FR3056854B1 - Generateur pour transformer un mouvement de translation d’un corps en une accumulation de charges electriques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un générateur (1) pour transformer un mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques comprenant un convertisseur (2) apte à transformer une variation de champ magnétique en une accumulation de charges ; une source de champ magnétique (3) définissant un logement (4) dans lequel règne un champ magnétique ; un élément poussoir (5) déplaçable d'une première position à une seconde position, selon une direction de translation. Selon un premier aspect, l'invention comprend un dispositif de transmission du déplacement de l'élément poussoir (5) en un mouvement de rotation de la source de champ (3) ou du convertisseur (2), pour faire varier le champ magnétique dans le plan de référence du convertisseur. Selon un autre aspect, l'invention prévoit de déplacer l'élément poussoir d'une première position dans laquelle le convertisseur (2) est soumis à une première configuration de champ, à une deuxième position dans laquelle le convertisseur (2) est soumis à une deuxième configuration de champ, différente de la première.

Description

GENERATEUR POUR TRANSFORMER UN MOUVEMENT DE TRANSLATION D'UN CORPS EN UNE ACCUMULATION DE CHARGES ELECTRIQUES

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un générateur apte à transformer le mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

On connaît du document « Magnetostricitve-Piezoelectric composite structure for energy harvesting », Journal of micromechanics microengineering n°22, 2012 de T. Lafont et al, un tel générateur qui comprend : - Un convertisseur apte à transformer une variation de champ magnétique en une accumulation de charges électriques. Le convertisseur est constitué d'une couche en matériau magnétostrictif assemblée sur chacune de ses faces à une couche d'un matériau présentant des propriétés piézoélectriques. - Une source de champ magnétique, sous la forme d'un aimant permanent.

Le déplacement en translation de la source de champ magnétique dans un plan parallèle et en surplomb du convertisseur conduit à l'accumulation de charges dans le convertisseur. Ces charges peuvent alors être prélevées pour leur stockage et/ou pour alimenter en énergie un circuit.

Toutefois, pour un niveau de charges accumulées donné, ce dispositif connu est relativement encombrant, ce qui le rend incompatible avec certaines applications visées.

OBJET DE L'INVENTION

Un but de l'invention est donc de proposer un générateur, apte à transformer le mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charge, efficace et compact.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, et selon un premier aspect, l'objet de l'invention propose un générateur pour transformer un mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques comprenant : - un convertisseur, comprenant un plan de référence, et apte à transformer une variation de champ magnétique dans le plan de référence en une accumulation de charges ; - une source de champ magnétique définissant un logement dans lequel règne un champ magnétique ; - un élément poussoir, solidaire de la source ou du convertisseur, déplaçable selon une direction de translation perpendiculaire au plan de référence d'une première position dans laquelle le convertisseur est placé dans le logement au niveau d'un premier plan et soumis à une première configuration de champ dans son plan de référence, à une deuxième position dans laquelle le convertisseur est soumis à une deuxième configuration de champ dans son plan de référence, différente de la première.

En plaçant le convertisseur dans le logement de la source de champ, on forme un générateur compact. Et le déplacement de l'élément poussoir, entraîne la variation du champ magnétique auquel est soumis le convertisseur d'une première configuration une seconde configuration conduisant à la génération des charges électriques.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, considérées individuellement ou en toute combinaison techniquement possible : • le convertisseur est formé d'une couche en un matériau magnétostrictif définissant le plan de référence, assemblée à au moins une couche en un matériau piézoélectrique ; • Le générateur comprend des moyens de rappel de l'élément poussoir dans la première ou la deuxième position ; • Dans la deuxième position, le convertisseur est placé hors du logement et dans lequel la deuxième configuration de champ correspond à un champ périphérique à la source de champ magnétique ; • la source de champ magnétique comprend un assemblage d'aimants formant un cylindre de Halbach et la première configuration du champ est un champ uniforme dans le logement ; • dans la deuxième position, le champ périphérique est perpendiculaire au plan de référence et issu d'une source de champ magnétique périphérique ; • dans la deuxième position de l'élément poussoir, le convertisseur est placé dans le logement au niveau d'un deuxième plan ; • la source de champ comprend un empilement formé d'un premier cylindre de Halback générant la première configuration de champ dans le premier plan, et d'un deuxième cylindre de Halback générant la deuxième configuration de champ dans le deuxième plan ; • la source de champ comprend un premier élément magnétiquement perméable et un deuxième élément magnétiquement perméable configurés pour orienter le champ magnétique sur le convertisseur selon la première configuration de champ lorsque l'élément poussoir est dans la première position et selon la deuxième configuration lorsque l'élément poussoir est dans la deuxième position ; • la première configuration de champ et la seconde configuration de champ correspondent à des champs uniformes, formant un angle de 90° l'un avec l'autre.

Selon un second aspect, l'objet de l'invention propose un générateur pour transformer un mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques comprenant : - un convertisseur, comprenant un plan de référence, et apte à transformer une variation de champ magnétique dans ce plan de référence en une accumulation de charges ; - Une source de champ magnétique définissant un logement dans lequel règne un champ magnétique ; le convertisseur étant disposé dans le logement de manière à placer une partie au moins du champ dans le plan de référence ; - un élément poussoir déplaçabie d'une première position à une seconde position, selon une direction de translation ; - un dispositif de transmission du déplacement de l'élément poussoir en un mouvement de rotation d'axe perpendiculaire au plan de référence de la source de champ ou du convertisseur, pour faire varier le champ magnétique dans le plan de référence du convertisseur.

En plaçant le convertisseur dans le logement de la source de champ, on forme un générateur compact. Et le déplacement de l'élément poussoir est transmis en un mouvement de rotation faisant varier le champ magnétique vis-à-vis du convertisseur, ce qui conduit à la génération des charges électriques dans celui-ci.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, considérées individuellement ou en toute combinaison techniquement possible : • le convertisseur est formé d'une couche en un matériau magnétostrictif définissant le plan de référence, assemblée à au moins une couche en un matériau piézoélectrique ; • le dispositif de transmission comprend un engrenage multiplicateur ; • le déplacement de l'élément poussoir de la première position à la seconde position entraîne la rotation du champ magnétique dans le plan de référence d'un angle supérieur ou égal à 90° ; • le générateur comprend des moyens de rappel de l'élément poussoir dans la première position ; • la source de champ magnétique est un assemblage d'aimants formant un cylindre de Halbach générant un champ uniforme dans le logement ; • la direction de translation est parallèle au plan de référence ; • le dispositif de transmission comprend une crémaillère solidaire de l'élément poussoir coopérant avec une roue dentée solidaire de la source ou du convertisseur ; • la direction de translation est perpendiculaire au plan de référence ; • le dispositif de transmission comprend une tige filetée solidaire de l'élément poussoir coopérant avec un écrou uniquement libre en rotation ; • le dispositif de transmission comprend une courroie de transmission et au moins deux galets.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des modes de réalisation, particuliers et non limitatifs, de l'invention en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - les figures la et lb représentent schématiquement deux vues d'ensemble de générateurs compatibles avec l'invention. - les figures le et ld représentent respectivement une coupe et une vue de dessus d'un convertisseur électromagnétique compatible avec un générateur électrique selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation graphique de la quantité de charges générées par le convertisseur en fonction de l'angle Θ existant entre la direction du champ magnétique et la direction de polarisation des couches piézoélectriques ; - les figures 3a à 3c représentent différentes configurations possibles d'une source de champ magnétique du générateur électrique selon l'invention ; - les figures 4a à 4c représentent différentes vues d'un premier exemple de mise en œuvre de l'invention selon un premier mode de réalisation ; la figure 5 représente un train d'engrenage ; la figure 6 représente schématiquement un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation ; - la figure 7 représente schématiquement un troisième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation ; - la figure 8 représente schématiquement un quatrième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation ; - Les figures 9a et 9b représentent schématiquement un premier exemple de mise en œuvre de l'invention selon un deuxième mode de réalisation ; - Les figures 10a et 10b représentent une alternative au premier exemple des figures 9a et 9b ; - Les figures lia et 11b représentent schématiquement un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son deuxième mode de réalisation ; - Les figures 12a, 12b et 12c représentent schématiquement un troisième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son deuxième mode de réalisation.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

La présente invention porte sur un générateur électrique 1 capable de transformer le mouvement de translation d'un corps, même de faible amplitude, en une génération et une accumulation de charges électriques. Éléments communs à tous les modes de réalisation

Les figures la et lb représentent schématiquement deux exemples de réalisation d'un tel générateur 1. Dans un boîtier optionnel la, le générateur comprend un élément poussoir 5 en liaison avec un convertisseur 2. Le convertisseur est électriquement relié à deux bornes lb qui peuvent être intégrées au boîtier la, pour sa liaison électrique avec un dispositif associé. L'élément poussoir 5 est déplaçabie selon une direction de translation, d'une première position à une seconde position. Il peut s'agir par exemple d'un bouton poussoir directement actionnable en translation par un utilisateur, ou mis en mouvement par des efforts d'origine quelconque. Ce mouvement de translation peut prendre différentes formes, par exemple selon une direction perpendiculaire à une surface principale du boîtier la comme cela est représenté sur la figure la, ou selon une direction dans le plan du boîtier la comme cela est représenté sur la figure lb. L'élément poussoir 5 peut être compris dans une pièce d'un dispositif mécanique plus complexe, tel qu'un interrupteur, conduisant au déplacement en translation de l'élément poussoir 5, lorsque ce dispositif mécanique complexe est actionné par l'utilisateur ou par n'importe quel phénomène physique.

Comme cela est représenté à titre d'exemple sur les figures 3a à 3c, le générateur 1 conforme à l'invention comprend également un convertisseur magnéto-électrique 2 et une source de champ magnétique 3, tel qu'un aimant permanent. Le convertisseur 2 et la source 3 peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre.

La source 3 définit un logement 4 dans lequel le convertisseur 2 peut être placé et former un ensemble particulièrement compact. L'énergie issue du mouvement de translation de l'élément poussoir 5 sera en partie récupérée par l'ensemble formé du convertisseur 2 et de la source de champ magnétique 3, et transformée en charges électriques. Ces charges sont collectées, et éventuellement stockées à l'aide d'un dispositif de commande associé au générateur 1 (qui peut être connecté aux bornes lb) . Elles peuvent être employées, à titre d'exemple, pour alimenter et permettre le fonctionnement d'un dispositif électrique ou électronique tel qu'un émetteur de signal connecté au générateur 1. A titre d'exemples complémentaires, elles peuvent être également employées pour la recharge d'une batterie, ou encore pour alimenter un capteur ou un réseau de capteurs de données environnementales (température, humidité, ...) . Un tel dispositif de commande est connu par exemple de WO2014063958, WO2014063952, WO2014063951 ou W02007063194 et ne sera pas décrit ici plus en détail.

Les figures le et ld représentent un exemple particulier d'un convertisseur magnéto-électrique 2 compatible avec un générateur électrique 1 conforme à l'invention. Le convertisseur 2 est apte à transformer la variation d'un champ magnétique dans un plan de référence en une accumulation de charges.

Le convertisseur 2 comprend une couche 20 de matériau magnétostrictif présentant préférentiellement un coefficient de magnétostriction, en valeur absolue et à saturation, supérieur à 10 ppm, voire même à 100 ou à 1000 ppm. On rappelle que ce coefficient est défini par le quotient AL/L où AL est l'élongation du matériau en présence d'un champ magnétique saturant le matériau, et L la longueur de ce matériau en l'absence de champ magnétique.

De préférence, le matériau de la couche 20 est choisi pour être intrinsèquement isotrope ou présenter un comportement isotrope dans le générateur 1, comme c'est le cas lorsqu'un matériau anisotrope est soumis à un champ d'intensité suffisante pour le saturer magnétiquement. Il peut être par exemple formé d'un bloc de Terfenol D, de FeSiB, ou d'un alliage de FeCo.

Comme cela est visible en figure ld, sur la vue de dessus du convertisseur 2, la couche 20 peut avoir une forme de disque. La couche 20 définit un plan de référence pour le convertisseur 2 et le générateur 1 dans lequel il est placé. Cette forme de disque permet au convertisseur de tourner sur lui-même, ou d'être inséré dans un élément tournant, d'axe perpendiculaire au plan de référence et passant à proximité du centre du disque, dans un volume engendré restreint.

Comme cela est bien connu en soi, l'application d'un champ magnétique à la couche 20 selon une direction déterminée dans le plan de référence entraîne la déformation de la couche selon cette direction déterminée (une élongation lorsque le coefficient de magnétostriction de la couche 20 est supérieur à 0) .

Le convertisseur 2 magnéto-électrique comporte également, assemblé solidairement à la couche 20, au moins une couche piézo-électrique 21a, présentant des électrodes 22a. Sur l'exemple représenté sur la figure le, deux couches piézoélectriques 21a, 21b sont assemblées sur l'une et l'autre des faces de la couche 20. Chacune de ces couches piézoélectriques 21a, 21b disposent d'électrodes 22a, 22b au moins sur l'une de leurs faces, par exemple sur leur face libre. Comme cela est visible sur la figure ld pour ce qui concerne l'électrode 22a, les électrodes 22a, 22b peuvent être interdigitées afin de collecter efficacement les charges de chacune des couches 21a, 21b.

Comme les couches piézoélectriques 21a, 21b sont solidairement assemblées à la couche magnétostrictive 20, la déformation de cette couche 20 dans le plan de référence entraîne également la déformation des couches piézo-électriques 21a, 21b dans un plan parallèle à ce plan de référence.

Les couches piézoélectriques 21a, 21b sont préférentiellement polarisées selon une direction de polarisation contenue dans le plan qu'elles définissent. Lorsque plusieurs couches piézo-électriques 21a, 21b sont présentes, elles sont avantageusement disposées sur la couche magnétostrictive 20 pour que leurs axes de polarisation soient disposés parallèles l'un à l'autre. On considérera que c'est bien le cas dans la description venir.

La déformation des couches piézoélectriques 21a, 21b selon leurs directions de polarisation entraîne une création de charges électriques dans ces couches et leur accumulation sur les électrodes 22a, 22b. Une telle déformation est obtenue lorsque la couche magnétostrictive 20 est soumise à un champ magnétique dont l'orientation présente une composante parallèle à la direction de polarisation des couches 21a, 21b.

La figure 2 est une représentation graphique de la quantité de charges générées sur les électrodes 22a, 22b en fonction de l'angle Θ existant entre la direction d'un champ magnétique uniforme se développant dans la couche 20 magnétostrictive et la direction de polarisation des couches 21a, 21b. On observe que, en l'absence de leurs collectes, les charges accumulées oscillent entre une valeur maximale Q1 et une valeur minimale Q0. La valeur maximale est atteinte lorsque l'angle Θ est égal à 0° et 180°, c'est-à-dire lorsque les directions du champ magnétique et de l'axe de polarisation sont parallèles. La valeur minimale Q0 est atteinte lorsque l'angle θ égal 90° et 270°, c'est-à-dire lorsque la direction du champ magnétique et de l'axe de polarisation sont perpendiculaires. Entre deux extrêmes consécutifs, il y a donc création de charges (positives ou négatives) dans les couches piézoélectriques 21a, 21b.

Avantageusement, lorsque le convertisseur 2 est soumis à un champ magnétique tournant, le circuit de commande est configuré pour collecter les charges créées à chaque quart de tour, pour des angles θ de 0°,90°, 180° et 270°.

On forme de la sorte un convertisseur 2 magnéto-électrique apte à transformer les variations, dans le plan de référence définie par la couche 20 magnétostrictive, d'un champ magnétique en une accumulation de charges au niveau des électrodes 22a, 22b des couches piézo-électriques 21a, 21b.

On notera que le générateur selon l'invention n'est nullement limité à un convertisseur 2 de la forme précise qui vient d'être décrite. Ainsi un convertisseur 2 comprenant une unique couche piézoélectrique 21a ou comprenant une pluralité de couches magnétostrictives est tout à fait compatible avec l'invention. De même, les électrodes 22a, 22b peuvent prendre d'autres formes ou être déployées différemment de ce qui a été décrit dans les paragraphes précédents.

Le générateur 1 comprend également une source de champ magnétique 3. La source de champ magnétique 3 définit un logement dans lequel règne un champ magnétique. Sur les figures 3a à 3c ce champ est représenté par les lignes de champ en traits pointillés.

Le logement 4 et la source 3 sont configurés pour que le convertisseur 2 puisse être placé dans le logement de manière à disposer une partie au moins du champ dans son plan de référence. La source 3 et le convertisseur 2 sont libres de se déplacer l'un par rapport à l'autre, afin de pouvoir créer dans le logement 4 un champ tournant vis-à-vis du convertisseur.

Préférentiellement, le champ régnant dans le logement 4 est uniforme, c'est-à-dire qu'il présente une direction et/ou une intensité relativement constante au moins dans une partie centrale du logement et préférentiellement en tout point du logement. Il est ainsi aisé de placer le convertisseur dans le logement 4 sans avoir le besoin de le positionner avec précision en un lieu particulier.

Il existe de multiples manières de réaliser la source de champ 3.

Selon une première approche, la source 3 est formée d'un assemblage plan d'aimants permanents orientés les uns par rapport aux autres de manière à confiner un champ magnétique d'un côté de ce plan. Cet assemblage est bien connu sous le nom de « réseau d'Halbach ».

En plaçant en vis-à-vis deux de ces assemblages, les champs se faisant face, on définit le logement 4 par l'espace séparant ces deux plans. Cette configuration est représentée en figure 3a. On notera toutefois qu'il n'est pas nécessaire de disposer de deux assemblages plans, et qu'un unique assemblage est suffisant pour générer un champ magnétique utile.

Selon une seconde approche, une pluralité d'aimants permanents sont disposés les uns par rapport aux autres le long d'un contour fermé pour définir le logement 4 et créer un champ à l'intérieur de celui-ci. À titre d'exemple, il peut s'agir d'une configuration en cylindre de Halbach, représentée schématiquement sur la figure 3b. À titre d'exemple complémentaire, il peut s'agir d'une structure fermée en fer doux, définissant le logement, deux aimants permanents de moment magnétique identique sont placés en vis-à-vis dans le logement comme cela est représenté sur la figure 3c.

Quel que soit la configuration choisie de la source 3, le convertisseur 2 est placé dans le logement 4 de sorte qu'une partie au moins du champ qui y règne soit disposée dans le plan de référence.

En dehors du logement 4 règne un champ périphérique qui peut par exemple correspondre au champ magnétique terrestre. La configuration du champ périphérique (c'est-à-dire son intensité, sa direction) est différente de la configuration du champ régnant dans le logement 4.

La présente invention tire profit des différents éléments qui viennent d'être exposés dans le détail pour former un dispositif apte à transformer le mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques.

Premier mode de réalisation

Dans ce mode de réalisation, le champ magnétique généré par la source 3 dans le logement 4 peut être mis en rotation vis-à-vis du convertisseur 2 selon un axe perpendiculaire au plan de référence. On forme ainsi un champ tournant et donc variable dans le plan de référence conduisant à la génération de charges sur les électrodes 22a, 22 B du convertisseur 2.

La rotation du champ peut être obtenue en faisant tourner sur lui-même le convertisseur 2 autour d'un axe de rotation perpendiculaire au plan de référence et pouvant passer par son centre.

Alternativement, le champ tournant peut être obtenu en maintenant fixe le convertisseur et en faisant tourner sur elle-même la source de champ 3 autour de l'axe de rotation perpendiculaire au plan de référence et passant par le centre du convertisseur 2 ou à sa proximité. Cette configuration, dans lequel le convertisseur 2 est fixe, est particulièrement avantageux, car il permet de connecter simplement le dispositif de commande au convertisseur 2.

Bien entendu, le convertisseur 2 et la source 3 peuvent simultanément être entraînés en rotation, dans la mesure où ils sont en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre, afin de faire tourner le champ vis-à-vis du convertisseur 2.

Quelle que soit l'approche retenue, le convertisseur 2 est maintenu dans le logement et soumis au champ magnétique variable (par exemple tournant) dans son plan de référence.

Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le générateur 1 comprend également un dispositif de transmission du mouvement de translation de l'élément poussoir 5 en un mouvement de rotation de la source 3 ou du convertisseur 2, d'axe perpendiculaire au plan de référence. En d'autres termes, le déplacement de l'élément poussoir 5 en translation d'une première position à une seconde position conduit au déplacement en rotation de la source 3 ou du convertisseur 2, de préférence sur lui-même, et selon un axe perpendiculaire au plan de référence. Comme on l'a vu, ce mouvement de rotation conduit à former dans le logement 4 de la source 3 un champ magnétique tournant vis-à-vis du convertisseur 2, et à la génération et à l'accumulation de charges électriques sur les électrodes 22a, 22b du convertisseur 2.

Les figures 4a à 4c représentent différentes vues d'un exemple simple de mise en œuvre de l'invention selon ce mode de réalisation.

Dans cet exemple, la source de champ 3 est un cylindre de Halbach générant un champ uniforme dans une partie au moins du logement 4 qu'il définit. Le cœur de ce cylindre définit le logement 4 dans lequel le convertisseur 2 peut être placé. Comme cela est visible sur la figure 4c, une face circulaire du cylindre présente une ouverture donnant accès au logement 4 afin d'y placer le convertisseur 2 (non représenté sur cette figure). Sur l'autre face circulaire plane du cylindre sont coaxiaîement fixés une roue dentée 6 et un axe 7. Comme cela est visible sur la coupe de côté de la figure 4a, l'extrémité libre de l'axe 7 est soutenue par une paroi 8 du boîtier la, permettant de maintenir en position le cylindre 3 tout en préservant son mouvement de rotation autour de l'axe 7. Le convertisseur 2 est positionné dans le logement, et maintenu fixe sur une seconde paroi 8 du boîtier la. La rotation du cylindre 3 permet de créer un champ tournant dans le plan de référence du convertisseur. La roue dentée 6 fixée au cylindre 3 coopère avec une crémaillère 9 solidaire de l'élément poussoir 5. Le déplacement de l'élément poussoir 5 en translation suivant la direction principale de la crémaillère, entraîne le déplacement de celle-ci également en translation et la mise en rotation du cylindre 3.

On choisira la configuration de la crémaillère 9 et de la roue dentée 6 pour que le déplacement, même de faible amplitude, de l'élément poussoir 5 conduise à la rotation du champ magnétique d'un angle suffisant pour accumuler une quantité requise de charges électriques. La source 3 peut être déplacée en rotation de plusieurs tours lors de la translation de l'élément poussoir 5 de sa première à sa seconde position, ou d'une portion de tour, selon l'énergie nécessaire à 1'application.

Afin de faciliter cela, on peut prévoir entre la crémaillère 9 et la route dentée 6 un mécanisme de démultiplication ou un train d'engrenage 10 dont un exemple particulier est représenté sur la figure 5. Ce mécanisme peut être fixé contre une paroi 8.

Avantageusement, le générateur 1 peut être muni d'un moyen de rappel 11, tel qu'un ressort, permettant de repositionner l'élément poussoir 5 dans sa première position après qu'il ait atteint la seconde position. Le déplacement retour de l'élément poussoir 5, de la seconde position à la première position, peut être mis à profit pour poursuivre la génération et l'accumulation des charges. Pour que cette accumulation soit utile, on veillera à ce que le dispositif de commande soit capable de collecter les charges dans ce double mode de fonctionnement.

Pour assurer une génération de charge maximum, notamment lorsque le déplacement en rotation du champ magnétique est inférieur à un tour lors de l'activation du l'élément poussoir, il est particulièrement avantageux d'orienter le convertisseur 2 vis-à-vis du champ de telle sorte que, dans la première position, l'axe de polarisation de la couche piézoélectrique soit aligné avec le champ magnétique régnant dans le logement 4 (ou perpendiculaire à celui-ci). Ainsi, lorsque le l'élément poussoir 5 est positionné en sa première position, la déformation du convertisseur selon la direction de l'axe polarisation est extrême (maximum ou minimum).

De nombreuses variations à cet exemple du premier mode de réalisation de l'invention sont possibles.

Ainsi, la roue dentée 6 n'est pas nécessairement placée contre une face circulaire du cylindre 3 comme cela est représenté sur les figures 4a à 4c. En alternative, la roue dentée 6 peut être formée en munissant le contour extérieur du cylindre 3 de dents pouvant coopérer avec la crémaillère 9 ou avec les dents d'un train d'engrenage 10.

Dans l'exemple représenté sur les figures 4a à 4c, le déplacement en translation de l'élément poussoir 5 est réalisé dans un plan parallèle au plan de référence. En munissant certains des engrenages 9, 6, 10 de roues coniques, il est possible d'orienter le déplacement de l'élément poussoir 5 dans une position angulaire quelconque vis-à-vis du plan de référence. Il peut notamment être placé dans un plan perpendiculaire au plan de référence.

Selon une autre variante de ce premier mode de réalisation, l'élément poussoir 5 et/ou la crémaillère 9 peut être muni d'un dispositif de verrouillage de fin de course, ayant pour effet de maintenir en cette position l'élément poussoir 5 une fois qu'il a atteint cette position extrême. Le dispositif de verrouillage peut être libéré par application d'une force additionnelle sur l'élément poussoir, et cet élément mis en translation en tirant profit des efforts de rappels exercés par les moyens 11. Comme on l'a évoqué précédemment, ce mouvement de retour peut également permettre de générer et accumuler des charges électriques.

La figure 6 représente schématiquement un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation. La source 3 et le convertisseur 2 sont de configurations similaires à celle de l'exemple précédent. Toutefois, dans cet exemple, le dispositif de transmission comprend une tige filetée ou une vis 15, solidaire de l'élément poussoir 5.

La vis 15 est disposée dans l'exemple représenté selon une direction perpendiculaire au plan de référence. La vis 15 coopère avec un écrou 12 lui-même solidaire d'une roue dentée 13 de sorte que la translation de la vis suivant son axe longitudinal entraîne en rotation l'écrou 12 et la roue dentée 13. L'écrou 12 est uniquement libre de se mouvoir en rotation autour de l'axe principal de la vis 15. Le filetage de la vis 15 et le rainurage de l'écrou 12 sont choisis pour permettre la transmission réversible des mouvements de rotation et de translation de chacune de ces pièces. La roue dentée 13 engrène un pignon 14 fixé à un axe 7, entraînant en rotation la source de champ 3. Un élément de rappel 11, tel qu'un ressort, permet de replacer l'élément poussoir 5 dans sa position de départ.

Similairement à l'exemple précédent, on peut prévoir d'intégrer un train d'engrenage plus complexe, comme celui représenté sur la figure 5, pour s'assurer qu'un mouvement de translation, même de faible amplitude, puisse entraîner en rotation angulaire suffisante la source 3 d'au moins 90°. L'intégration dans l'engrenage d'éléments du type pignon et roue conique peut également permettre de placer le déplacement de l'élément poussoir 5 dans une position angulaire différente que celle qui est représentée et qui a été décrite. Et on peut également prévoir dans cet exemple, un dispositif de verrouillage de fin de course comme cela a été exposé en relation avec le premier exemple.

Dans certaines configurations le pignon 14 peut être omis, en munissant le contour extérieur du cylindre 3 de dents coopérant avec la roue dentée 13.

Les parois 8 du boîtier la permettent de maintenir les éléments du générateur 1 à l'intérieur d'un volume compact.

La figure 7 représente schématiquement un troisième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation.

Comme dans les deux exemples précédents, un convertisseur 2 de forme circulaire est placé sur une paroi 8 d'un boitier la, à l'intérieur du logement 4 d'une source de champ magnétique 3 consistant en un cylindre de Halbach. La source de champ 3 n'est pas fixée au support 8, elle est donc libre de se mouvoir en rotation. Ce mouvement peut être facilité en munissant les parois du support 8 avec lesquels elle est en contact de roulements à bille, rouleaux, matières lubrifiantes, etc.

Le dispositif de transmission comprend un corps cylindrique 16, muni d'un premier motif 17 tel qu'une rainure ou une nervure hélicoïdale. L'élément poussoir 5 est solidaire d'une face circulaire du corps 16. L'intérieur du cylindre 3 est muni d'un second motif, nervure ou rainure, complémentaire et coopérant avec les premiers motifs 17 du corps 16. Une pression sur l'élément poussoir 5 conduit à son déplacement en translation selon un axe perpendiculaire au plan de référence, et entraîne en rotation la source 3. Le choix du pas du motif 17 permet de déterminer le déplacement angulaire de la source 3 pour l'amplitude de translation permise de l'élément poussoir 5. Il est également choisi pour permettre la transmission réversible des mouvements de rotation et de translation de chacune de ces pièces.

Des moyens de rappel 11 sont en contact avec la paroi du support (ou avec le convertisseur 2 comme cela est présenté sur la figure 7 et avec une surface du corps cylindrique 16 de manière à replacer l'élément poussoir 5 (et le corps 16) dans sa position initiale. Comme dans les exemples précédents, on peut également prévoir un dispositif de verrouillage de fin de course comme cela a été exposé en relation avec le premier exemple de ce mode de mise en œuvre de l'invention.

Comme dans les exemples précédents, le déplacement de l'élément poussoir 5 en translation conduit à la formation d'un champ magnétique tournant dans le plan de référence du convertisseur 2 et à l'accumulation de charges qui peuvent être collectées par le dispositif de commande associé au générateur 1.

La figure 8 représente schématiquement une vue de dessus d'un quatrième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son premier mode de réalisation. L'élément poussoir 5 est attaché solidairement à une courroie de transmission 19. Le déplacement de la courroie de transmission 19 et de l'élément poussoir est guidé par au moins deux galets 18a, 18b fixés sur une paroi 8 mais libres de tourner sur eux-mêmes. Avantageusement, la transmission du mouvement entre la courroie 19 et les galets 18a, 18b se réalise sans glissement. On pourra pour cela utiliser une courroie synchrone présentant des dents dont la forme est choisie pour s'engrener aux dents dont peuvent être munis les galets 18a, 18b. Alternativement, on pourra choisir une courroie de transmission 19 sous la forme d'une chaîne.

La courroie de transmission 19 et les deux galets 18a, 18b forment le dispositif de transmission du déplacement en translation de l'élément poussoir 5 en un mouvement de rotation de la source 3 de champ magnétique pour faire varier ce champ magnétique dans le plan de référence du convertisseur.

Pour ce faire, un convertisseur 2 de forme circulaire est placé sur la paroi 8, à l'intérieur du logement 4 d'une source de champ magnétique 3 consistant en un cylindre de Halbach qui peut être entraîné en rotation par la courroie de transmission 19.

Le déplacement de l'élément poussoir 5 en translation entraîne le déplacement de la courroie de transmission 19 et la mise en rotation de la source de champ magnétique 3. Cette rotation conduit à la formation d'un champ magnétique tournant dans le plan de référence du convertisseur 2 et à l'accumulation de charges qui peuvent être collectées par le dispositif de commande associé au générateur. On pourrait selon le même principe mettre en mouvement de rotation le convertisseur 2 plutôt que la source de champs 3, afin de produire un champ variable dans le plan de référence du convertisseur 2. D e uxièroe mode de réalisat i οn

Dans ce deuxième mode de réalisation, l'élément poussoir 5 est solidaire de la source de champ 3 ou du convertisseur 2. L'élément poussoir 5 est déplaçable en translation suivant une direction perpendiculaire au plan de référence, et entraîne donc en déplacement la source 3 ou le convertisseur 2 auquel il est fixé.

Dans une première position de l'élément poussoir 5, le convertisseur 2 est placé dans le logement 4 de la source 3 au niveau d’un premier plan et soumis à une première configuration du champ.

Par « configuration de champ », on entend l'intensité et l’orientation du champ magnétique (notamment vis-à-vis de la direction de polarisation du convertisseur 2) en tout point de l'espace du logement 4 occupé par le convertisseur 2, au niveau de son plan de référence. L'élément poussoir 5 déplacé dans une deuxième position entraîne en déplacement la source 3 ou le convertisseur 2 auquel il est fixé. Lorsque l'élément poussoir 5 est dans la deuxième position, le convertisseur 2 est soumis à une deuxième configuration de champ dans son plan de référence. Cette deuxième configuration de champ est différente du premier.

La variation de champ entre la première position et la deuxième position de l'élément poussoir 5 au niveau du plan de référence conduit à la génération de charges dans la ou les couches piézoélectriques 21a, 21b du convertisseur 2, et à leur accumulation sur les électrodes.

Un élément de rappel 11, tel qu'un ressort permet de repositionner l'élément poussoir 5 dans sa première ou sa seconde position.

Les figures Sa et 9b représentent schématiquement un premier exemple de mise en œuvre de l'invention, dans ce deuxième mode de réalisation.

Sur la figure 9a, l'élément poussoir 5, solidaire du convertisseur 2, est dans sa première position. Le convertisseur 2 est placé dans le logement 4 d'une source de champ 3 dont la constitution peut être choisie conformément à ce qui a été exposé dans la partie commune à tous les modes de réalisation de l'invention. Cette source 3 est fixée aux parois d'un support 8.

La figure 9b représente le générateur 1 lorsque l'élément poussoir 5 est dans sa seconde position, après qu'il ait été déplacé en translation.

Dans ce premier exemple, le convertisseur 2 a été entraîné hors du logement 4 défini par la source 3. Il n'est alors plus soumis au champ régnant dans ce logement 4 mais à un champ périphérique qui est différent du champ de logement, d'intensité bien plus faible, et d'orientation qui peut être quelconque. Cette variation de champ induit la génération de charges sur les couches piézoélectriques 21a, 21b du convertisseur 2 et leur accumulation sur les électrodes 22a, 22b. Un dispositif de commande (non représenté) peut être configuré pour entrer en contact avec ces électrodes lorsque le convertisseur 2 est déplacé en bout de course, par exemple dans la deuxième position de l'élément poussoir 5, tel que cela est présenté sur la figure 8b. Alternativement, la liaison électrique entre le convertisseur 2 et les bornes du dispositif de commande peut être réalisée par des ressorts conducteurs ou par de simples connexions filaires.

Pour maximiser les variations du champ perçu, dans le plan de référence, par le convertisseur 2 entre la première et deuxième position, et se prémunir d'éventuels effets d'aimantation permanente ou résiduelle de la couche 20 magnétostrictive, le générateur 1 peut être muni d'une source de champ périphérique 19. Cette source 19 peut générer un champ dont la direction est perpendiculaire au plan de référence, et être placé à proximité du convertisseur 2 quand celui-ci est positionné hors du logement 4, c'est-à-dire lorsque l'élément poussoir 5 est dans la deuxième position. Le champ périphérique sert ainsi à rétablir un niveau initial de faible aimantation/déformation de la couche magnétostrictive dans le plan de référence. On s'assure ainsi de maximiser le potentiel de génération de charges.

Dans cet exemple, la source de champ est fixe ce qui permet une plus grande liberté dans son dimensionnement. On pourra dans ce cas choisir une source 3 de plus grande dimension dans le but de générer un champ d'intensité importante dans le logement 4 et de maximiser le potentiel de génération de charges.

Les figures 10a et 10b représentent une alternative à ce premier exemple. Dans le cas de cette alternative, l'élément poussoir 5 est fixé à la source de champ 3. C'est donc la source 3 qui est cette fois déplacée lorsque l'élément poussoir 5 translate de sa première position à la deuxième position.

Le convertisseur 2 étant fixe, son interfaçage avec le dispositif de commande est simplifié.

Le fonctionnement de cette alternative est similaire en tout point au fonctionnement du premier exemple qui vient d'être f ait.

Les figures lia et 11b représentent schématiquement un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention dans le deuxième mode de réalisation.

Dans cet exemple, la source de champ 3 est composée de deux parties distinctes 3a, 3b chacune de ces parties étant apte à générer une configuration de champ distincte. À titre d'exemple, la partie 3a de la source 3 est apte à créer une première configuration de champ orienté dans un plan parallèle au plan de référence et selon une première direction. La partie 3b de la source 3 est quant à elle apte à créer une deuxième configuration de champ orienté dans un plan parallèle au plan de référence et selon une seconde direction, différente de la première. Avantageusement, cette seconde direction est à 90° de la première. L'intensité du champ généré par la première partie 3a et la seconde partie 3b ne sont pas nécessairement les mêmes. La source 3 peut être constituée simplement par un assemblage ou un empilement d'aimants permanents dont les moments sont choisis pour orienter les champs dans la direction déterminée. Il peut s'agir, par exemple, d'un empilement de deux cylindres de Halbach identiques, et décalés dans l'empilement d'une position angulaire de 90°.

La figure lia représente le générateur 1 lorsque l'élément poussoir 5 est dans la première position. Le convertisseur 2 est placé dans le logement 4 de la source 3 selon un premier plan soumettant la couche 20 à une première configuration de champ généré par la partie 3a de la source 3.

La figure 11b représente le générateur 1 lorsque l'élément poussoir 5 et dans sa deuxième position. On observe sur cette figure que le convertisseur 2 est alors placé dans le logement 4 de la source 3 en vis-à-vis de la partie 3b de la source. Le convertisseur 2 est alors soumis, dans son plan de référence, à la deuxième configuration du champ. Comme dans l'exemple précédent, la variation de champ dans le plan de référence du convertisseur 2 lors du déplacement de l'élément poussoir 5 entre les deux positions conduit à la génération de charges dans le convertisseur 2 à leur accumulation sur les électrodes.

Dans cet exemple particulier, le convertisseur est fixé à une paroi 8 du boîtier la, il est donc aisé de le raccorder au circuit de commande permettant entre autres de collecter les charges.

On peut envisager, tout en restant dans le cadre de cet exemple, de disposer d'une source 3 ayant plus de deux parties 3a,3b, chacune des parties permettant de générer une configuration de champ distinct des configurations des champs générés par les parties qui lui sont directement adjacentes. En choisissant judicieusement la configuration de chacun des champs, par exemple en décalant de 90° les champs de deux parties adjacentes, on peut de la sorte simuler l'application d'un champ tournant dans le plan de référence du convertisseur 2, lors de son déplacement dans le logement de la source 3. La quantité de charges collectables est ainsi accrue.

Comme dans l'exemple précédent, on peut prévoir une variante dans laquelle l'élément poussoir 5 serait fixé au convertisseur 2, et non à la source de champ 3.

Les figures 12a à 12c représentent schématiquement un troisième exemple de mise en œuvre de l'invention selon son deuxième mode de réalisation. Dans cet exemple, la source magnétique 3 est configurée pour générer deux configurations de champs distincts selon la position du convertisseur 2.

Comme cela est visible sur la coupe représentée sur la figure 12a, la source magnétique 3 comprend un aimant 20 creux (et cylindrique dans l'exemple représenté) et un premier et un deuxième élément magnétique perméable 21a, 21b disposés de part et d'autre de l'aimant. Le champ magnétique issu de l'aimant 20 se referme sur le convertisseur 2 en circulant dans les éléments magnétiques perméables 21a, 21b. Cette circulation du champ est représentée par les flèches sur cette figure 12a.

Le convertisseur 2 placé dans le logement 4 est entraîné en translation d'un premier plan parallèle au plan de référence à un second plan lorsque l'élément poussoirs 5 (non représenté sur ces figures) est déplacé de sa première à sa deuxième position en translation. Ces deux positions sont respectivement représentées sur les figures 12b et 12c.

Le premier élément et le deuxième élément magnétique perméable 21a, 21b sont configurés pour refermer et orienter le champ magnétique sur le convertisseur 2 selon une première configuration de champ lorsque le convertisseur est dans le premier plan (figure 12b) .

Le premier et le deuxième élément magnétique 21a, 21b sont configurés pour refermer et orienter le champ magnétique de la source 3 sur le convertisseur 2 selon une deuxième configuration de champ lorsque le convertisseur est dans le deuxième plan (figure 12c) .

Comme dans les exemples précédents, la variation de champ dans le plan de référence du convertisseur 2 entre les deux positions conduit à la génération de charges dans le convertisseur 2 et leur accumulation sur les électrodes.

On notera que cet exemple de mise en œuvre n'exclue pas que la source 3 et le convertisseur 2, qu'ils soient placés dans le premier ou dans deuxième plan, puissent être déplacés en rotation l'un par rapport à l'autre pour générer un champ magnétique variable (par exemple tournant) vis-à-vis du convertisseur 2. On peut de la sorte générer des charges dans le convertisseur 2 et les accumuler sur les électrodes tant pour des mouvements de rotation que des mouvements de translation de l'élément poussoir 5.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims (21)

1. REVENDICATIONS

   1. Générateur (1) pour transformer un mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques comprenant : - un convertisseur (2) , comprenant un plan de référence, et apte à transformer une variation de champ magnétique dans le plan de référence en une accumulation de charges ; - une source de champ magnétique (3) définissant un logement (4) dans lequel règne un champ magnétique ; - un élément poussoir (5) , solidaire de la source (3) ou du convertisseur (2) , déplaçable selon une direction de translation perpendiculaire au plan de référence d'une première position dans laquelle le convertisseur (2) est placé dans le logement (4) au niveau d'un premier plan et soumis à une première configuration de champ dans son plan de référence, à une deuxième position dans laquelle le convertisseur (2) est soumis à une deuxième configuration de champ dans son plan de référence, différente de la première.
2. 2. Générateur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur (2) est formé d'une couche (20) en un matériau magnétostrictif définissant le plan de référence, assemblée à au moins une couche (21a, 21b) en un matériau piézoélectrique.
3. 3. Générateur (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens de rappel (11) de l'élément poussoir (5) dans la première ou la deuxième position.
4. 4. Générateur (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel, dans la deuxième position, le convertisseur (2) est placé hors du logement (4) et dans lequel la deuxième configuration de champ correspond à un champ périphérique à la source de champ magnétique.
5. 5. Générateur (1) selon la revendication précédente dans lequel la source de champ magnétique (3) comprend un assemblage d'aimants formant un cylindre de Ilalbach et la première configuration du champ est un champ uniforme dans le logement (4) .
6. 6. Générateur (1) selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel, dans la deuxième position, le champ périphérique est perpendiculaire au plan de référence et issu d'une source de champ magnétique périphérique (19).
7. 7. Générateur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, dans la deuxième position de l'élément poussoir (5), le convertisseur (2) est placé dans le logement (4) au niveau d'un deuxième plan.
8. 8. Générateur (1) selon la revendication précédente dans lequel la source de champ (3) comprend un empilement formé d'un premier cylindre de Halback (3a) générant la première configuration de champ dans le premier plan, et d'un deuxième cylindre de Halback (3b) générant la deuxième configuration de champ dans le deuxième plan.
9. 9. Générateur (1) selon la revendication 7 ou 8 dans lequel la source de champ (3) comprend un premier élément magnétiquement perméable (21a) et un deuxième élément magnétiquement perméable (21b) configurés pour orienter le champ magnétique sur le convertisseur (2) selon la première configuration de champ lorsque l'élément poussoir (5) est dans la première position et selon la deuxième configuration lorsque l'élément poussoir (5) est dans la deuxième position.
10. 10. Générateur (1) selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel la première configuration de champ et la seconde configuration de champ correspondent à des champs uniformes, formant un angle de 90° l'un avec l'autre.
11. 11. Générateur (1) pour transformer un mouvement de translation d'un corps en une accumulation de charges électriques comprenant : - un convertisseur (2), comprenant un plan de référence, et apte à transformer une variation de champ magnétique dans ce plan de référence en une accumulation de charges ; - Une source de champ magnétique (3) définissant un logement (4) dans lequel règne un champ magnétique ; le convertisseur (2) étant disposé dans le logement (4) de manière à placer une partie au moins du champ dans le plan de référence ; - un élément poussoir (5) déplaçable d'une première position à une seconde position, selon une direction de translation ; - un dispositif de transmission du déplacement de l'élément poussoir (5) en un mouvement de rotation d'axe perpendiculaire au plan de référence de la source de champ ou du convertisseur, pour faire varier le champ magnétique dans le plan de référence du convertisseur.
12. 12. Générateur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur (2) est formé d'une couche en un matériau magnétostrictif (20) définissant le plan de référence, assemblée à au moins une couche en un matériau piézoélectrique (21a, 21b).
13. 13. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 12 dans lequel le dispositif de transmission comprend un engrenage multiplicateur (10) .
14. 14. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 13, dans lequel le dispositif de transmission est configuré pour que le déplacement de l'élément poussoir (5) de la première position à la seconde position entraîne la rotation du champ magnétique dans le plan de référence d'un angle supérieur ou égal à 90°.
15. 15. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 14 comprenant des moyens de rappel (11) de l'élément poussoir (5) dans la première position.
16. 16. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 15 dans lequel la source de champ magnétique (3) est un assemblage d'aimants formant un cylindre de Halbach générant un champ uniforme dans le logement (4).
17. 17. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 16 dans lequel la direction de translation est parallèle au plan de référence.
18. 18. Générateur (1) selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de transmission comprend une crémaillère (9) solidaire de l'élément poussoir (5) coopérant avec une roue dentée (6) solidaire de la source (3) ou du convertisseur (2).
19. 19. Générateur (1) selon l'une des revendications 11 à 16 dans lequel la direction de translation est perpendiculaire au plan de référence.
20. 20. Générateur selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de transmission comprend une tige filetée (15) solidaire de l'élément poussoir (5) coopérant avec un écrou (12) uniquement libre en rotation.
21. 21. Générateur selon l'une des revendications 11 et 12 dans lequel le dispositif de transmission comprend une courroie de transmission (19) et au moins deux galets (18a, 18b).