une batterie qui est chargée par la dynamo et qui alimente un équipement même après l'arrêt de la rotation du moteur. Dans le cas d'outil avec des mouvements discontinus, la dynamo génère une forte intensité par à-coups, cc qui n'est pas pratique pour charger une batterie. Cette énergie est écrêtée et une part importante est perdue. [0011] Il existe donc un réel besoin d'une technique plus efficace de production d'énergie électrique à partir des mouvements discontinus produits par un outil industriel. [0012] Plus généralement, l'énergie électrique produite peut être utilisée pour d'autres équipements qui peuvent aussi améliorer l'utilisation d'outils pneumatiques. Il peut en effet être utile d'équiper ces outils de moyen de communication à courte portée (par du Wei ou du Bluetooth) pour transmettre les résultats d'un vissage ou d'un dévissage, pour alimenter un signal sonore ou lumineux signal un état de l'outil ou pour le localiser au sein d'une chaîne de production. L'énergie électrique peut également alimenter des capteurs pour mesurer le couple, pour comptabiliser le temps d'utilisation de l'outil, pour détecter des chocs, et/ou pour enregistrer dans une mémoire les mesures effectuées par ces capteurs [0013] A l'instar d'une source lumineuse, ces équipements ont besoin d'électricité pour fonctionner, cette énergie provenant d'un moyen fiable et performant. 3. Objectifs de l'invention [0014] L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes. [0015] En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de produire une énergie électrique à partir d'une énergie cinétique et ceci indé- 3 pendamment du moment où les pièces sont en mouvement. [0016] Un autre objectif de l'invention, selon au moins un mode de réalisation, est de récupérer le maximum d'énergie électrique produite par les mouvements et de l'emmagasiner dans une batterie embarquée de façon à pouvoir l'utiliser à tout moment ensuite. [0017] Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de produire de l'énergie électrique destinée à alimenter des moyens d'éclairage, de communication, de mesure et de calcul. 4. Présentation de l'invention [0018] Pour ceci, l'invention propose un outil portatif à fonctionnement discontinu équipé d'un moteur pneumatique et d'un élément animé en mouvement de manière intermittente par le moteur au moyen d'une chaîne cinématique, comprenant un moyen de génération d'une énergie électrique à partir de l'énergie cinétique de l'élément en mouvement. L'outil comprend en outre, au moins un supercondensateur apte à stocker l'énergie électrique produite par le moyen de génération, et au moins une batterie, ladite batterie étant au moins chargée par le supercondensateur lorsque le moyen de génération ne produit plus d'énergie électrique. [0019] De cette manière, l'utilisation combinée d'un supercondensateur et d'une batterie permet d'alimenter plus longtemps des accessoires embarqués sur l'outil ou relié électriquement à lui. L'outil récupère le maximum d'énergie électrique produite par les mouvements et l'emmagasine dans une batterie embarquée de façon à pouvoir l'utiliser à tout moment ensuite. [0020] Selon un premier mode de réalisation, l'outil comporte un convertisseur de tension apte à être alimenté par le supercondensateur et/ou par le moyen de génération pour fournir une tension constante et régulée appliquée aux homes de la batterie. De cette manière, la charge de la batterie est mieux régulée et la longévité est optimale. [0021] Selon un autre mode de réalisation, le moyen de génération de l'énergie électrique est une génératrice fournissant une tension alternative et reliée à un pont de diode de redressement. De cette manière, la source de l'énergie électrique est facile à réaliser et à embarquer sur un outil. [0022] Selon un autre mode de réalisation, l'outil comporte au moins un accessoire fonc- tionnant à l'énergie électrique, ledit accessoire étant apte à être alimenté par l'énergie électrique stockée dans ladite batterie. De cette manière, un accessoire peut encore être alimenté même si le supercondensateur a fourni toute son énergie. [0023] Selon un autre mode de réalisation, le convertisseur de tension est apte à être alimenté par la batterie pour fournir une tension constante et régulée audit accessoire. De cette manière, ce mode de fourniture d'énergie convient à des détecteurs nécessitant une tension bien régulée. 100241 Selon un autre mode de réalisation, l'accessoire fait partie de l'ensemble des ac- cessoires suivants : dispositif de mesure de couple, dispositif de mesure de vibrations, dispositif de mesure de température, dispositif de mesure de pression, dispositif de mesure de débit, dispositif de mesure de position et/ou d'orientation et/ou de mouvement, dispositif d'émission sonore, dispositif d'affichage, dispositif d'éclairage, système de eéolocalisation, système de communication, et système d'enregistrement de données. De cette manière, ce système peut alimenter un grand nombre d'accessoires différents. [0025] Selon un autre mode de réalisation, l'outil comporte un système d'éclairage alimenté par ledit supercondensatcur. De cette manière, l'outil peut éclairer une zone de travail, sans nécessiter de circuits électroniques complexes. [0026] Selon un autre mode de réalisation, l'outil comporte une gâchette dont l'appui déclenche le mouvement du moteur, et un moyen de commande du système d'éclairage, le moyen de commande déclenchant l'allumage dudit système d'éclairage lors d'un appui sur ladite gâchette de l'outil. De cette manière, l'utilisateur de l'outil voit sa zone de travail éclairée dès qu'il l'utilise. [0027] Selon un autre mode de réalisation, le moyen de commande déclenche l'extinction dudit système d'éclairage à la fin d'une durée déterminée après le relâchement de la gâchette de l'outil. De cette manière, le système de contrôle de l'éclairage économise l'énergie emmagasinée. [0028] Selon un autre mode de réalisation, l'outil est une clé à choc. 5. Description des figures [0029] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : [0030] [fig.1] la figure 1 illustre une vue en perspective d'un outil portatif à fonctionnement discontinu selon un exemple de réalisation ; [0031] [fig.2] la figure 2 illustre un schéma électrique présentant les principaux éléments permettant de générer de l'énergie électrique à partir d'une énergie cinématique ; [0032] [fig.3] la figure 3 illustre un exemple de vue d'une chaine de production d'énergie en vue de la simple alimentation d'un moyen d'éclairage non régulé en tension ; [0033] [fig.4] la figure 4 illustre un exemple de vue d'une chaine de production d'énergie en vue de l'alimentation d'équipements embarqués sur un outil et nécessitant une tension mieux régulée. [0034] 6. Description de modes de réalisation particuliers [0035] On présente en relation avec la Fig. 1, un outil portatif à fonctionnement discontinu équipé d'un moteur pneumatique et d'un élément animé en mouvement de manière intermittente. L'outil 1 représenté est typiquement une clé à choc pneumatique. Un tel outil est relié à un tuyau d'alimentation d'amené d'un gaz sous pression et est équipé d'une gâchette 2. L'appui sur ladite gâchette déclenche l'ouverture d'un clapet libérant le gaz qui fait tourner une turbine 3 et un moteur 4 déclenchant la rotation du mandrin et la génération d'impact. [0036] Sur un tel outil à impact, le temps de mise en rotation du moteur est très court (entre 5 et 50 impacts de 5 à 200 ms en 1 seconde). La génératrice électrique solidarisée au moteur produit donc de l'énergie en grande quantité mais pendant de courts moments. L'invention permet de récupérer le maximum d'énergie produite et de l'emmagasiner dans un système de stockage 5 comportant notamment un supercondensateur et une batterie associée. De cette manière, il est possible d'utiliser cette énergie un long moment après qu'elle ait été produite, par exemple un mois après. La solution décrite présente un bon compromis entre la compacité, le poids, la rapidité de charge, le faible taux de décharge et le prix. [0037] L'invention permet ainsi de récupérer l'énergie à la fois en mode continu dit « frecspccd » et en mode impact. [0038] Le rapport de vitesse entre le mode impact et frccspeed est élevé et implique de pouvoir récolter de l'énergie à partir d'une large gamme de tension en sortie de générateur. A partir de 1 Volt pour récupérer l'énergie de pulses, la tension en vitesse maximale pouvant être supérieure de 10 fois. [0039] La Fig.2 illustre un schéma électrique présentant les principaux éléments permettant de générer de l'énergie électrique à partir d'une énergie cinématique. L'outil 1 est doté d'une génératrice 10 montée sur le rotor de l'outil qui produit un courant alternatif lorsque le rotor est en rotation, quel que soit son sens. La bobine est avantageusement montée pour produire une tension en triphasé. La tension est transmise à un pont redresseur à diode 11 pour produire une tension redressée. Un circuit de contrôle appelé par la suite, « unité centrale » 12 gère au moins la charge des condensateurs et de la batterie du système de stockage 5. Cette unité centrale commande l'état d'un interrupteur 13 qui contrôle le passage du courant en provenance du pont de redressement 11 vers un supercondensateur 14. [0040] Le vocable «supercondensateur» désigne un condensateur d'une capacité supérieure à 100 millifarads, il est très généralement polarisé. L'unité centrale 12 mesure la tension au niveau des bornes du supercondensateur et dès que celle-ci dépasse sa tension nominale, 5 volts par exemple, alors l'interrupteur 13 est ouvert, limitant ainsi la montée en tension du condensateur et protégeant des surtensions. L'unité centrale 6 peut être un simple comparateur fonctionnant à très basse tension