FR2972773A3 - Dispositif de generation d'energie utilisant l'energie de mouvement, integrable a un trottoir ou a une route pour une utilisation locale - Google Patents

Abstract

Le dispositif de production d'énergie comporte des moyens de récupérer une partie de l'énergie d'impact générée par l'appui d'un mobile pesant en déplacement sur une surface, ces moyens comportant au moins une dalle électro-active comprenant un caisson (5) adapté à être encastré dans une chaussée, et une partie supérieure (3), mobile par rapport au caisson (5) selon un axe prédéterminé Z et avec une amplitude maximale prédéterminée, au moins un générateur électrique (8) étant disposé entre la partie supérieure (3) et le caisson (5), ledit générateur électrique comportant - une partie supérieure (22) mobile verticalement par rapport à une partie inférieure (23), l'une de ces deux parties étant solidarisée au stator (28) d'un moteur électrique, - des moyens mécaniques (25, 26) de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties (22, 23) du générateur (8), en mouvement rotatif du rotor (27) dudit moteur électrique.

Description

1 L'objet de la présente invention est une dalle électro-active pour la récupération d'énergie des piétons notamment à des fins d'éclairage public. Plus particulièrement, la présente invention vise un mode de réalisation de cette dalle électro-active.

Contexte de l'invention et problèmes posés Les équipements urbains tels qu'éclairage ou panneaux de signalisation sont souvent synonymes d'une consommation électrique significative pour les collectivités. Le cas des éclairages publics, allumés en permanence la nuit est à cet égard particulièrement remarquable.

Il est connu par ailleurs que le transport et le stockage d'énergie à grande distance de son lieu de production résulte en une déperdition d'une partie substantielle de l'énergie initialement produite. Il existe donc une tendance naturelle à considérer des sources d'énergie localisées au plus près du lieu de consommation d'énergie, pour résoudre le problème précité.

Un besoin de trouver des sources d'énergie situées au plus près des équipements urbains s'est donc fait jour au cours des années récentes, et on a vu fleurir des panneaux photovoltaïques associés à divers équipements. De tels systèmes restent onéreux, fragiles, sujets au vol, et d'une puissance limitée.

Objectifs de l'invention L'objectif de la présente invention est alors de proposer un dispositif autonome de génération d'énergie couplé à un organe de stockage minimal, adaptable à des chaussées qui soit robuste, d'une grande durée de vie et peu onéreux à installer et à maintenir.

Exposé de l'invention L'invention vise un dispositif de production d'énergie comportant des moyens de récupérer une partie de l'énergie d'impact générée par l'appui d'un mobile pesant en déplacement sur une surface, ces moyens comportant au moins une dalle électro- active comprenant un caisson adapté à être encastré dans une chaussée, et une partie supérieure, mobile par rapport au caisson selon une cinématique prédéterminée et avec une amplitude maximale prédéterminée, un générateur électrique étant disposé entre la partie supérieure et le caisson, ledit générateur électrique comportant - une partie supérieure mobile verticalement par rapport à une partie inférieure, l'une de ces deux parties étant solidarisée au stator d'un moteur électrique, 2 - des moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, - des moyens de maintien de la partie supérieure parallèle relativement au caisson et de limitation de son mouvement à une courbe prédéterminée. 5 Selon une mise en oeuvre préférée, les moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties du générateur, en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, comprennent une vis sans fin solidarisée au rotor du moteur électrique, ladite vis sans fin étant entraînée en rotation par le déplacement 10 vertical d'un écrou.

Selon une mise en oeuvre particulière, le dispositif comporte également un ressort hélicoïdal disposé entre les parties supérieure et inférieure du générateur.

15 Selon une mise en oeuvre préférentielle, le dispositif comporte en outre un élément de stockage électrique adapté à accumuler l'électricité générée par les dalles électro-actives durant au moins une phase de forte densité de passage de mobiles, et des moyens de restitution d'énergie électrique stockée selon une logique prédéterminée. 20 Selon un préféré de réalisation, le dispositif comporte un ensemble de dalles électro-actives juxtaposées disposées de façon à ce que leur surface supérieure forme un pavage couvrant sensiblement une zone prédéterminée. Selon un premier mode de réalisation, il est adapté à couvrir une partie d'un trottoir, la surface supérieure de chaque dalle électro-active présentant une forme 25 permettant un pavage et des dimensions telles que le pied d'un passant ne chevauche pas généralement plus de deux dalles, c'est à dire que la dimension de la surface supérieure de chaque dalle, orientée selon le sens de marche d'un piéton, soit de longueur supérieure ou égale à la longueur moyenne d'un pied, soit environ 25 à 30 centimètres. 30 Alternativement, il est adapté à être disposé au niveau d'une zone de décélération ou d'accélération sur une route, les dalles ayant des dimensions et caractéristiques adaptées aux mobiles qui les franchissent. Selon diverses dispositions éventuellement mises en oeuvre conjointement, - le dispositif comporte au moins une électronique de transformation destinée 35 ici à récupérer, mesurer, contrôler le courant généré par au moins une dalle, - il comporte un émetteur / récepteur, adapté à transmettre à un centre de commande, des informations relatives au fonctionnement de chaque dalle, à la quantité de courant généré et au niveau de charge des batteries, - il comporte des moyens de transmettre des informations de nombre de mobiles activant les dalles pendant une période de temps prédéterminée.

L'invention vise sous un second aspect un dispositif d'éclairage public, comportant un lampadaire à diodes électroluminescentes et un dispositif tel qu'exposé, le groupe de dalles étant dimensionné de manière à ce qu'il soit en mesure de fournir un courant correspondant à la consommation du lampadaire. L'invention vise également un procédé de gestion d'éclairage nocturne d'une rue dotée de dispositif tel qu'exposé, l'allumage du lampadaire étant lié, par détection de mouvement, au passage de chaque mobile sur la zone d'action des dalles électroactives du dispositif, comportant des étapes suivantes : - stockage d'énergie durant la journée, laquelle comporte un passage nettement plus fréquent de mobiles, générateur d'une quantité d'énergie significative, - la nuit, détection du passage d'un mobile par l'activation d'une dalle, et alimentation pendant une durée prédéterminée du lampadaire associé et des lampadaires les plus proches de celui-ci, par l'énergie générée par le passage du mobile, et par prélèvement sur la charge de la batterie.

Brève description des figures : La description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple d'un mode de réalisation de l'invention, est faite en se référant aux figures annexées qui représentent : Figure 1 : une vue en éclatée des divers éléments constituant une dalle électroactive dans un mode particulier de réalisation. Figure 2 : une vue en perspective d'un dispositif de guidage de la partie supérieure vis-à-vis du caisson.

Description d'une mode de réalisation Le dispositif selon l'invention trouve sa place au sein d'une chaussée de type piétonnier ou routier. Dans le présent exemple de mise en oeuvre, le dispositif réalisant une unité de production d'énergie comporte un ensemble de dalles électro-actives 1 juxtaposées

4 disposées de façon à ce que leur surface supérieure forme un pavage couvrant sensiblement une zone prédéterminée. Dans l'exemple décrit ici, cette zone est typiquement de quelques dizaines à quelques centaines de mètres carrés. Elle prend ici la forme d'un trottoir d'une rue passante, dont elle couvre la partie centrale, la plus susceptible de recevoir le passage de piétons. Dans une variante, des dalles 1 sont disposées au niveau d'une zone de décélération sur route, par exemple au niveau d'un péage autoroutier. Ces dalles ont alors naturellement des dimensions et caractéristiques adaptées aux véhicules qui les franchissent.

A titre d'ordre de grandeur nullement limitatif, la surface supérieure de chaque dalle électro-active 1, ici considérée dans le cas de dalles adaptées au passage de piétons, présente une forme carrée et des dimensions de 15 à 35 centimètres de côté.

On définit pour la suite de la description un axe longitudinal X parallèle à un bord longitudinal de la surface supérieure de la dalle. On définit de même un axe transversal Y, perpendiculaire à l'axe longitudinal et disposé dans le plan de ladite partie supérieure. Enfin, un axe vertical Z complète ce repère. Les termes : avant, arrière, gauche, droite etc. sont définis par rapport à ces axes.

En variante, la zone d'installation des dalles peut également prendre la forme d'un segment de chaussée d'une route empruntée par des véhicules motorisés de type automobile. Dans ce cas, des dimensions de 50 centimètres de côté, un mètre de côté ou plus sont utilisées, sans que cette mesure ait un caractère limitatif.

Dans ces divers cas d'implantation, des dalles électro-actives 1 présentant une surface supérieure de forme rectangulaire ou hexagonale sont également réalisables.

Dans un mode de réalisation décrit ici à titre d'exemple nullement limitatif, les principales caractéristiques du système sont les suivantes : - Nombre de dalles constituant une unité autonome de récupération : de 20 à50; - Dimensions extérieures des dalles (ici de forme carrée, cette disposition étant donnée à titre d'exemple non limitatif) : 330 x 330 x 150 mm (dalles piétonnières) ou 500 x 500 x 200 mm (dalles routières), ou rectangulaire pour véhicule léger, de 2000 x 150 x 200 mm - Enfoncement maximum du plateau mobile : de l'ordre de 5 mm dans le cas des dalles pour voie piétonnière et de 10 mm dans le cas des dalles routières ; - Régulation (ou limitation) du courant de sortie ; - Intensité du courant de sortie souhaité : 350 ou 700 mA (en fonction de l'appareil lumineux utilisé) ; - Tension de sortie : de 18 à 20 V ; - Durée de la phase de récupération (temps cumulé) : de l'ordre de 2 à 3 h par jour; - Durée maximale de la phase de stockage : 3 jours ; Outre les caractéristiques du cahier des charges fonctionnel à satisfaire, un critère de conception important vise à la recherche d'une solution technologique à faible coût, en vue de la réalisation en grande série du système de récupération proposé Une dalle électro-active 1 comporte, dans le présent exemple de mise en oeuvre, d'une part, un plateau supérieur 3, d'autre part un caisson 5, enfin un générateur électromagnétique 8 et un ensemble de bielles parallèles reliant le plateau supérieur au caisson. En configuration assemblée, le plateau vient se placer au dessus du caisson 5.

Le caisson 5 héberge un générateur électromagnétique à vis 8. Celui-ci est ici disposé sensiblement au centre du caisson 5. Comme on le voit sur la fiqure 1, le plateau 6 est assemblé sur le caisson 5 par l'intermédiaire d'un ensemble de guidage articulé 9.

Le générateur électromagnétique à vis 8 est défini pour le cahier des charges, suivant : déplacement maximum de la dalle selon l'axe vertical de cinq millimètres, fréquence des déplacements deux Hz, puissance d'entrée cinq watts. Chaque générateur électromagnétique à vis comporte en partie haute un toucheau comportant une partie plane et un embout arrondi. En partie basse, la base du générateur électromagnétique à vis est fixée sur le bâti du caisson. Le toucheau est librement mobile selon l'axe vertical Z vis-à-vis de la base. Un ressort hélicoïdal, comportant dans le présent exemple non limitatif deux à trois spires, est disposé entre le toucheau et la base. Ce ressort hélicoïdal est dimensionné de telle sorte que la force d'appui d'un piéton pesant 100 kg sur une dalle comportant un générateur électromagnétique à vis n'entraîne pas un déplacement vertical amenant le toucheau en butée. Ce ressort hélicoïdal ramène le toucheau vers le haut en position de repos, après un écrasement du ressort hélicoïdal lié à un appui sur la plaque supérieure par un piéton. A l'intérieur du toucheau est disposé un écrou dans lequel une vis sans fin vient se mouvoir. L'écrou et la vis sans fin sont disposés selon l'axe vertical Z. La vis sans fin ne peut se mouvoir verticalement vis-à-vis de la base. La vis sans fin est par contre solidarisée à la partie mobile d'un roulement à bille, dont la partie fixe est solidarisée à la base du générateur 8. De ce fait, lors d'un mouvement vertical du toucheau, l'écrou, entraîné vers le bas selon l'axe vertical Z, provoque une rotation de la vis sans fin autour de cet axe vertical Z. La vis sans fin entraîne en rotation l'axe du rotor d'un moteur électrique. Cet entraînement est réalisé grâce à un roulement et un accouplement disposés entre la vis sans fin et l'axe du moteur. En variante, il est possible d'intégrer directement un dispositif de vis sans fin dans l'engrenage du moteur afin de réduire la hauteur du générateur et supprimer l'accouplement. Le stator de ce moteur électrique est solidarisé à la base du générateur électromagnétique à vis 8. Le principe de fonctionnement d'un générateur électromagnétique à vis 8 est le suivant. Avant appui d'un piéton, la plaque supérieure 3 de la dalle électro-active 1 est en contact avec le toucheau de chaque générateur électromagnétique à vis 8. Un déplacement linéaire vertical de la plaque supérieure 3 est transformé en mouvement rotatif par le dispositif de vis à billes. La vis sans fin est solidarisée avec l'arbre du moteur électrique, entraînant ainsi le rotor en rotation. Le moteur électrique est utilisé en fonctionnement générateur. Il alimente dans le présent exemple une batterie (non illustrée sur les figures). La chaîne cinématique de ce générateur électromagnétique à vis 8 et les composants utilisés lui confèrent un très bon rendement énergétique. Le développement de ce générateur électromagnétique à vis 8 est basé sur l'utilisation de composants sur « étagère », en ce qui concerne les vis à billes et le moteur.

L'ensemble de guidage articulé 9 est solidarisé au fond du caisson 5 par l'intermédiaire d'une interface inférieure 10. Dans le présent exemple, celle-ci est formée de deux poutres inférieures 10g 10d parallèles, disposées perpendiculairement et sensiblement en butée contre un bord du caisson 5 (voir figure 1). Ces deux poutres

7 sont disposées à égale distance à droite (poutre inférieure 10d) et à gauche (poutre inférieure 10g) d'un plan de symétrie vertical XZ du caisson. Deux perçages parallèles d'axes Y1, Y2, espacé d'une distance D sont réalisés perpendiculairement aux poutres inférieures 10g, 10d.

De même, l'ensemble de guidage articulé 9 est solidarisé au plateau supérieur 6 par l'intermédiaire d'une interface supérieure 11. Dans le présent exemple, celle-ci est formée de deux poutres supérieures 11g, 11d, parallèles. Ces poutres supérieures 11g, 11d sont disposées chacune dans le plan d'une poutre inférieure 10g, 10d leur correspondant. Deux perçages parallèles d'axes Y'1, Y'2, espacé de la même distance D, sont réalisés perpendiculairement aux poutres supérieures 11 g, 11 d. Quatre bielles 12g, 12'g, 12d, 12'd, sensiblement parallèles entre elles, sont assemblées entre les poutres inférieures 10g, 10d et les poutres supérieures 11d, 11g. Ces bielles 12g, 12'g, 12d, 12'd sont montées mobiles en rotation à leurs extrémités autour des axes Y1, Y2 et Y'1, Y'2 des perçages déterminés respectivement dans les poutres inférieures 10g, 10d, et supérieures 11g, 11d. On comprend que par exemple, une bielle 12g est montée du côté avant gauche entre l'interface supérieure gauche 11g et l'interface inférieure gauche 10g, et est mobile en rotation autour de l'axe Y1 en sa partie basse et Y'1 en sa partie haute.

Deux entretoises avant supérieure 13s et inférieure 13i sont solidarisées entre les bielles avant 12g, 12d. De même, deux entretoises arrière supérieure 14s et inférieure 14i sont solidarisées entre les bielles arrière 12g, 12d. Dans le présent exemple de mise en oeuvre, les bielles sont inclinées à environ 30° par rapport au plan horizontal. La valeur exacte dépend naturellement des dimensions verticale et horizontale du caisson. Par ce montage, le plateau supérieur 6 ne peut plus se mouvoir que selon un degré de liberté, et demeure parallèle au fond du caisson 5. Dans un petit mouvement, son déplacement est sensiblement rectiligne et orienté selon une direction inclinée à 60° par rapport au plan horizontal. Le plateau supérieur 6 se déplace donc à la fois verticalement (d'environ 5 mm) et horizontalement (d'environ 2.5 mm) vis-à-vis du caisson 5. Le plateau supérieur 6 est donc positionné initialement pour garder un jeu de déplacement horizontal supérieur à un seuil prédéterminé, qui dépend de l'enfoncement maximal que l'on souhaite appliquer à la partie mobile du générateur électromagnétique 8.

Les bielles 12g, 12'g, 12d, 12'd sont espacées de telle sorte que le générateur électromagnétique 8 peut prendre place entre elles.

Cette disposition permet de récupérer une large part de l'énergie générée par un appui sur le plateau supérieur 6, l'enfoncement de la dalle s'effectuant de manière linéaire, sans ballant.

Variantes de l'invention La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art.

Claims (3)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de récupérer une partie de l'énergie d'impact générée par l'appui d'un mobile pesant en déplacement sur une surface, ces moyens comportant au moins une dalle électro-active comprenant un caisson (5) adapté à être encastré dans une chaussée, et un plateau supérieur (3), mobile par rapport au caisson (5) selon une cinématique prédéterminée et avec une amplitude maximale prédéterminée, au moins un générateur électrique (8) étant disposé entre le plateau supérieur (3) et le caisson (5), ledit générateur électrique comportant - une partie supérieure mobile verticalement par rapport à une partie inférieure, l'une de ces deux parties étant solidarisée au stator d'un moteur électrique, - des moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties du générateur (8), en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, - des moyens de maintien du plateau supérieur (3) parallèle relativement au caisson (5) et de limitation de son mouvement à une courbe prédéterminée.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de transformer le mouvement vertical relatif des deux parties du générateur (8), en mouvement rotatif du rotor dudit moteur électrique, comprennent une vis sans fin solidarisée au rotor du moteur électrique, ladite vis sans fin étant entraînée en rotation par le déplacement vertical d'un écrou.
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte également un ressort hélicoïdal disposé entre les parties supérieure et inférieure du générateur (8).