Brevet FR3111323A1 — publié le 20211217

Dispositif de production d'énergie électrique comprenant un fourreau (10), un plongeur (12), montés de façon télescopique et coulissant l'un par rapport à l'autre, un arbre d'entrainement (20), comportant un filetage M, monté fixe en translation et libre en rotation par rapport audit plongeur (12), faisant saillie en partie supérieure, un écrou (22) solidaire dudit fourreau (10), portant un taraudage T, de profil conjugué du filetage M de l'arbre d'entraînement (20) et recevant ledit arbre d'entraînement (20), ainsi qu'au moins une génératrice (16) comportant un stator (16S) et un rotor (16R) avec un entrefer et des paliers destinés à permettre la rotation dudit rotor par rapport audit stator en maintenant l'entrefer, ledit stator (16S) étant fixé sur ledit plongeur (12) et ledit rotor (16R) étant solidaire de l'extrémité de l'arbre d'entraînement. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 DISPOSITIF DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE A PARTIR DES MOUVEMENTS DU CADRE D'UN VELO COMPORTANT UNE SUSPENSION, VELO EQUIPE L’invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique à partir des mouvements du cadre d'un vélo comportant une suspension, par rapport aux roues. On entend, pour la suite de la description et les revendications, par vélo, tous les vélos à deux trois ou quatre roues, comportant au moins une suspension avec des moyens amortisseurs et mus par la force musculaire. L'invention couvre aussi le vélo équipé dudit dispositif. On connaît les vélos à suspension, notamment une suspension avant, plus particulièrement à fourche. Une telle fourche comporte au moins un amortisseur comportant un tube plongeur monté de façon coulissante dans un fourreau. Entre le tube plongeur et le fourreau, il est prévu des moyens d'amortissement qui sont de différentes natures et plus ou moins sophistiqués. Ces moyens d'amortissement comprennent au moins un élément élastique du type ressort mécanique à spires, vérin hydraulique ou vérin pneumatique ou encore un mixte de plusieurs d'entre eux. Sous les poids conjugués du vélo et du pratiquant, en fonction des obstacles et des mouvements du pratiquant, le tube plongeur vient comprimer l'élément élastique d'une valeur variable et continue. Le réglage de l'effort de rappel élastique est établi pour le vélo en position de roulage, sans sollicitation, c'est à dire avec l'assise adaptée à la géométrie du vélo d'une part, à la morphologie du pratiquant d'autre part ainsi qu'à la pratique envisagée. En fonction du poids total roulant, il sera nécessaire d'adapter le type de ressort, la pré-compression du ressort mécanique ou d'augmenter la pression hydraulique ou pneumatique en fonction des besoins. Il existe aussi des vélos avec des suspensions articulées avec des ressorts et biellettes. Ces suspensions permettent aussi des mouvements relatifs du cadre par rapport aux roues en contact avec le sol. L'amortisseur peut aussi être complété par de nombreuses options comme des moyens de limitation du rebond, des moyens pour tranquilliser les flux gazeux ou hydrauliques afin d'assurer un amortissement en limitant le nombre d'oscillations. Des clapets à ouverture réglable permettent aussi la circulation contrôlée des fluides, notamment pour amortir des chocs importants, plus particulièrement lorsque le vélo est un vélo de descente avec des sauts engagés et donc des réceptions mettant fortement à contribution les suspensions. De même l'amortisseur selon l'invention comprend des bagues, des guidages et autres accessoires permettant les mouvements de translation du plongeur dans le fourreau, ceci de façon tout à fait connue. Dans le cas d'un vélo de ville, la suspension est plutôt mise en place d'une part pour assurer un confort maximal de roulage et d'autre part pour assurer une meilleure accroche des pneumatiques donc une amélioration de la sécurité au roulage, en virage et au freinage. Une suspension est utile si elle est bien réglée et si le vélo ne pompe pas, c’est-à-dire si le vélo ne fait pas qu'osciller à chaque effort de pédalage et si le tube plongeur ne coulisse pas en permanence dans le fourreau ou si le ressort et les biellettes ne sont pas en mouvements perpétuels à fort débattement. En effet une suspension est énergivore si elle est mal réglée car toute l'énergie consommée par la suspension lors des efforts de pédalage est autant d'énergie qui est perdue et non attribuée à la chaîne cinématique de transmission et donc à l'avance du vélo. Néanmoins, tout vélo à suspension, même bien réglé, consomme de l'énergie. Par ailleurs, sur les vélos, de nombreux accessoires sont consommateurs d'énergie électrique, en petites quantités certes, mais consommateurs quand même. Il en est ainsi de l'éclairage, d'autant plus qu'il est puissant, des changements de développements avec des dérailleurs électriques, des appareils électroniques comme les systèmes de positionnement, les compteurs, voire les mini tableaux de bord intégrés. On connaît des moyens de production d'énergie électrique comme les dynamos "bouteille", positionnées sur le flanc du pneu et entraînées par contact avec ledit flanc du pneu. Peu esthétiques, peu efficaces et pouvant dégrader le pneu, elles sont de moins en moins utilisées. Il existe aussi des dynamos disposées dans le moyeu de roue et entraînées par les mouvements de rotation de ladite roue. Très efficaces et pouvant avoir une production certaine, elles sont coûteuses, délicates à mettre en place en post montage et produisent de l'électricité en continu même quand cela est inutile. Il existe aussi des moyens de production sans contact par courants de Foucault, une pièce étant fixée sur la roue et l'autre étant fixée sur le cadre. La production est très limitée et lors des arrêts de roulage, la durée de fonctionnement est très réduite. Dans tous les cas, ces dynamos, quelles qu'elles soient, sont consommatrices d'énergie et donc diminuent le rendement du pratiquant dont une partie de son énergie de pédalage est consommée pour produire de l'énergie électrique. Selon la présente invention, le dispositif de récupération d'énergie électrique est associé voire intégré aux suspensions afin de récupérer une partie de l'énergie dissipée lors des mouvements du cadre du vélo par rapport aux roues. Ainsi, au lieu de perdre inutilement de l'énergie, une partie au moins de l'énergie dissipée est transformée en énergie électrique soit pour charger un accu de façon à disposer d'une réserve d'électricité pour alimenter des accessoires électriques avec un rechargement permanent de l'accu mais sans effort supplémentaire, soit pour alimenter en direct des accessoires électriques, connectés en direct, toujours sans effort supplémentaire du pratiquant. La présente invention se caractérise plus particulièrement en ce qu'elle comprend un écrou taraudé, solidaire d'un fourreau, fixe en rotation et un arbre d'entraînement solidaire d'un plongeur mobile en translation dans ledit fourreau et monté mobile en rotation par rapport audit plongeur, ledit arbre d'entraînement étant muni d'un filetage adapté au pas du taraudage de l'écrou, coopérant avec ledit écrou fixe en rotation ainsi qu'une génératrice de courant dont le rotor est solidaire de l'extrémité de l'arbre. Selon un perfectionnement de l'invention, il est prévu une roue libre interposée entre l'arbre d'entraînement et le rotor de la génératrice de façon à ce que le rotor tourne toujours dans le même sens de rotation. Selon un perfectionnement de l'invention, le moteur est à rotor pouvant produire de l'électricité dans les deux sens de rotation. Suivant l'invention, il est prévu deux moteurs et deux roues libres, à rotations inversées, de façon que le rotor de chaque moteur tourne dans le même sens de rotation mais puisse produire lors de la descente et de la remontée du plongeur. La présente invention est maintenant décrite selon un mode de réalisation, uniquement illustratif et nullement limitatif de la portée de l’invention, à partir des dessins annexés sur lesquels les figures représentent : représente une vue en élévation latérale du dispositif de production d'énergie électrique selon la présente invention. représente une vue en coupe longitudinale du dispositif de production d'énergie électrique de la figure 1. représente un vue du dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention dans une deuxième position, correspondant à la position de l'amortisseur totalement comprimé, en butée. représente un vue du dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention dans une première position, correspondant à la position de l'amortisseur non comprimé. représente une variante d'agencement du dispositif de production d'énergie électrique selon la présente invention. Le dispositif de production d'énergie selon l'invention à partir des mouvements de la suspension du cadre F d'un vélo par rapport à au moins l'une des roues W comprenant au moins un amortisseur A , est maintenant décrit en regard indifféremment des figures 1 et 2. La description est établie en regard d'une suspension pouvant comporter une fourche avec un ou deux amortisseurs, mais aussi une suspension arrière avec un ou deux amortisseurs. Le dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention, dans le cadre du dispositif selon le présent mode de réalisation est interposé entre le cadre d'un vélo F et l'axe de la roue W suspendue, la roue subissant des mouvements de déplacements relatifs par rapport au cadre. Le dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention comprend un fourreau 10, en l'occurrence un tube, plus particulièrement un tube à section circulaire. Le dispositif de production d'énergie électrique comprend aussi un plongeur 12, ledit plongeur 12, monté coaxial et télescopique étant apte à coulisser en translation dans ledit fourreau 10. Pour la simplicité de la représentation, les accessoires de fonctionnement, non directement utiles pour la compréhension de l'invention, tels que des bagues de guidage, des joints d'étanchéité, des colliers de lubrification ne sont pas figurés. De même, la représentation vise un plongeur en partie haute et un fourreau en partie basse recevant le plongeur mais l'agencement inverse reste tout à fait possible. Les moyens de production d'énergie électrique 14 comprennent au moins une génératrice 16 comprenant de façon connue un rotor 16R et un stator 16S, le rotor pouvant tourner par rapport au stator grâce à des paliers, bien connus du montage des génératrices pour maintenir un entrefer adapté. Le stator 16S est rapporté de façon fixe sur le plongeur 12. Ces moyens de production d'énergie électrique 14 comprennent également des moyens d'entraînement à vis 18 destinés à mettre en rotation le rotor 16R. Ces moyens d'entraînement à vis 18 de mise en rotation du rotor 16R, notamment connus sous la marque déposée DRYSPIN, comprennent un arbre d'entraînement 20 portant un filetage M et un écrou fixe 22 portant un taraudage T, ce taraudage T étant de profil conjugué de celui du filetage M de l'arbre d'entraînement. L'arbre d'entraînement 20 est solidaire du rotor 16R, par une de ses extrémités en l'occurrence, l'extrémité supérieure faisant saillie du tube plongeur 12. L'arbre d'entraînement 20 est également monté à rotation par rapport au plongeur qui le porte au moyen des paliers 24. L'arbre d'entraînement est donc guidé par les paliers 24 et par les paliers interposés entre le rotor et le stator dans la génératrice 16, l'ensemble étant parfaitement aligné. L'écrou fixe 22 est solidaire du fourreau 10, par tout moyen adapté, notamment des liaisons 10-1 passant à travers des fentes 10-2 ménagées sur le plongeur. L'arbre d'entraînement 20 passe à travers l'écrou 22 et les deux profils M et T conjugués coopèrent parfaitement. De façon avantageuse, un mécanisme de rotation à sens unique 28 est interposé entre l'arbre d'entraînement 20 et le rotor 16R. Un tel mécanisme peut être une roue libre à cliquet, une roue à rochet, une roue libre à rouleaux ou tout autre agencement adapté de façon que le rotor 16R tourne toujours dans le même sens et soit entraîné par l'arbre d'entraînement 20 uniquement dans un sens de rotation. Le fonctionnement est le suivant, décrit en regard des figures 3A et 3B. Le plongeur 12, dans le cas présent solidaire du cadre, est soumis à des oscillations par rapport au fourreau 10, et lorsque la sollicitation est très importante, on se trouve dans le cas représenté sur la figure 3A dans laquelle le au moins un amortisseur A de la suspension est entièrement comprimé. Le plongeur 12 est alors complètement entré dans le fourreau 10. De fait, durant le mouvement de translation du plongeur 12 dans le fourreau 10, sur sa course maximale, l'arbre d'entraînement 20 est mû en rotation au passage dans l'écrou fixe 22. Simultanément le rotor 16R est entraîné en rotation par rapport au stator 16S, si le mécanisme de rotation à sens unique 28 est disposé pour accrocher dans ce sens de rotation. Le rotor entraîné conduit la génératrice à produire de l'électricité, le rotor 16R étant libre de poursuivre sa rotation librement jusqu'à ce que les forces dans l'entrefer l'immobilisent et donc jusqu'au prochain mouvement de translation du plongeur du haut vers le bas qui le relancera. Dans le cas de la figure 3B, le plongeur 12 est remonté en position maximale dans le fourreau 10 sous l'effet de rappel de l'amortisseur A, ce qui conduit au débattement maximal par exemple lorsque la roue décolle du sol ou après une compression maximale, lors du rebond même s'il est généralement maîtrisé. Dans ce cas, l'arbre d'entraînement 20 remonte et tourne du fait de sa coopération avec l'écrou 22, l'arbre d'entraînement 20 étant mis en rotation dans le sens inverse. Le mécanisme de rotation à sens unique 28 joue alors son rôle et débraye le rotor 16R dudit arbre d'entraînement afin de ne pas contrarier sa rotation et de ne pas le soumettre à une rotation inverse, ce qui aurait pour effet de jouer un rôle de frein d'une part et d'inverser les polarités d'autre part. Le dispositif de production d'électricité selon la présente invention peut être disposé en accessoire sur un vélo entre le cadre et une partie mobile par rapport au cadre et supportant les roues comme un axe de roue, une fourche avant ou encore une base d'une roue arrière également suspendue. Dans le cas présent, le dispositif comprend un fourreau et un plongeur indépendant de la suspension. Par contre, le dispositif de production d'électricité peut avantageusement être disposé dans un des tubes d'une suspension de fourche avant. Dans ce cas, l'un des tubes de fourche forme l'amortisseur avec les moyens d'amortissement à ressort, à gaz ou hydraulique ou une combinaison de ces moyens et l'autre tube de fourche est le dispositif de production d'énergie électrique selon la présente invention. Dans ce cas, les tubes du fourreau 10 et du plongeur 12 sont adaptés pour être identiques à ceux qui constituent l'amortisseur A pour présenter une homogénéité. De façon encore plus intégrée, le dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention peut être intégré dans un amortisseur A comportant des moyens d'amortissement. Dans ce cas, il convient de réserver un espace cylindrique central, les autres organes de la suspension venant en périphérie dudit espace cylindrique central. Les dessins ne sont pas à l'échelle pour une meilleure lisibilité mais l'arbre d'entraînement 20 comme l'écrou 22 sont de dimensions réduites car les efforts mécaniques sont très limités du fait de la puissance elle-même très limitée de la génératrice 16. Les matériaux utilisés peuvent être des polymères spécifiques et bien connus, ce qui conduit à des poids réduits et une grande durabilité du dispositif de production d'énergie électrique selon la présente invention. De même, les frottements sont très limités du fait des diamètres des pièces, si bien que le rendement est très optimisé. Selon une variante d'agencement présentée sur la figure 4, en lieu et place de l'écrou 22 maintenu en place par rapport au fourreau 10 par des liaisons 10-1 passant à travers des fentes 10-2 ménagées sur le tube plongeur 12, la variante prévoit de solidariser un tube support 30 sur le fond du fourreau 10 par des moyens de liaison tel qu'un axe fileté 32 solidaire de la partie inférieure 30-1 dudit tube support 30, traversant le fond du fourreau 10 et un écrou 34 extérieur. L'écrou 22 fixe est alors porté par la partie supérieure 30-2 du tube support 30. Le tube support 30 est coaxial intérieur au tube plongeur 12. En variante également, il est possible d'utiliser des moteurs aptes à produire de l'énergie électrique dans les deux sens de rotation. Une gamme de moteurs particulièrement performants est commercialisée sous la marque déposée MAXON. En variante pour optimiser la production et utiliser les deux sens de déplacement en translation du plongeur, il est possible de doubler les dispositifs avec deux génératrices couplées électriquement et deux roues libres, avec des sens de rotation inversés. Chaque génératrice produit dans un sens de déplacement pendant que l'autre est débrayée et inversement. Avantageusement, la production d'énergie électrique charge un accu de façon à toujours disposer d'énergie électrique et sur de longues plages d'utilisation, si bien que même avec un arrêt prolongé, tous les accessoires nécessitant de l'énergie électrique restent alimentés, sans baisse de tension. Dispositif de production d'énergie électrique comprenant un fourreau (10), un plongeur (12), montés de façon télescopique et coulissant en translation l'un par rapport à l'autre, un arbre d'entrainement (20), comportant un filetage M , monté fixe en translation et libre en rotation par rapport audit plongeur (12), faisant saillie en partie supérieure, un écrou (22) fixe solidaire dudit fourreau (10), portant un taraudage T , de profil conjugué du filetage M de l'arbre d'entraînement (20) et recevant ledit arbre d'entraînement (20), ainsi qu'au moins une génératrice (16) comportant un stator (16S) et un rotor (16R) avec un entrefer et des paliers destinés à permettre la rotation dudit rotor par rapport audit stator en maintenant l'entrefer, ledit stator (16S) étant fixé sur ledit plongeur (12) et ledit rotor (16R) étant solidaire de l'extrémité de l'arbre d'entraînement. Dispositif de production d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mécanisme de rotation à sens unique (28) est interposé entre l'arbre d'entraînement (20) et le rotor (16R) de la au moins une génératrice de façon que le rotor (16R) tourne toujours dans le même sens de rotation. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de rotation à sens unique (28) est choisi par les roues libres à cliquet, les roues libres à rochet ou les roues libres à rouleaux. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un tube support (30) rapporté sur le fond du fourreau (10) par des moyens de liaison, coaxial intérieur du tube plongeur (12), l'écrou fixe (22) étant porté par la partie supérieure (30-2) de ce tube support (30). Dispositif de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux génératrices couplées électriquement et deux mécanismes de rotation à sens unique, les sens de rotation de chaque ensemble étant inversés. Dispositif de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la au moins une génératrice (16) est reliée à un accu. Vélo comprenant au moins un amortisseur A interposé entre le cadre F d'un vélo et au moins une roue W équipé du dispositif de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif est interposé entre ladite au moins une roue W et le cadre F . Vélo comprenant au moins un amortisseur A interposé entre le cadre F d'un vélo et au moins une roue W équipé du dispositif de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de production d'énergie électrique est intégré dans l'amortisseur.