EP4721253A1 - Dispositif de récupération d'énergie électrique par conversion d'énergie mécanique - Google Patents

Dispositif de récupération d'énergie électrique par conversion d'énergie mécanique

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EP4721253A1
EP4721253A1 EP24730020.5A EP24730020A EP4721253A1 EP 4721253 A1 EP4721253 A1 EP 4721253A1 EP 24730020 A EP24730020 A EP 24730020A EP 4721253 A1 EP4721253 A1 EP 4721253A1
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EP
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stator
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Pending
Application number
EP24730020.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Gregorio BOCCALERO
Jean-Paul Yonnet
Alain Sylvestre
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Polytechnique de Grenoble
Universite Grenoble Alpes
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Polytechnique de Grenoble
Universite Grenoble Alpes
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
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    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
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Abstract

Dispositif de récupération d'énergie électrique par conversion d'énergie mécanique Le dispositif de récupération proposé comprend un stator (11), un coulisseau (12), des moyens de rappel (13), une plateforme d'appui (14), un châssis (15) et un circuit d'intégration (16) de pulses électriques. Il constitue un dispositif magnétiquement bistable qui permet, par construction, de s'assurer que la quantité d'énergie collectée par intégration de chaque pulse électrique qu'il génère est maîtrisée et sensiblement constante. Il présente des performances plus élevées que les solutions antérieures, est aisément adaptable en dimensions, et présente un coût de fabrication et d'entretien suffisamment faible, pour permettre sa production industrielle et son large déploiement.

Description

« Dispositif de récupération d’énergie électrique par conversion d’énergie mécanique »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la conversion d’énergie mécanique et de la récupération d’énergie électrique, et plus particulièrement le domaine des dispositifs de récupération d’énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique. La présente invention trouve à s’appliquer dans de nombreux domaines, et notamment dans le domaine de la récupération d’énergie au niveau d’infrastructures routières par passages de véhicules sur le dispositif.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Il existe plusieurs systèmes de conversion d’une énergie mécanique en une énergie électrique de type impulsifs. En ce sens, ces systèmes se distinguent de systèmes oscillants qui sont discutés plus bas. Certains de ces systèmes impulsifs sont basés sur des couplages électromagnétiques traditionnels et présentent, pour principaux inconvénients, leur manque de compacité et leur coût de maintenance élevé. Certains de ces systèmes impulsifs basés sur des couplages électromagnétiques traditionnels impliquent en outre des dispositifs à engrenages et présentent, pour principaux inconvénients, un volume conséquent, une faible fiabilité, une intégration difficile des puises électriques générés et un manque de viabilité techno-économique, ce qui explique qu’ils soient souvent restés au stade de prototypes et n’aient jamais été significativement déployés. D’autres systèmes impulsifs sont basés sur l’utilisation de matériaux piézoélectriques et présentent, pour principaux inconvénients, leur faible performance, bien qu’ils soient compacts et peu coûteux, et qu’ils ne requièrent pas, ou peu, d’entretien.
Il existe par ailleurs des systèmes de récupération d’énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique qui, contrairement aux systèmes impulsifs, sont oscillants et fonctionnent potentiellement avec de petits déplacements et en l’absence de pièces en rotation. De tels systèmes sont par exemple décrits dans les documents de brevet référencés WO 2021/260711 A1 , US 2020/0119619 A1 , US 2015/0188389 A1 et US 2008/0164701 A1.
Certains de ces systèmes peuvent comprendre un stator, un coulisseau, des moyens de rappel, une plateforme d’appui, un châssis et un circuit d’intégration de puises électriques : a. Le stator étant monté fixe sur le châssis et comprenant une première partie et une deuxième partie superposées et distantes entre elles selon une direction définie par un axe de sollicitation des moyens de rappel, b. Le coulisseau, solidaire de la plateforme d’appui, étant monté mobile en translation, relativement au stator, selon la direction définie par l’axe de sollicitation des moyens de rappel et entre une position dite de repos et une position de sollicitation des moyens de rappel, et c. Le coulisseau et le stator présentant des propriétés électromagnétiques telles que chaque translation du coulisseau entre sa position de repos et sa position de sollicitation des moyens de rappel génère un puise électrique que le circuit d’intégration de puises électriques est configuré pour intégrer.
Ces systèmes visent à convertir l’énergie mécanique générée par tout mouvement de translation du coulisseau dans le stator, quelles que soient l’amplitude et la vitesse d’oscillation du coulisseau.
Si ces systèmes oscillants peuvent être considérés comme proposant un compromis avantageux entre les principaux inconvénients des systèmes impulsifs à couplages électromagnétiques traditionnels et les principaux inconvénients des systèmes impulsifs basés sur l’utilisation de matériaux piézoélectriques, leur faible déploiement montre qu’il est encore souhaitable de développer d’autres solutions, et notamment des solutions plus écologiques, moins coûteuses, plus robustes et performantes, et surtout permettant l’obtention de valeurs de production d’énergie électrique plus élevées. La présente invention vise à fournir une telle solution, et notamment un compromis encore plus avantageux.
Plus particulièrement, la présente invention vise à fournir un dispositif de récupération d’énergie électrique par conversion d’énergie mécanique présentant des performances plus élevées que les solutions antérieures.
Un autre objectif de la présente invention consiste à proposer un dispositif de récupération d’énergie électrique par conversion d’énergie mécanique aisément adaptable à différentes échelles, et notamment de l’échelle macroscopique (de l’ordre du décimètre cube) à l’échelle microscopique (de l’ordre du micromètre cube).
Un autre objectif de la présente invention consiste à proposer un dispositif de récupération d’énergie électrique par conversion d’énergie mécanique dont l’encombrement reste modéré et/ou dont le coût de fabrication et d’entretien reste suffisamment faible, pour permettre leur production industrielle et leur large déploiement, tout en présentant de préférence des performances plus élevées que les solutions antérieures.
RESUME DE L’INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect, on prévoit un dispositif de récupération d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique, conforme au préambule ci-dessus, est essentiellement tel que : a. L’un parmi le coulisseau et chacune des première et deuxième parties du stator comprend un aimant permanent et deux éléments d’extension en un matériau ferromagnétique, les deux éléments d’extension s’étendant respectivement de part et d’autre de l’aimant permanent selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel, b. Les première et deuxième parties du stator définissent, entre elles, un logement accommodant, avec un entrefer, le coulisseau, c. De sorte que, lorsqu’une force mécanique supérieure à un seuil déterminé est exercée sur la plateforme d’appui : i. le coulisseau quitte sa position de repos, en générant un puise électrique dans celle des première et deuxième parties du stator dont le coulisseau s’éloigne, et ii. le coulisseau approche de sa position de sollicitation des moyens de rappel, en générant au moins un puise électrique dans celle des première et deuxième parties du stator dont le coulisseau s’approche, et d. De sorte que, lorsque la force mécanique n’est plus exercée sur la plateforme d’appui : i. le coulisseau quitte sa position de sollicitation des moyens de rappel par détente des moyens de rappel, en générant au moins un puise électrique dans celle des première et deuxième parties du stator dont le coulisseau s’éloigne, et ii. le coulisseau revient dans sa position de repos, en générant au moins un puise électrique dans celle des première et deuxième parties du stator dont le coulisseau s’approche.
Ce sont ainsi quatre puises électriques qui sont intégrés par le circuit d’intégration à chaque aller-retour du coulisseau, c’est-à-dire à chaque passage du coulisseau depuis sa position de repos jusqu’à sa position de sollicitation des moyens de rappel et, inversement, depuis sa position de sollicitation des moyens de rappel jusqu’à sa position de repos.
Plus particulièrement, l’aimant permanent du coulisseau crée, lorsque le coulisseau est proche de l’une ou l’autre des première et deuxième parties du stator, un champ magnétique circulant à travers le coulisseau et la partie du stator dont le coulisseau est proche ; l’éloignement du coulisseau depuis l’une ou l’autre des parties du stator perturbe le champ magnétique circulant dans la partie du stator dont le coulisseau s’éloigne et génère un puise électrique intégrable, et, inversement, le rapprochement du coulisseau d’une ou l’autre des parties du stator perturbe le champ magnétique circulant dans la partie du stator de laquelle le coulisseau s’approche et génère un puise électrique intégrable.
Ainsi, il apparaît que le dispositif de récupération proposé exploite, à quatre reprises par aller-retour du coulisseau, la variation de réluctance de chacun des circuits magnétiques formés tour à tour par le coulisseau et l’une parmi les deux parties du stator. Chaque puise électrique généré correspond à une quantité d’énergie, de sorte que l’intégration de chaque puise électrique puisse par exemple induire le stockage d’une quantité d’énergie correspondante au puise électrique.
En outre, l’on comprend, de ce qui précède, que le dispositif de récupération proposé est un dispositif magnétiquement bistable, et que, en ce sens, il se distingue des dispositifs oscillants de récupération d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique, qui visent notamment à récupérer toutes quantités d’énergie induites par toutes forces exercées sur la plate-forme d’appui, y compris les plus petites, voire les plus lentes. Au contraire de tels dispositifs oscillants, le dispositif de récupération proposé ici permet, par construction, de s’assurer que la quantité d’énergie collectée par intégration de chaque puise électrique généré est maîtrisée et sensiblement constante. Au-delà, le dispositif proposé peut être configuré de sorte que chacun des quatre puises électriques générés par aller-retour du coulisseau est maîtrisé et sensiblement identique aux trois autres ; par voie de conséquence, l’intégration d’un quelconque des quatre puises électriques peut être réalisée par un circuit d’intégration simple, relativement au circuit d’intégration mis en oeuvre par certains dispositifs oscillants, et une quantité d’énergie sensiblement égale à celle générée par les trois autres puises peut être stockée.
Plus particulièrement, la quantité d’énergie collectée par intégration de chaque puise électrique généré dépend des différentes caractéristiques qui définissent le dispositif de récupération, et non d’une amplitude ou d’une vitesse de mouvements d’oscillation du coulisseau, ceci au prix d’une contrainte consistant en ce que la force d’appui sur la plateforme doit dépasser un seuil pour pouvoir entraîner le coulisseau en translation. La valeur de ce seuil est déterminée par différentes caractéristiques qui définissent le dispositif de récupération. De ce fait, la valeur du seuil définit, au moins en partie, la quantité d’énergie collectée par intégration de chaque puise électrique généré.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un système de récupération d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique comprenant au moins un dispositif de récupération tel qu’introduit ci-dessus et au moins un mobilier, par exemple urbain, destiné à être fixé sur un site d’installation du système et présentant au moins un logement adapté pour y loger au moins un dispositif de récupération tel qu’introduit ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1 représente une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention.
La figure 2 représente une vue en perspective d’une partie intérieure du dispositif de récupération selon un premier mode de réalisation du premier aspect de l’invention.
La figure 2A représente une vue en perspective d’une partie intérieure du dispositif de récupération selon une variante du premier mode de réalisation illustré sur la figure 2.
La figure 3 représente une vue en perspective depuis l’extérieur d’une partie du dispositif de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2. La figure 4A représente schématiquement une vue éclatée d’un mode de réalisation des connectiques mises en œuvre pour lier fonctionnellement entre eux les puises électriques de différentes sous-bobines d’induction du dispositif de récupération selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention par l’intermédiaire d’une broche de connexions électriques.
La figure 4B représente schématiquement différentes façons de relier entre elles les sous-bobines d’induction illustrées sur la figure 4A ; la mise en œuvre des configurations électriques en série et en parallèle des sous-bobines d’induction du dispositif de récupération est illustrée par les deux encadrés superposés entre eux sur la gauche de la figure 4B.
La figure 5 représente sensiblement la vue en perspective illustrée sur la figure 2 et illustre graphiquement un exemple de relation entre la force extérieure Fext à exercer sur la plateforme d’appui pour déplacer le coulisseau et la force magnétique d’attraction Fma entre le coulisseau et la partie du stator dont il est le plus proche, cette relation étant arbitrée notamment par la raideur kspr des moyens de rappel de sorte à optimiser sensiblement le dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention.
La figure 6A illustre un mode de réalisation d’un circuit d’intégration du dispositif de récupération selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention.
La figure 6B illustre un mode de réalisation d’un circuit de test du dispositif de récupération selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention.
La figure 7 illustre une vue en perspective d’une partie éclatée du dispositif de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 3.
Les figures 8A et 8B illustrent chacune une alternative quant à la forme prise par le coulisseau et celle prise par les parties du stator d’un dispositif de récupération selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention.
La figure 9 représente une vue schématique partielle en perspective du stator et du coulisseau du dispositif de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 8A et illustrent les différentes côtes d’intérêt quant au dimensionnement de ces parties du dispositif entre elles.
La figure 10 est une vue schématique de face de chaque partie du stator, du coulisseau et de la plate-forme d’appui du dispositif de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 8A.
La figure 11A illustre le champ magnétique fermé que forme le coulisseau avec la partie supérieure du stator, lorsque ces deux éléments du dispositif de récupération sont en contact direct l’un avec l’autre. La figure 11 B illustre le champ magnétique fermé que forme le coulisseau avec la partie inférieure du stator, lorsque ces deux éléments du dispositif de récupération sont en contact direct l’un avec l’autre.
Les figures 12A à 12E illustrent la déformation du champ magnétique à différentes étapes d’un mouvement de translation aller du coulisseau, depuis la configuration illustrée sur la figure 6A, vers la configuration illustrée sur la figure 6B.
Les figures 13A à 13D sont des vues schématiques de face du stator et du coulisseau du dispositif de récupération selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention, à différentes étapes du mouvement de translation aller-retour du coulisseau.
La figure 14 est é lire en superposition des figures 13A à 13D. Elle illustre les moments au cours du mouvement de translation aller-retour du coulisseau durant chacun desquels un puise électrique est généré, cette illustration prenant la forme de deux électrogrammes superposés entre eux, l’électrogramme supérieur étant relatif aux puises électriques générés dans la partie supérieure du stator et l’électrogramme inférieur étant relatif aux puises électriques générés dans la partie inférieure du stator.
La figure 15 illustre un électrogramme issu de l’addition des deux électrogrammes illustrés sur la figure 14, après redressement d’un des deux des puises électriques générés dans chaque partie du stator, ledit redressement étant par exemple obtenu par mise en œuvre d’un pont de diodes tel qu’illustré sur la figure 6A.
La figure 16A est un graphique illustrant des évolutions de la puissance instantanée produite (en Watt), de la densité de puissance (en Watt par mètre carré et milliwatt par centimètre cube), de l’énergie convertie (en Joules) et du rendement (en pourcentage) en fonction de la valeur de résistance Rext d’un circuit de caractérisation électrique d’un prototype du dispositif selon le premier mode de réalisation de l’invention ; chaque évolution illustrée correspond à un agencement en parallèle et/ou en série de trois sous-bobines d’induction enroulées autour du noyau ferromagnétique de chacune des parties du stator. Le prototype caractérisé a des dimensions de 73x108x93 mm3= 0,733 dm3, un aimant en Nd2Fe14B (hm = lm= 5 mm, w=50 mm), des bobines d’inductance Lcoüs=2x2,5 Henry (en série) et des ressorts de raideur /cspr=4x90 N/mm. Ce dispositif s’actionne avec une force externe Fma=900 N en parcourant un déplacement de xmM=2,5mm (pour une énergie mécanique : Ein =2,25 J), en produisant en conditions non optimisées une énergie électrique Eout=0, 25 J.
La figure 16B est un graphique illustrant des évolutions d’un pic de tension (en Volt) aux bornes de la résistance Rext du circuit de caractérisation électrique du prototype du dispositif selon le premier mode de réalisation de l’invention en fonction de la valeur de résistance Rext, chaque évolution illustrée correspond à un des agencements en parallèle et/ou en série de trois sous-bobines d’induction enroulées autour du noyau ferromagnétique de chacune des parties du stator qui sont considérées sur la figure 16A.
La figure 16C est un graphique illustrant des évolutions du courant électrique (en Ampère) du courant aux bornes de la résistance Rext du circuit de caractérisation électrique du prototype du dispositif selon le premier mode de réalisation de l’invention en fonction de la valeur de résistance Rext ; chaque évolution illustrée correspond à un des agencements en parallèle et/ou en série de trois sous-bobines d’induction enroulées autour du noyau ferromagnétique de chacune des parties du stator qui sont considérées sur la figure 16A.
La figure 17A est un graphique montrant l’évolution temporelle de la tension (en volt) aux bornes des diodes d’un pont de diodes formant en partie le circuit d’intégration du dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention et l’évolution temporelle de la tension (en volt) accumulée aux bornes d’une capacité formant en partie le circuit d’intégration du dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention.
La figure 17B et un graphique montrant l’évolution de l’énergie stockée en fonction de la valeur de la capacité des circuits d’intégration du dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention pour une configuration donnée des connexions entre des sous-bobines constituant la bobine d’induction de chacune des deux parties du stator du dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention.
La figure 18A représente une vue en perspective d’une partie d’un système de récupération selon un mode de réalisation du deuxième aspect de l’invention.
La figure 18B représente une vue éclatée de la partie du système de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 18A.
La figure 19A représente une vue en perspective d’une partie d’un système de récupération selon un autre mode de réalisation du deuxième aspect de l’invention que celui illustré sur la figure 18A.
La figure 19B représente une vue éclatée de la partie du système de récupération selon le mode de réalisation illustré sur la figure 19A.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, la première partie du stator et la deuxième partie du stator peuvent être fixes en position l’une par rapport à l’autre.
Selon un exemple, le coulisseau et la plateforme d’appui peuvent être reliés mécaniquement au châssis par l’intermédiaire des moyens de rappel.
Selon un exemple, les moyens de rappel peuvent comprendre au moins un ressort, par exemple hélicoïdal.
Selon un exemple, le coulisseau dans l’une et/ou l’autre parmi sa position de repos et sa position de sollicitation des moyens de rappel peut former avec la partie du stator dont il est le plus proche un support pour un champ magnétique fermé induit par l’aimant permanent. De préférence, ledit support est d’une section sensiblement constante.
Selon un exemple, l’une au moins des positions de repos et de sollicitation des moyens de rappel peut être une position de contact, direct ou indirect, entre les deux éléments d’extension du coulisseau et l’une correspondante des première et deuxième parties du stator.
En complément ou en alternative à l’exemple précédent, le dispositif de récupération peut comprendre en outre une butée agencée de sorte à s’opposer au contact entre le coulisseau et la partie du stator dont le coulisseau est proche lorsque le coulisseau est dans sa position de repos. La force d’attraction magnétique Fma entre le coulisseau et la partie du stator dont le coulisseau est proche lorsqu’il est dans la position de repos des moyens de rappel, et donc la force d’appui Fext nécessaire pour déplacer le coulisseau, peut être réduite de façon contrôlée.
Selon un exemple, le seuil au-delà duquel la force mécanique exercée sur la plateforme d’appui induit le déplacement du coulisseau peut être déterminé proportionnellement à une force d’attraction électromagnétique entre le coulisseau dans sa position de repos et la partie du stator dont le coulisseau est proche lorsque le coulisseau est dans sa position de repos. En complément, les moyens de rappel peuvent être paramétrés de sorte qu’ils ne génèrent pas, sur le coulisseau, une force de rappel vers la position de repos des moyens de rappel, avant que le coulisseau ne se soit déplacé d’une distance non nulle xspr depuis la position de repos des moyens de rappel.
Selon un exemple, la raideur des moyens de rappel peut être paramétrée pour appliquer, sur le coulisseau dans sa position de sollicitation des moyens de rappel, une force de rappel vers sa position de repos supérieure à une force d’attraction électromagnétique entre le coulisseau et la partie du stator dont le coulisseau est proche lorsqu’il est dans sa position de sollicitation des moyens de rappel. Selon un exemple, le coulisseau comprenant l’aimant permanent et les deux éléments d’extension en un matériau ferromagnétique, chaque partie du stator peut comprendre un noyau ferromagnétique et au moins une bobine d’induction enroulée autour d’une portion centrale du noyau ferromagnétique, chaque puise électrique généré dans une partie du stator prenant la forme d’un courant électrique circulant dans chaque bobine d’induction de cette partie du stator. Plus particulièrement, chaque noyau ferromagnétique de chaque partie du stator peut présenter une forme en U et les extrémités de la forme en U d’une parmi les première et deuxième parties du stator font face à celles de la forme en U de l’autre parmi les première et deuxième parties du stator. En alternative ou en complément, le coulisseau peut présenter une forme en H comprenant des barres latérales jointes entre elles par une barre centrale, l’aimant permanent du coulisseau formant une partie de la barre centrale de la forme en H et les deux éléments d’extension formant les barres latérales de la forme en H et complétant la barre centrale de la forme en H. Le nombre de spires et la section du fil conducteur de chaque bobine d’induction peuvent être paramétrés de sorte à en adapter l’impédance.
Selon un exemple, les éléments d’extension peuvent s’étendre depuis l’aimant permanent par des faces de l’aimant permanent qui sont opposées entre elles selon une direction de magnétisation de l’aimant permanent, cette dernière étant sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel.
Selon un exemple, le coulisseau comprenant l’aimant permanent et les deux éléments d’extension en un matériau ferromagnétique, le coulisseau et les première et deuxième parties du stator peuvent être configurés de sorte que l’aimant permanent du coulisseau n’entre pas en contact avec une des première et deuxième parties du stator, quelle que soit la position du coulisseau.
Selon un exemple, le circuit d’intégration des puises électriques peut comprendre un pont de diodes et une capacité, le pont de diodes étant configuré, en aval de la capacité, pour que tous les puises électriques présentent une même orientation et la capacité étant propre à stocker une quantité d’énergie correspondant à chaque puise électrique généré.
Selon un exemple, le châssis peut être configuré pour permettre de fixer le dispositif à un site d’installation ou à un mobilier, par exemple urbain, destiné à être fixé sur un site d'installation.
Selon un exemple, le dispositif de récupération peut être exempt de l’un au moins parmi : a. un composant piézoélectrique, b. une pièce rotative, c. un dispositif d’auto-centrage du coulisseau relativement au stator, et d. un dispositif de transmission d’un mouvement d’un arbre moteur à un arbre récepteur.
On entend, par « moyens de rappel », un élément élastique, par exemple en acier, capable de se déformer par traction et/ou compression, en emmagasinant de l'énergie sous forme potentielle pour la restituer en reprenant sa forme initiale. Les moyens de rappel sont typiquement tels que leur déformation se fait selon un axe de sollicitation déterminé. Par exemple, lorsque les moyens de rappel comprennent un ressort hélicoïdal, l’axe de sollicitation est typiquement défini par l’axe du ressort.
On entend par « circuit magnétique fermé » un circuit magnétique comportant des pièces ferromagnétiques qui canalisent le flux magnétique dans ce circuit.
En référence à la figure 1 , le dispositif de récupération 1 d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique selon le premier aspect de l’invention comprend un stator 11 , un coulisseau 12, des moyens de rappel 13, une plateforme d’appui 14, un châssis 15 et un circuit d’intégration 16 de puises électriques. Dans les autres figures annexées sont souvent représentés des parties du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention. Lorsque seul le circuit d’intégration 16 de puises électriques est manquant, les parties illustrées du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention sont référencées de façon groupée par la référence numérique 1’, comme sur la figure 1. Ces parties restantes 1’ sont notamment comprises par le dispositif tel que partiellement illustré sur la figure 3, cette illustration ne laissant toutefois apparaître qu’une partie de la plaque d’appui 14 et du châssis 15 ; le stator 11 , le coulisseau 12 et les moyens de rappel 13 étant dissimulés par la plaque d’appui 14 et le châssis 15. À titre d’exemple non limitatif, la figure 7 montre une vue éclatée d’une partie de l’ensemble d’éléments T du dispositif de récupération 1 qui permet d’illustrer une façon dont le stator 11 , le coulisseau 12 et les moyens de rappel 13 peuvent être agencés dans le châssis 15 et relativement à la plaque d’appui 14 et.
En référence à la figure 10, le stator 11 , composé de deux parties référencées 111 et 112, est monté fixe sur le châssis 15. Une première partie 111 du stator 11 et une deuxième partie 112 du stator 11 sont superposées et distantes entre elles selon une direction (illustrée par la double flèche) définie par l’axe de sollicitation des moyens de rappel 13. Le coulisseau 12 est quant à lui solidaire de la plateforme d’appui 14 et est monté mobile en translation, relativement au stator 11 , selon la direction définie par l’axe de sollicitation des moyens de rappel 13. Sur la figure 10, le coulisseau 12 est dans une position dite de repos des moyens de rappel 13 ; le coulisseau 12 est alors proche, voire au contact, de la première partie 111 , supérieure, du stator 11. Lorsque le coulisseau 12 est emmené, selon son mouvement de translation, dans une position proche, voire au contact, de la deuxième partie 112, inférieure, du stator 11 , 1e coulisseau 12 est dans une position dite de sollicitation des moyens de rappel 13 ; ces derniers ont alors tendance à repousser le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13.
Le stator 11 et le coulisseau 12 présentent des propriétés électromagnétiques telles que chaque translation du coulisseau 11 entre sa position de repos et sa position de sollicitation des moyens de rappel 13 génère au moins un puise électrique que le circuit d’intégration 16 de puises électriques est configuré pour intégrer.
En référence à la figure 2, et selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le coulisseau 12 peut comprendre un aimant permanent 121 , par exemple à base de néodyme (par exemple de formule Nd2Fei4B) et deux éléments d’extension 122 et 123 en un matériau ferromagnétique (ou ferrimagnétique, ces deux compositions pouvant le cas échéant être regroupées sous l’appellation « matériau magnétique doux »). Les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 s’étendent respectivement de part et d’autre de l’aimant permanent 121 selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel 13. Les première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 définissent, entre elles, un logement accommodant, avec un entrefer 110, l’aimant permanent 121 et les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12.
Toujours en référence à la figure 2, chaque partie ferromagnétique 111 , 112 du stator 11 comprend un noyau ferromagnétique 1111 , 1121 et au moins une bobine d’induction 1112, 1122 enroulée autour d’une portion centrale du noyau ferromagnétique 1111 , 1121. Chaque puise électrique généré dans une partie ferromagnétique 111 , 112 du stator 11 prend la forme d’un courant électrique circulant dans chaque bobine d’induction 1112, 1122 de cette partie ferromagnétique 111 , 112 du stator 11. Les noyaux ferromagnétiques sont par exemple à base de fonte magnétique douce. Les bobines sont par exemple constituées d’un enroulement de fil de cuivre, par exemple présentant un diamètre sensiblement égal à 80pm.
Sur la figure 2A, est illustré un mode de réalisation du stator 11 et du coulisseau 12 qui est une alternative à celui illustré sur la figure 2. Cette alternative montre que l’épaisseur w (Cf. figure 9) sur laquelle s’étendent le stator 11 et le coulisseau 12 peut varier jusqu’à changer le rapport de forme de l’ensemble, sans rendre dysfonctionnel le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 2 correspond sensiblement à celui illustré sur la figure 8A ; sur cette dernière, sont en outre représentés un ressort hélicoïdal en tant que moyens de rappel 13 et une prise d’appui 14’ sur le ressort hélicoïdal, cette prise d’appui 14’ pouvant être vu comme une représentation schématique de la plate-forme d’appui 14 dont elle est considérée être solidaire. Selon le mode de réalisation illustrée sur la figure 8A, chaque noyau ferromagnétique 1111 , 1121 de chaque partie 111 ,112 du stator
11 présente une forme en U et les extrémités de la forme en U de la première partie 111 du stator 11 font face à celles de la forme en U de la deuxième partie 112 du stator 11. En alternative, et comme illustré sur la figure 8B, le coulisseau 12 peut présenter une forme en H comprenant des barres latérales jointes entre elles par une barre centrale, l’aimant permanent 121 du coulisseau 12 formant une partie de la barre centrale de la forme en H et les deux éléments d’extension 122 et 123 formant les barres latérales de la forme en H et complétant la barre centrale de la forme en H. Notons ici que ces alternatives sont combinables entre elles.
Il ressort des différentes figures déjà détaillées que les éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 s’étendent, quel que soit le mode de réalisation envisagé, depuis l’aimant permanent 121 par des faces de l’aimant permanent 121 qui sont opposées entre elles selon une direction de magnétisation de l’aimant permanent 121 (définie par la flèche dessinée sur l’aimant permanent 121 illustré sur les figures 2, 2A, 8A, 8B et 9). La direction de magnétisation de l’aimant permanent 121 est sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel 13. Il ressort également des différentes figures déjà détaillées que l’aimant permanent 121 , les éléments d’extension 122 et 123, et les première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 peuvent avantageusement être configurées de sorte que l’aimant permanent 121 du coulisseau 12 n’entre pas en contact avec une des première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 , quelle que soit la position du coulisseau 12 ;si cela peut entraîner la perte de lignes de champ magnétique, et par voie de conséquence diminuer sensiblement les performances du dispositif de récupération 1 , cela fournit en revanche une méthode simple pour réduire la force externe nécessaire au fonctionnement du dispositif.
La figure 9 illustre les différents paramètres caractérisant le stator 11 et le coulisseau
12 constituant une partie du dispositif de récupération 1 selon son mode de réalisation illustré sur la figure 2, ou sur la figure 2A. Ces différents paramètres ont été fixés comme suit pour produire un prototype fonctionnel du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention : a- Xmax = e = 2,5 mm ; b. di — cif c. lm = 15 mm ; d. w = 50 mm ; e. ha = 4,5 mm ; f. hs = 57 mm ; g. ls = 51 mm.
Pour ces dimensionnements du stator 11 et du coulisseau 12, qui sont fixés ici pouvoir pour récupérer l’énergie produite par le passage d’un vélo sur le dispositif de récupération 1 : a. La force d’attraction magnétique Fma = F,)," = Pma qu’exerce chaque partie du stator sur le coulisseau 12 lorsqu’ils sont en contact l’un avec l’autre est sensiblement égale à 900 N (où, comme illustré sur la figure 11 A, F^a est la force d’attraction magnétique qui s’exerce entre la première partie 111 du stator 11 et le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel, du fait de l’aimant permanent 121 du coulisseau 12, et où, comme illustré sur la figure 11 B, F^a est la force d’attraction magnétique qui s’exerce entre la deuxième partie 112 du stator 11 et le coulisseau 12 dans la position de sollicitation des moyens de rappel), du fait de l’aimant permanent 121 du coulisseau 12), et b. L’énergie mécanique dite d’entrée Ein du dispositif s’élève sensiblement à 2,25 J.
En outre, les bobines d’inductance du stator 11 sont paramétrée de sorte à présenter une inductance vérifiant s, notamment en termes de nombre d’enroulements, Lcoüs = 2 x 2.5 H
Par ailleurs, pour ces dimensionnements du stator 11 et du coulisseau 12, les moyens de rappel 13 du prototype prennent avantageusement la forme de 4 ressorts hélicoïdaux présentant chacun une raideur kspr sensiblement égale à 90 N/mm.
Une vitesse équivalente au passage d’un véhicule de veqdef = ~2-5 km/h a été utilisée pour les tests en laboratoire, en donnant des performances comparables aux tests avec passage de voiture jusqu’à 20 km/h dans un parking.
Notamment du fait des différents agencements susmentionnés du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention, et en référence aux figures 13A à 13D et à la figure 14 : a. lorsqu’une force mécanique, ou force extérieure Fext , supérieure à un seuil déterminé, par exemple la valeur du seuil étant égale à celle de la force d’attraction magnétique F^à1 qu’exerce la première partie 111 du stator sur le coulisseau 12 lorsqu’ils sont en contact l’un avec l’autre, est exercée sur la plateforme d’appui 14 : i. le coulisseau 11 quitte sa position de repos (Cf. figure 13A), en générant un puise électrique 21 (Cf. figure 14) dans la première partie 111 du stator 12, c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’éloigne, et ii. le coulisseau 11 approche de sa position de sollicitation des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13B), en générant un puise électrique 22 (Cf. figure 14) dans la deuxième partie 112 du stator 11 , c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’approche ; puis b. lorsque la force mécanique, ou force extérieure Fext, n’est plus exercée sur la plateforme d’appui 14 : i. le coulisseau 12 quitte sa position de sollicitation des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13C) par détente des moyens de rappel 13, en générant un puise électrique 23 (Cf. figure 14) dans la deuxième partie 112 du stator 11 , c’est- à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’éloigne, et ii. le coulisseau 12 revient dans la position de repos des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13D), en générant un puise électrique 24 (Cf. figure 14) dans la première partie 111 du stator 11 , c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’approche.
Notons ici que le temps entre la génération du puise électrique 23 et la génération du puise électrique 24 illustrés sur la figure 14 est potentiellement directement proportionnelle à la seule raideur des moyens de rappel 13. Au contraire, le temps entre la génération du puise électrique 21 et la génération du puise électrique 22 illustrés sur la figure 14 dépend lui de la valeur de la force d’appui exercée sur la plate-forme d’appui 14.
Comme illustré sur les figures 11 A et 11 B, le coulisseau 12 dans chacune parmi la position de repos et la position de sollicitation des moyens de rappel 13 forme, avec celle des première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 dont il est le plus proche, un support pour un champ magnétique fermé 31 et 32 induit par l’aimant permanent 121 du coulisseau 12. De préférence, ledit support est d’une section sensiblement constante, de sorte à éviter des fuites de lignes de champ magnétique. Les figures 13A à 13D illustrent la façon dont se déforment les lignes de champ magnétique en passant du champ magnétique fermé 31 illustré sur la figure 11 A au champ magnétique fermé 32 illustré sur la figure 11 B, à différents stades d’un mouvement de translation du coulisseau 12 depuis la position de repos des moyens de rappel 13 jusqu’à la position de sollicitation des moyens de rappel 13.
Si, sur les figures 11 A et 11 B, chacune des positions de repos et de sollicitation des moyens de rappel 13 est une position de contact direct entre les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 et l’une correspondante des première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 , cet exemple n’est pas limitatif du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention. Notamment, et en référence à la figure 9, ce dernier peut comprendre en outre une butée 17 agencée de sorte à s’opposer à une mise en contact direct entre les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11. Il est ainsi permis de ménager un écart physique entre le coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11 de sorte que la force d’attraction magnétique Fma entre le coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11 , et donc la force d’appui Fext nécessaire pour déplacer le coulisseau 12, puisse la cas échéant être ajustée, et en particulier réduite, de façon contrôlée.
En référence à la figure 5, le seuil au-delà duquel la force mécanique Fext exercée sur la plateforme d’appui 14 induit le déplacement du coulisseau 12 peut être déterminé à partir de la force d’attraction électromagnétique F^à1 (Cf. également figure 11A) entre le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13 et la première partie 111 du stator 11. Plus particulièrement, le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention peut être paramétré de sorte qu’il ne soit pas nécessaire de s’opposer à une force qu’exerceraient les moyens de rappel 13 sur le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13. Pour ce faire, en notant xmax l’entrefer 110 susmentionné, les moyens de rappel 13 peuvent être avantageusement paramétrés de sorte qu’ils ne génèrent pas, sur le coulisseau 12, une force de rappel vers la position de repos des moyens de rappel 13, avant que le coulisseau 12 ne se soit déplacé d’une distance non nulle xspr, de préférence inférieure à la moitié de l’entrefer 110, soit inférieure à Xmaxl^.
En alternative ou en complément, la raideur des moyens de rappel 13 peut être paramétrée pour appliquer, sur le coulisseau 12 dans sa position de sollicitation des moyens de rappel 13, une force de rappel vers sa position de repos supérieure à une force d’attraction électromagnétique F^à2 (Cf. figure 11 B) entre le coulisseau 12 et la deuxième partie 112 du stator 11 lorsqu’il est dans sa position de sollicitation des moyens de rappel 13.
La raideur des moyens de rappel 13 peut donc être avantageusement paramétrée de sorte à optimiser la conversion qu’autorise le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention, en n’augmentant pas artificiellement le seuil au-delà duquel la force mécanique Fext exercée sur la plateforme d’appui 14 induit le déplacement du coulisseau 12, et tout en permettant le retour du coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13 depuis la position de sollicitation des moyens rappels 13 du seul fait de la force de rappel exercée sur la coulisseau 12 par les moyens de rappel 13.
Pour être récupérés, les quatre puises générés à chaque aller-retour du coulisseau 12 doivent être intégrés. À cette fin, le circuit d’intégration 16 des puises électrique 21 , 22, 23 et 24 est prévu ; or, comme cela apparaît au vu des puises électriques 21 , 22, 23 et 24 illustrés sur la figure 14, chaque puise électrique généré présente une même forme et correspond donc à une même quantité d’énergie, ce qui simplifie la conception du circuit d’intégration 16 à mettre en œuvre pour récupérer l’énergie produit par le dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention, notamment en comparaison aux dispositif de récupération oscillants mentionnés en introduction. Plus particulièrement, le circuit d’intégration 16 peut prendre ici la forme du circuit illustré sur la figure 6A et comprendre alors un pont de diodes 162 et une capacité 163. Le pont de diodes 162 est alors de préférence agencé pour redresser les deux puises électriques 21 et 23 générés qui ont une orientation opposée à l’orientation des deux puises électriques 22 et 24, et obtenir les deux puises électriques 2T et 23’ tels qu’illustrés sur la figure 15. De la sorte, la capacité 163 reçoit un signal rectifié tel qu’illustré sur la figure 15, de sorte à pouvoir avantageusement intégrer les quatre puises électriques 2T, 22, 23’ et 24 générés par le dispositif de récupération 1 à chaque aller-retour du coulisseau 12. Le résultat de cette intégration est illustré sur la figure 17A qui montre l’accumulation des quantités d’énergie que représente chaque puise électrique généré dans la capacité 163 du circuit d’intégration 16. Notons ici que le choix de la valeur de la capacité 163 peut influer sur la quantité d’énergie stockée, notamment de la façon illustrée sur la figure 17B. Ce paramètre que constitue la valeur de la capacité 163 est donc à ajuster au cas par cas, d’une façon réputée connue de la personne du métier, pour optimiser la récupération. Notons ici que la figure 17A a été obtenue pour un cas particulier selon lequel la bobine d’induction 1112, 1122 de chaque partie 111 , 112 du stator 11 est en fait constituée de trois sous-bobines d’induction connectées entre elles en série et selon lequel la bobine d’induction 1112 de la première partie 111 du stator 11 et la bobine d’induction 1122 de la première partie 112 du stator 11 sont connectées entre elles en parallèle. On notera en outre, au vu du graphique de la figure 17B, que le rendement (ou efficacité) du dispositif prototypé est directement proportionnelle à l’énergie stockée dans la capacité du dispositif d’intégration 16 et qu’il est envisagé que le dispositif de récupération 1 , une fois optimisé, permettent d’atteindre des rendements supérieure à 6 %.
Il apparaît ainsi que, comme illustré sur les figures 4A et 4B, chaque bobine d’induction 1112, 1122 peut être constituée d’une pluralité de sous-bobines que la personne du métier peut selon l’application visée connectées entre elles en série (Cf. figure 4B). Observons en outre, sur la figure 4A, que la broche de connexions électriques comprend alors au moins autant de connexion électrique que les sous-bobines présentent d’extrémités. La figure 4A illustre, dans ce cas, une disposition possible des sous-bobines constituant chacune des bobines d’induction de chaque partie 111 , 112 du stator 11 relativement à chacun des noyaux ferromagnétiques 1111 et 1121 du stator 11.
Des tests de performance ont été réalisés sur le prototype décrit ci-dessus, dont les résultats sont illustrés sur les figures 16 A à 16C, au moins pour chacune des quatre configurations de connexion électrique entre sous-bobines qui sont illustrés sur la figure 4B. Plus particulièrement, ces tests ont été réalisés par simulation ou par mesure du courant électrique et de la tension électrique parvenant à une résistance dite externe Rext, telle qu’illustrée sur la figure 6B, connectée aux parties restantes 1’ susmentionnées du dispositif de récupération prototypé en lieu et place du circuit d’intégration 16 illustré sur la figure 6A.
On observe, sur les figures 16B et 16C, que le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention peut fonctionner en un mode dit de récupération de courant électrique lorsque la valeur de la résistance externe Rext est relativement faible, et typiquement inférieure à 1000 Q pour le prototype considéré, ou peut fonctionner en un mode dit de récupération de tension électrique lorsque la valeur de la résistance externe Rext est relativement grande, et typiquement supérieure à 10 000 Q pour le prototype considéré. On n’y observe également que le courant et la tension récupérés présentent des valeurs différentes selon les différentes configurations de connexion entre elles des sous- bobines de chaque partie 111 , 112 du stator 11 ; ainsi, ces différentes configurations possibles offrent, à la personne du métier, une capacité d’adaptation au cas applicatif visé ou rencontré. On notera que comme l’illustre le graphe de la figure 16A, la puissance instantanée générée par le prototype atteint, en fonction de la valeur de la résistance externe Rext, des valeurs plus ou moins équivalentes pour les différentes configurations envisagées de connexion entre elles des sous-bobines de chaque partie 111 , 112 du stator 11.
On remarquera que le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention est avantageusement exempt de l’un au moins parmi : a. un composant piézoélectrique, alors même que l’encombrement du dispositif de récupération proposée reste limité relativement aux solutions existantes ne comprenant pas de composants piézoélectriques, b. une pièce rotative, ce qui explique notamment l’absence de nécessité d’une lubrification du dispositif de récupération proposé, c. un dispositif d’auto-centrage du coulisseau relativement au stator, ce qui concourt à la robustesse du dispositif de récupération proposé, et d. un dispositif de transmission d’un mouvement d’un arbre moteur à un arbre récepteur, ce qui explique là encore l’absence de nécessité d’une lubrification du dispositif de récupération proposé.
Enfin, notons que le dispositif de récupération proposé, ainsi que le système associé, offrent pour un gain en densité de puissance donnée une solution de récupération plus écologique que certaines des solutions existantes. En vue de réduire le coût de production électrique, il est même envisageable de choisir un aimant permanent 121 peu cher, moins performant, mais d’impact écologique moindre, tout en permettant de récupérer la même quantité d’énergie avec l’augmentation de ses dimensions en gardant toujours l’avantage de l’architecture en termes de densité de puissance.
Comme mentionné en introduction, la présente invention concerne également, selon un deuxième aspect de l’invention, un système de récupération 0 d’énergie électrique comprenant un dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention, le châssis 15 dispositif de récupération 1 pouvant être configuré pour permettre de fixer le dispositif de récupération 1 soit directement à un site d’installation, soit à un mobilier, par exemple urbain, destiné à être fixé sur ledit site d’installation. Il est entendu que plus d’un dispositif de récupération 1 peut être agencé sur un même site d’installation et par l’intermédiaire éventuellement d’un même mobilier 10. Il est alors envisageable de monter entre plusieurs dispositif de récupération, en série, en parallèle ou dans une configuration mixte.
Les figures 18A et 18B illustrent un premier exemple de réalisation du système de récupération 0 selon le deuxième aspect de l’invention dans lequel un mobilier 10 présente un logement 100 adapté pour y loger un dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention. Ce premier exemple de réalisation est particulièrement adapté à un enfouissement dans une travée d’une chaussée de circulation par exemple de véhicules automobiles, de vélos ou de piétons, la surface du mobilier 10 constituant en partie la surface de la chaussée. Un autre exemple de réalisation est illustré sur les figures 19A et 19B qui est davantage prévue pour constituer une protubérance relativement à une chaussée de circulation sur laquelle il est destiné à être installé. De la sorte, le système de récupération 1 peut en outre constituer un ralentisseur.
Le dispositif de récupération 1 proposé, et notamment celui qui a été prototypé pour démontrer la faisabilité et l’intérêt que le dispositif proposé revêt, sont encore le cas échéant à optimiser, mais, comme démontré ci-dessus sont déjà prometteurs. En effet, bien que nous n’optimiser, ils sont déjà compétitifs par rapport aux systèmes traditionnels de récupération et aux technologies émergentes. D’un coût réduit et d’une grande robustesse, le dispositif de récupération proposée est avantageusement personnalisable ou modulable, notamment en termes de dimensionnement des surfaces et autres volumes mis en jeu (au moins allant du micromètre cube au décimètre cube), en fonction de l’application visée.
L’intégration du système de récupération 0 est aisée quel que soit l’environnement notamment urbain (route, chemin de fer, passage pour vélos, terrain de jeu, centre de sports, etc.) de son installation. Son usage peut en outre être détourné par exemple pour mesurer un débit de circulation sur une route, et/ou pour mesurer l’un au moins parmi le poids et/ou la vitesse des véhicules circulant sur le dispositif de récupération 1 .
Il ressort encore de ce qui précède que le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention offre de hautes performances pour un dimensionnement relativement faible et de petites déformations, ou plus particulièrement de petits déplacements (sur la distance que constitue l’entrefer 110), comparativement au dispositif de récupération connue de l’art antérieur.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations ou applications précédemment décrits et s’étend potentiellement à d’autres modes de réalisation ou applications. Par exemple, à échelle plus importante, le dispositif peut être utilisé en présence ou en absence des ressorts dans des applications où la source est impulsive ou bien oscillatoire. Par exemple, chaque partie fixe du dispositif (chacune parmi la première partie et la deuxième partie du stator) et la partie mobile du dispositif (le coulisseau) prennent, dans la description qui précède, une configuration qui peut être permutée avec l’autre partie, sans altérer nullement le fonctionnement et les performances du dispositif de récupération. Potentiellement, seule la position du contact du ressort serait à adapter pour autoriser la permutation susmentionnée, où les éléments décrits ci-dessus comme constitutifs de chaque partie du stator seraient mobiles et les éléments décrits ci-dessus comme constitutifs du coulisseau seraient fixes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de récupération (1) d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique, le dispositif comprenant au moins un stator (11), un coulisseau (12), des moyens de rappel (13), une plateforme d’appui (14), un châssis (15) et un circuit d’intégration (16) de puises électriques (2) :
• Le stator (11) étant monté fixe sur le châssis (15) et comprenant une première partie (111) et une deuxième partie (112) superposées et distantes entre elles selon une direction définie par un axe de sollicitation des moyens de rappel (13),
• Le coulisseau (12), solidaire de la plateforme d’appui (14), étant monté mobile en translation, relativement au stator (11), selon la direction définie par l’axe de sollicitation des moyens de rappel (13) et entre une position dite de repos et une position de sollicitation des moyens de rappel (13), et
• Le stator (11) et le coulisseau (12) présentant des propriétés électromagnétiques telles que chaque translation du coulisseau (11) entre sa position de repos et sa position de sollicitation des moyens de rappel (13) génère un puise électrique (2) que le circuit d’intégration (16) de puises électriques (2) est configuré pour intégrer,
Le dispositif (1) étant caractérisé en ce que :
• L’un parmi le coulisseau (12) et chacune des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11) comprend un aimant permanent (121) et deux éléments d’extension (122, 123) en un matériau ferromagnétique, les deux éléments d’extension (122, 123) s’étendant respectivement de part et d’autre de l’aimant permanent (121) selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel (13),
• Les première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11) définissent, entre elles, un logement accommodant, avec un entrefer, le coulisseau (12),
• De sorte que, lorsqu’une force mécanique supérieure à un seuil déterminé est exercée sur la plateforme d’appui (14) : i. le coulisseau (11) quitte sa position de repos, en générant au moins un puise électrique (21) dans celle (111) des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (12) dont le coulisseau (11) s’éloigne, et ii. le coulisseau (11) approche de sa position de sollicitation des moyens de rappel (13), en générant un puise électrique (22) dans celle (112) des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11) dont le coulisseau (11) s’approche, et
• De sorte que, lorsque la force mécanique n’est plus exercée sur la plateforme d’appui (14) : i. le coulisseau (12) quitte sa position de sollicitation des moyens de rappel (13) par détente des moyens de rappel (13), en générant un puise électrique (23) dans celle (112) des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11) dont le coulisseau (12) s’éloigne, et ii. le coulisseau (12) revient dans sa position de repos, en générant un puise électrique (24) dans celle (111) des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11) dont le coulisseau (12) s’approche.
2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le coulisseau (12) dans l’une et/ou l’autre parmi sa position de repos et sa position de sollicitation des moyens de rappel (13) forme, avec celle des première et deuxième parties (111 , 112) (111 , 112) du stator (11) dont il est le plus proche, un support pour un champ magnétique fermé (31 , 32) induit par l’aimant permanent (121).
3. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit support est d’une section sensiblement constante.
4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’une au moins des positions de repos et de sollicitation des moyens de rappel (13) est une position de contact entre les deux éléments d’extension (122,123) du coulisseau (12) et l’une correspondante des première et deuxième parties (111 , 112) du stator (11).
5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une butée (17) agencée de sorte à s’opposer à une mise en contact direct entre le coulisseau (12) et la partie (111) du stator (11) dont le coulisseau (12) est proche lorsque le coulisseau (12) est dans sa position de repos.
6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le seuil au-delà duquel la force mécanique exercée sur la plateforme d’appui (14) induit le déplacement du coulisseau (12) est déterminé à partir d’une force d’attraction électromagnétique F,)," entre le coulisseau (12) dans sa position de repos et la partie (111) du stator (11) dont le coulisseau (12) est proche lorsque le coulisseau (12) est dans sa position de repos.
7. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de rappel (13) sont paramétrés de sorte qu’ils ne génèrent pas, sur le coulisseau (12), une force de rappel vers la position de repos des moyens de rappel (13), avant que le coulisseau (12) ne se soit déplacé d’une distance non nulle xspr depuis la position de repos des moyens de rappel (13).
8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la raideur des moyens de rappel (13) est paramétrée pour appliquer, sur le coulisseau (12) dans sa position de sollicitation des moyens de rappel (13), une force de rappel vers sa position de repos supérieure à une force d’attraction électromagnétique F^à2 entre le coulisseau (12) et la partie (112) du stator (11) dont le coulisseau (12) est proche lorsqu’il est dans sa position de sollicitation des moyens de rappel (13).
9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, le coulisseau (12) comprenant l’aimant permanent (121) et les deux éléments d’extension (122,123) en un matériau ferromagnétique, chaque partie (111 ,112) du stator (11) comprend un noyau ferromagnétique (1111 , 1121) et au moins une bobine d’induction (1112,1122) enroulée autour d’une portion centrale du noyau ferromagnétique (1111 , 1121), chaque puise électrique (21 , 22, 23, 24) généré dans une partie (111 ,112) du stator (11) prenant la forme d’un courant électrique circulant dans chaque bobine d’induction (1112,1122) de cette partie (111 ,112) du stator (11).
10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments d’extension (122,123) s’étendent depuis l’aimant permanent (121) par des faces de l’aimant permanent (121) qui sont opposées entre elles selon une direction de magnétisation de l’aimant permanent (121), cette dernière étant sensiblement perpendiculaire à l’axe de sollicitation des moyens de rappel (13).
11 . Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel, le coulisseau (12) comprenant l’aimant permanent (121) et les deux éléments d’extension (122,123) en un matériau ferromagnétique, le coulisseau (12) et les première et deuxième parties (111 ,112) du stator (11) sont configurées de sorte que l’aimant permanent (121) du coulisseau (12) n’entre pas en contact avec une des première et deuxième parties (111 ,112) du stator (11), quelle que soit la position du coulisseau (12).
12. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit d’intégration (16) des puises électriques (21 ,22,23,24) comprend un pont de diodes (162) et une capacité (163), le pont de diodes (162) étant configuré, en aval de la capacité (163), pour que tous les puises électriques (21 ,22,23,24) soient redressés dans un même sens et la capacité (163) étant propre à stocker une densité d’énergie correspondant à chaque puise électrique (2T, 22, 23’, 24) généré et le cas échéant redressé.
13. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le châssis (15) est configuré pour permettre de fixer le dispositif (1) à un site d’installation ou à un mobilier, par exemple urbain, destiné à être fixé sur un site d'installation.
14. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, exempt de l’un au moins parmi :
• un composant piézoélectrique,
• une pièce rotative,
• un dispositif d’auto-centrage du coulisseau relativement au stator, et
• un dispositif de transmission d’un mouvement d’un arbre moteur à un arbre récepteur.
15. Système de récupération (0) d'énergie électrique par conversion d’une énergie mécanique comprenant au moins un dispositif de récupération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un mobilier (10), par exemple urbain, destiné à être fixé sur un site d’installation du système (0) et présentant au moins un logement (100) adapté pour y loger au moins un dispositif de récupération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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