FR2933248A1 - Installation de conversion de flexion generant de l'energie electrique a partir de deformations et module de circuit equipe d'une telle installation. - Google Patents
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Abstract
Installation de conversion de flexion pour générer de l'énergie électrique à partir de déformations. Elle comprend: une structure porteuse (1a) déformable élastiquement, un élément piézo-électrique (2a), et un dispositif de palier (13). L' élément piézo-électrique (2a) est installé sur la structure porteuse (1a) pour être déformé par la déformation de la structure porteuse (1a) montée dans un palier du dispositif de palier (13) pour pouvoir osciller. Le palier du dispositif de palier (13) est réalisé sous la forme d'un logement articulé (3a).
Description
1 Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de conversion de flexion générant de l'énergie électrique à partir de déformations et un module de circuit équipé d'une telle installation.
L'invention concerne une installation de conversion de flexion pour générer de l'énergie électrique à partir de déformations comprenant au moins: - une structure porteuse déformable élastiquement, - un élément piézo-électrique, et - un dispositif de palier, l'élément piézo-électrique est installé sur la structure porteuse pour être déformé par la déformation de la structure porteuse, et la structure porteuse est montée dans au moins un palier du dispositif de palier pour pouvoir osciller.
Etat de la technique Dans les applications demandant peu de courant électrique, il est connu d'assurer l'alimentation électrique à partir de matières piézo-électriques qui utilisent les énergies ambiantes notamment les vibrations et les déformations pour générer de l'énergie électrique (cette technique est également appelée "récolte d'énergie"). La conversion de déformation en énergie électrique peut se faire notamment à l'aide d'une installation de conversion de flexion. Une telle installation de conversion de flexion est décrite dans le document DE 10 2007 006 994 Al. A côté d'un élément piézo-électrique, cette installation comporte une structure porteuse déformable élastiquement ainsi qu'un dispositif de palier. L'élément piézo-électrique, installé sur la structure porteuse, est réalisé pour qu'une déformation de la structure porteuse par des oscillations déforme l'élément piézo-électrique; la structure porteuse est montée oscillante dans le dispositif de palier. Un revêtement métallique appliqué sur la face supérieure et la face inférieure de l'élément piézo-électrique permet de prélever la tension générée par la déformation de l'élément piézo-électrique. L'installation de conversion de flexion fait partie d'un module de circuit utilisable comme module de capteur autonome du point de vue énergétique pour
2 mesurer une pression et/ou une température et/ou une accélération d'un pneumatique. Un critère important de la possibilité d'appliquer de telles installations de conversion de flexion notamment comme composant d'un module de circuit décrit ci-dessus, est sa fiabilité. En particulier, dans les applications, une telle installation de conversion de flexion est exposée à des contraintes mécaniques importantes. Notamment, le palier installé dans la structure porteuse est sollicité mécaniquement. De telles sollicitations ou contraintes sont générées par l'oscillation de la structure porteuse. Si la structure porteuse est encastrée solidairement ou si elle est logée dans une rainure du boîtier comme dans le document DE 10 2007 006 994 Al, la durée de vie peut être réduite notamment par frottement. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des installations connues et concerne à cet effet une installation de conversion de flexion, caractérisée en ce que au moins un palier du dispositif de palier est réalisé sous la forme d'un logement articulé Le logement articulé selon la présente invention est un logement ou moyen de réception autorisant le mouvement de pivotement autour d'un axe de pivotement. Ce mouvement de pivotement est avantageusement défini notamment par un oeillet d'articulation et/ou un axe d'articulation.
Le logement articulé est avantageusement une charnière. L'utilisation d'une articulation, notamment d'une charnière comme palier, permet un montage fiable de la structure porteuse dans le dispositif de palier. La charnière permet de réduire les contraintes mécaniques car sous l'effet des oscillations, la structure porteuse pivote autour de l'axe de la charnière. L'utilisation d'une charnière, en particulier dans le cas du montage préférentiel, libre, de la structure porteuse dans la charnière, permet en outre d'éviter que la fréquence de résonance du système oscillant de l'installation de conversion de flexion qui comporte en général en plus de la structure porteuse et de l'élément piézo-
3 électrique également une masse sismique, n'augmente de façon inacceptable comme cela est le cas par exemple d'un encastrement solidaire non mobile de la structure porteuse. Par rapport à un serrage libre de la structure porteuse par la face supérieure et la face inférieure, l'utilisation d'une charnière offre l'avantage de permettre le montage avec seulement un faible jeu évitant que la structure porteuse glisse dans le palier ou même ne s'en échappe. Toutefois, les fréquences de résonance suffisamment faibles sont avantageuses si l'installation de conversion de flexion est utilisée comme composant d'une installation d'alimentation électrique d'un module de circuit utilisé dans un pneumatique, par exemple comme module de capteur. En outre, l'utilisation d'une charnière permet de limiter le débattement de la structure porteuse ou du système oscillant car la charnière peut rigidifier la structure porteuse à mesure que le débattement augmente (c'est-à-dire que la constante de ressort augmente). Cela est par exemple avantageux si la structure porteuse ou le système oscillant est exposé à des accélérations statiques importantes combinées à des vibrations ou à des chocs. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses : - le montage libre permet un déplacement en translation de la structure porteuse dans le logement articulé qui correspond à un raccourcissement latéral de la structure porteuse sous l'effet de son mouvement oscillant, - le logement articulé est une charnière.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un premier mode de réalisation d'une installation de conversion par flexion selon l'invention, - la figure 2 est une coupe d'un second mode de réalisation d'une installation de conversion par flexion selon l'invention, - la figure 3 est une vue de l'installation de conversion par flexion selon le premier mode de réalisation, - la figure 4 montre un premier mode de réalisation d'une charnière,
4 - la figure 5 montre un second mode de réalisation d'une charnière, - la figure 6 montre un troisième mode de réalisation d'une charnière, et - la figure 7 est une vue de dessus de la charnière selon le premier mode de réalisation. Description de modes de réalisation de l'invention Dans les dessins, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes composants ou des composants analogues. La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'une installation de conversion par flexion selon l'invention pour générer de l'énergie électrique par des déformations. L'installation de conversion par flexion fait partie d'une installation d'alimentation électrique d'un module de circuit non détaillé. L'installation de conversion par flexion comprend une structure porteuse indéformable élastiquement, un élément piézo-électrique 2a, une masse sismique 12 ainsi qu'un dispositif de palier 13. La structure porteuse la, l'élément piézo-électrique 2a et la masse sismique 12 constituent un système oscillant. La structure de support la présente un segment 9 en forme de poutre 14 (voir figure 3). Du milieu du segment 9 en forme de poutre deux entretoises 14 partent vers le côté droit et le côté gauche qui arrivent chaque fois dans un segment 15 en forme d'arche, analogue à une aile. Le segment 9 en forme de poutre est prévu pour recevoir l'élément piézo-électrique 2a et par les zones 15 en forme d'ailes, la masse sismique est fixée à la structure porteuse la. Dans ce mode de réalisation, la fixation se fait par collage. La structure porteuse la est sous la forme d'un élément mince plan parallèle, et pratiquement en forme de disque, ce qui est avantageux pour les constructions compactes de forme stratifiée d'une installation de conversion de flexion. Dans ce mode de réalisation, la structure porteuse est une tôle électroconductrice telle qu'une tôle d'acier. L'élément piézo-électrique 2a est une céramique piézo-électrique sous la forme d'un ruban installé sur le dessus de la zone centrale du segment 9 en forme de poutre de la structure porteuse la. Les zones d'extrémité 10, 11 du segment 9 en forme de poutre sont couvertes en particulier par l'élément piézo-électrique 2a. L'élément piézo-électrique 2a comporte une couche métallique (non représentée) sur sa face supérieure 16 et sa face inférieure 17, cette couche métallique permet de prélever la tension générée par l'élément piézo-électrique 2a. L'élément piézo-électrique 2a est fixé au niveau de sa face 5 inférieure 17 par une colle conductrice à la structure de support la ce qui permet de prélever la tension de la structure de support 1 a. La face supérieure 16 de l'élément piézo-électrique 2a permet de prélever la tension directement par une tôle élastique conductrice (non représentée). En variante, on peut également faire le branchement par la soudure d'un fil ou sa fixation sur la face supérieure 16 de l'élément piézo-électrique. On peut également utiliser un autre procédé connu. Le dispositif de palier 13 se compose de deux paliers en forme de charnières 3a. La charnière 3a sert au montage de la structure porteuse la dans le dispositif de palier 13. La charnière 3a est représentée à la figure 3 qui est une vue de côté de la charnière 3a. Elle est également représentée à la figure 7 qui est une vue de dessus de la charnière 3a. La charnière 3a se compose d'un premier élément de charnière 4a et d'un second élément de charnière 5a reliés l'un à l'autre par une articulation de charnière 7 et qui peuvent pivoter autour de l'axe de charnière 6 formé par l'articulation de charnière 7. L'articulation de charnière 7 comprend un premier élément de charnière 4a au bord de deux douilles 18 et un second élément de charnière 5a au bord d'une douille 19. Les douilles 18 et 19 des éléments de charnière 4a, 5a sont alignées. La douille 19 du second élément se trouve entre les deux douilles 18 du premier élément 4a. Les douilles 18, 19 sont traversées par une broche 20. Le premier élément de charnière 4a et le second élément de charnière 5a sont réalisés en une tôle électroconductrice; la broche 20 est également en un métal électroconducteur. Par une brasure, on relie la broche 20 solidairement à la douille 19 du second élément. En plus, l'articulation de charnière 7 est graissée par un lubrifiant électroconducteur à base de graphite. Cela permet de faire passer le courant du second élément de charnière 5a vers le premier élément de charnière 4a. A son extrémité opposée à la douille 19, le second élément de charnière 5a comporte une zone de palier 21 avec un
6 dégagement 22 à profil en forme de U (voir figure 4). Ce dégagement ou logement 22 reçoit la zone d'extrémité 10 ou 11 du segment 9 en forme de poutre de la structure porteuse la. La zone d'extrémité 10 ou 11 est ainsi entourée par le logement 22 au niveau de trois côtés c'est-à-dire le côté supérieur, le côté inférieur et la face frontale. Les dimensions du logement 22 sont choisies pour que la structure porteuse la soit montée librement mais seulement avec un faible jeu dans la charnière 3a. Cela permet ainsi un raccourcissement latéral de la structure porteuse la lors de son fléchissement sous l'effet du mouvement d'oscillation. Alors que le second élément 5a de la charnière 3a reçoit la structure porteuse la, le premier élément de charnière 4a est installé solidairement dans le boîtier 23 entre le couvercle de boîtier 24 et le fond de boîtier 25. Des chemins de contact électrique 26 sont prévus dans le fond 25 du boîtier. Ces chemins assurent la mise en contact électrique de la charnière 3a. Ces chemins de contact électrique 26 permettent la liaison avec d'autres composants de l'installation. Le chemin de contact électrique 26 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un châssis conducteur ou d'une pièce insérée.
La figure 2 montre un second mode de réalisation d'une installation de conversion de flexion selon l'invention. A l'opposé du premier mode de réalisation, l'installation de conversion de flexion comporte en plus d'une première structure porteuse lb électroconductrice et déformable élastiquement, une seconde structure porteuse l c, électroconductrice et déformable élastiquement. La première structure porteuse lb et la seconde structure porteuse le sont réalisées comme la structure porteuse la du premier mode de réalisation sous la forme d'une tôle métallique électroconductrice essentiellement plane. Une masse sismique 12 est fixée à la face inférieure de la seconde structure porteuse 1c. Un élément piézo-électrique 2b est installé entre la première et la seconde structure porteuse lb, 1c pour que la structure porteuse lb soit appliquée à plat contre la face supérieure de l'élément piézo-électrique 2b et que la seconde structure porteuse 1c soit appliquée à plat contre la face inférieure de l'élément piézo-électrique 2b. Les structures porteuses lb
7 et 1c ne sont montées que d'un côté dans une charnière 3b. Les structures porteuses lb, le sont repliées au niveau de leur zone d'extrémité respective 27, 28 reliée à chaque charnière 3b car les charnières 3b sont situées dans un même plan. Un logement de charnière 3b comme le logement 22 de la charnière 3a est aligné de façon appropriée. Pour le reste, le second mode de réalisation correspond au premier mode de réalisation et en particulier la charnière 3b correspond à la charnière 3a du premier mode de réalisation. Le second mode de réalisation de l'installation de conversion de flexion selon l'invention offre la possibilité de prélever la tension fournie par l'élément piézo-électrique 2b par l'intermédiaire des deux structures porteuses lb, lc. La charnière électroconductrice 3b permet de réaliser le contact électrique vers un endroit souhaité en passant par des chemins de contact électrique 26.
Les structures porteuses lb, le peuvent avoir la même épaisseur ou encore avoir des épaisseurs différentes notamment pour fixer la fibre neutre. L'élément piézo-électrique, réalisé ici comme élément unimorphe, peut également être bimorphe.
Selon une variante du second mode de réalisation, à la place de deux charnières 3b, on peut prévoir quatre charnières 3b, une structure de support lb, 1c étant chaque fois tenue par deux charnières 3b. Les structures de support lb, le peuvent être réalisées par des éléments plans et chaque fois deux charnières 3b tiennent une structure de support lb, le dans un plan. L'élément piézo-électrique 2b est sollicité dans ce cas uniquement en flexion comme dans le premier mode de réalisation tout en permettant d'établir le contact électrique sur la face supérieure et la face inférieure. Dans une réalisation de cette variante, uniquement l'une des deux charnières qui tiennent une structure de support est alors reliée à un chemin de contact électrique, les deux charnières sont choisies pour se trouver respectivement sur des côtés différents de l'élément piézo-électrique 2b. Cela permet un branchement simple des charnières.
8 D'autres variantes de réalisation de l'installation de conversion de flexion sont envisageables. Ainsi, à titre d'exemple, la charnière 3a ou la charnière 3b peut être un contact glissant avec une bague de glissement ou un balai. D'autres alternatives pour la réalisation d'une charnière sont données aux figures 5 et 6. Selon un second mode de réalisation, la charnière 3c a une zone 8 déformable élastiquement, réalisée entre un premier élément de charnière 4c, rigide et un second élément de charnière 5c rigide. La zone 6 déformable élastiquement constitue l'axe de charnière autour duquel le premier élément de charnière 4c et le second élément de charnière 5c peuvent pivoter. Selon un troisième mode de réalisation, la charnière 3d comporte un premier élément de charnière 4d déformable élastiquement et un second élément de charnière 5d rigide. Le premier élément de charnière 4d et le second élément de charnière 5d sont reliés dans ce cas par une liaison languette/rainure. L'élasticité du premier élément de charnière 4d joue le rôle de l'axe de pivotement 6. On peut également envisager de réaliser la charnière en une seule pièce en une matière déformable élastiquement.
Selon une variante à la place d'une structure porteuse la, lb, 1c en métal, on peut également, réaliser des structures porteuses à base de matière synthétique ou de résine. Pour permettre le branchement électrique de l'élément piézo-électrique, on prévoit des chemins conducteurs appropriés.
Le module de circuit tel que décrit comportant une installation de conversion de flexion convient par exemple pour des applications comme module de capteur autonome du point de vue énergétique en particulier comme module de capteur de pneumatique servant à mesurer la pression des pneus et/ou la température et/ou des accélérations.35
Claims (1)
- REVENDICATIONS1 °) Installation de conversion de flexion pour générer de l'énergie électrique à partir de déformations comprenant au moins : - une structure porteuse (la, lb, 1c) déformable élastiquement, - un élément piézo-électrique (2a, 2b), et - un dispositif de palier (13), l'élément piézo-électrique (2a, 2b) est installé sur la structure porteuse (la, lb, 1c) pour être déformé par la déformation de la structure porteuse (la, lb, 1c), et la structure porteuse (la, lb, 1c) est montée dans au moins un palier du dispositif de palier (13) pour pouvoir osciller, caractérisée en ce qu' au moins un palier du dispositif de palier (13) est réalisé sous la forme d'un logement articulé (3a, 3b, 3c, 3d). 2°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure porteuse (la, lb, 1c) est montée librement dans au moins un logement articulé (3a, 3b, 3c, 3d). 3°) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le montage libre permet un déplacement en translation de la structure porteuse dans le logement articulé (3a, 3b, 3c, 3d) qui correspond à un raccourcissement latéral de la structure porteuse (la, lb, 1c) sous l'effet de son mouvement oscillant. 4°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le logement articulé est une charnière (3a, 3b, 3c, 3d). 5°) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la charnière comprend au moins un premier élément de charnière (4a, 4c, 4d) et un second élément de charnière (5a, 5c, 5d), ces éléments 10 pouvant pivoter autour d'un axe de charnière (6) réalisé par la charnière (3a, 3c, 3d). 6°) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la charnière (3a) comporte une articulation (7) formée par l'axe de charnière (6), le premier élément de charnière (4a) et le second élément de charnière (5a) étant reliés à l'articulation de charnière (7). 7°) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la charnière (3c, 3d) comporte un élément déformable (4d, 8) qui constitue l'axe de charnière (6), le premier élément de charnière (4c, 4d) et le second élément de charnière (5c, 5d) étant reliés à l'élément déformable (4d, 8). 8°) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la charnière (3a, 3b, 3c, 3d) ou un élément de charnière (4a) sont serrés dans un boîtier (23) entre un couvercle de boîtier (24) et un fond de boîtier (25). 9°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure porteuse (la, lb, 1c) comporte un segment (9) en forme de poutre. 10°) Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la structure porteuse (la, lb, 1c) est montée à au moins une extrémité (10, 11, 27, 28) du segment en forme de poutre (9) dans au moins un logement articulé (3a). 11 °) Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que 11 la structure porteuse (la, lb, 1c) est montée aux deux extrémités (10, 11) du segment en forme de poutre (9) chaque fois dans un logement articulé (3a). 12°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure porteuse (la, lb, 1c) est électroconductrice et constitue une électrode de l'élément piézo-électrique, le logement articulé (3a, 3b) étant partiellement ou totalement électroconducteur et la structure de support (la, lb, 1c) est branchée électriquement par l'intermédiaire du logement articulé (3a, 3b). 13°) Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu' elle comprend en outre une seconde structure porteuse (1c) électroconductrice, déformable élastiquement, la première structure porteuse (lb) et la seconde structure porteuse (1c) étant prévues sur le côté supérieur et le côté inférieur de l'élément piézo-électrique (2b) et elles forment l'électrode et la contre-électrode pour prélever la tension générée par l'élément piézo-électrique (2b), et la seconde structure porteuse (1c) est placée dans un second logement articulé (3b) électroconducteur du dispositif de palier (13) et la seconde structure porteuse (1c) est reliée électriquement par l'intermédiaire du second logement articulé (3b). 14°) Module de circuit comportant une installation d'alimentation électrique, caractérisé en ce que l'installation d'alimentation électrique est une installation de conversion de flexion selon les revendications 1 à 13, et l'installation de conversion de flexion comporte un système oscillant pour générer une tension électrique, le module de circuit est autonome du point de vue énergétique.3512 15°) Module de circuit selon la revendication 14, caractérisé en ce qu' il se compose d'un boîtier (23) avec un couvercle (24) et un fond (25), le logement articulé (3a, 3b, 3c, 3d) ou une partie du logement articulé s (4a) étant serré entre le couvercle (24) et le fond (25) du boîtier, le boîtier comportant par exemple dans le fond (25) des chemins conducteurs électriques (26) pour le branchement électrique du logement articulé (3a, 3b, 3c, 3d). 10 16°) Module de circuit selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu' il est réalisé comme module de capteur notamment comme module de capteur de pneumatique pour mesurer la pression des pneumatiques et/ou la température et/ou des accélérations. 15 20
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