WO2010079151A1 - Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer - Google Patents

Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer Download PDF

Info

Publication number
WO2010079151A1
WO2010079151A1 PCT/EP2010/050012 EP2010050012W WO2010079151A1 WO 2010079151 A1 WO2010079151 A1 WO 2010079151A1 EP 2010050012 W EP2010050012 W EP 2010050012W WO 2010079151 A1 WO2010079151 A1 WO 2010079151A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
percussion
acoustic resonator
conversion device
energy conversion
energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050012
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Nikolovski
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority to EP10700004A priority Critical patent/EP2374169A1/en
Publication of WO2010079151A1 publication Critical patent/WO2010079151A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186Vibration harvesters
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/308Membrane type

Landscapes

  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for converting mechanical energy into electric energy, comprising at least one conversion cell (C) comprising at least one percussion mechanism (6) including one deformable member (7), having at least two opposite anchoring points, rigidly connected in a central area of a percussion member (8), and one or more piezoelectric transducers (10) coupled to an acoustic resonator (9). The deformable member (7) includes at least one stable position in which the percussion member (8) is remote from the acoustic resonator (9), the percussion mechanism (6) and the acoustic resonator (9) being arranged so that when a force exceeding a threshold is applied onto the deformable member (7), the latter leaves the stable position by deformation so that the percussion member (8) hits the acoustic resonator (9) so that it resonates and excites the piezoelectric transducers (10) and so that the energy generated by the force is converted by the piezoelectric transducers.

Description

DISPOSITIF DE CONVERSION D'ENERGIE MECANIQUE EN ENERGIE ÉLECTRIQUE A L'AIDE D'AU MOINS UN TRANSDUCTEURDEVICE FOR CONVERTING MECHANICAL ENERGY IN ELECTRIC ENERGY USING AT LEAST ONE TRANSDUCER
PIÉZOÉLECTRIQUEPIEZOELECTRIC
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne les dispositifs de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Plus précisément, elle concerne les dispositifs de conversion d'énergie utilisant un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques aptes à effectuer cette conversion. Elle est adaptée plus particulièrement à des applications dans lesquelles les besoins en puissance électrique sont de courte durée.The present invention relates to devices for converting mechanical energy into electrical energy. More specifically, it relates to energy conversion devices using one or more piezoelectric transducers capable of performing this conversion. It is particularly suitable for applications in which the power requirements are short-lived.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Les dispositifs de conversion d'énergie utilisant un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques sont généralement formés de cellules de conversion agencées en panneau ou suivant d'autres configurations. Ils sont formés d'une masse qui repose sur un ou plusieurs ressorts. A cette masse est attaché le transducteur piézoélectrique de telle sorte que lorsqu'une force est appliquée sur la masse, la cellule entre en vibration, et le transducteur convertit cette vibration en énergie électrique.Energy conversion devices using one or more piezoelectric transducers are generally formed of conversion cells arranged in a panel or in other configurations. They are formed of a mass that rests on one or more springs. To this mass is attached the piezoelectric transducer so that when a force is applied to the mass, the cell enters into vibration, and the transducer converts this vibration into electrical energy.
Un tel dispositif est connu dans la demande de brevet WO 2006/046938. La figure 1 représente en coupe un tel dispositif de conversion d'énergie. Il s'agit d'un dispositif de conversion d'énergie vibrationnelle incluant au moins un transducteur piézoélectrique 2.Such a device is known in the patent application WO 2006/046938. Figure 1 shows in section such an energy conversion device. This is an energy conversion device vibration device including at least one piezoelectric transducer 2.
Il est formé d'une masse d'épreuve 1 reposant sur un substrat bicouche S formé d'une couche de matériau piézoélectrique unimorphe 2, qui constitue le transducteur piézoélectrique, et d'une couche de matériau non piézoélectrique, qui constitue une couche ressort 3. La masse 1 se trouve du côté de la couche de matériau piézoélectrique 2. Le substrat bicouche S est solidaire d'une structure de support 5, par l'intermédiaire de jambes élastiques 4, placées entre la couche ressort 3 et le support 5.It is formed of a test mass 1 resting on a bilayer substrate S formed of a layer of unimorphous piezoelectric material 2, which constitutes the piezoelectric transducer, and a layer of non-piezoelectric material, which constitutes a spring layer 3 The mass 1 is on the side of the layer of piezoelectric material 2. The bilayer substrate S is integral with a support structure 5, by means of elastic legs 4, placed between the spring layer 3 and the support 5.
Lorsqu'une contrainte est induite sur le dispositif, la masse d'épreuve 1 exerce une force sur la couche piézoélectrique 2. Elle se déforme ainsi que la couche ressort 3 et les jambes élastiques 4. La déformation de la couche piézoélectrique 2 induit la génération d'énergie électrique. Lorsque la contrainte n'est plus exercée sur le dispositif, une force de rappel s'applique sur la couche ressort 3 et les jambes élastiques 4, elle déforme la couche piézoélectrique 2. Cette déformation conduit à la génération d'énergie électrique . Cependant ce dispositif de conversion d'énergie présente des inconvénients. Tout d'abord, si l'on regarde le principe même qui est basé sur la flexion d'une structure piézoélectrique unimorphe au moyen d'une masse inertielle mise en déplacement par une vibration mécanique, il apparaît que la fréquence et l'amplitude de la vibration excitatrice ont un effet direct sur le rendement de conversion et la puissance disponible, mais que pourtant ceux-ci ne sont pas connus à l'avance. Le transducteur piézoélectrique 2 est fragile et de rendement faible, très inférieur à 25% par exemple. Aux fortes amplitudes de vibrations, la couche piézoélectrique peut subir de fortes contraintes, ce qui risque de la fragiliser fortement et de limiter sa durée de vie.When a stress is induced on the device, the test mass 1 exerts a force on the piezoelectric layer 2. It deforms as well as the spring layer 3 and the elastic legs 4. The deformation of the piezoelectric layer 2 induces the generation of electrical energy. When the stress is no longer exerted on the device, a restoring force is applied to the spring layer 3 and the elastic legs 4, it deforms the piezoelectric layer 2. This deformation leads to the generation of electrical energy. However, this energy conversion device has drawbacks. First of all, if we look at the very principle that is based on the bending of a unimorphous piezoelectric structure by means of an inertial mass set in displacement by a mechanical vibration, it appears that the frequency and the amplitude of the excitatory vibration have an effect direct on conversion efficiency and available power, but yet these are not known in advance. The piezoelectric transducer 2 is fragile and of low efficiency, much less than 25% for example. At high amplitudes of vibrations, the piezoelectric layer can undergo high stresses, which can weaken it strongly and limit its life.
Ce dispositif de conversion d'énergie est en pratique conçu pour fonctionner avec de l'énergie mécanique vibrationnelle disponible en quantité toujours suffisante par rapport à la tache à effectuer et correspondant à un spectre limité d'excitation, provenant par exemple du mouvement d'un véhicule ou de la rotation d'une machine, de sorte que la question du rendement de conversion n'est pas critique. Mais ces dispositifs ne peuvent tirer parti efficacement d'énergie mécanique impulsionnelle telle que celle générée par des chocs.This energy conversion device is in practice designed to operate with the vibrational mechanical energy available in an amount always sufficient with respect to the task to be performed and corresponding to a limited spectrum of excitation, originating, for example, from the movement of a vehicle or the rotation of a machine, so the question of conversion efficiency is not critical. But these devices can not take advantage of pulsed mechanical energy such as that generated by shocks.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs antérieurs, notamment qui est capable de tirer parti d'événements impulsionnels, ponctuels ou répétés.The object of the present invention is to provide a device for converting mechanical energy into electrical energy which does not have the drawbacks of prior devices, in particular which is capable of taking advantage of pulsed, punctual or repeated events.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique qui est robuste aux chocs. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique qui a un rendement de conversion meilleur que par le passé, notamment supérieur à environ 25%.Another object of the invention is to propose a device for converting mechanical energy into electrical energy which is robust to shocks. Another object of the invention is to provide a device for converting mechanical energy into electrical energy which has a better conversion efficiency than in the past, especially greater than about 25%.
Encore un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de conversion d'énergie qui est très compact et peu épais.Yet another object of the invention is to provide an energy conversion device which is very compact and thin.
Un but supplémentaire de l'invention est de fournir un dispositif de conversion dans lequel il est possible de calibrer l'énergie électrique de sortie.A further object of the invention is to provide a conversion device in which it is possible to calibrate the electrical output energy.
Pour atteindre ces buts, la présente invention propose un dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique formé d' au moins une cellule de conversion comportant au moins un mécanisme de percussion incluant un élément de percussion et un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques. Il comprend de plus un résonateur acoustique auquel sont couplés les transducteurs piézoélectriques. Le mécanisme de percussion possède en outre un élément déformable ayant au moins deux points d' ancrage opposés, l'élément de percussion étant solidaire de l'élément déformable dans une zone centrale de ce dernier. L'élément déformable possède au moins une position stable de veille dans laquelle l'élément de percussion est éloigné du résonateur acoustique, le mécanisme de percussion et le résonateur acoustique étant agencés de manière que, lorsqu'une force supérieure à un seuil est appliquée sur l'élément déformable, il quitte sa position stable de veille en se déformant afin que l'élément de percussion vienne percuter le résonateur acoustique dans une zone de percussion, pour qu' il entre en résonance et excite les transducteurs piézoélectriques de sorte que l'énergie induite par la force soit transmise indirectement aux transducteurs piézoélectriques afin qu' ils la convertisse en énergie électrique.To achieve these objects, the present invention provides a device for converting mechanical energy into electrical energy formed of at least one conversion cell comprising at least one percussion mechanism including a percussion element and one or more piezoelectric transducers. It further comprises an acoustic resonator to which the piezoelectric transducers are coupled. The percussion mechanism furthermore has a deformable element having at least two opposite anchoring points, the percussion element being integral with the deformable element in a central zone of the latter. The deformable element has at least one stable standby position in which the percussion element is remote from the acoustic resonator, the percussion mechanism and the acoustic resonator being arranged so that when a force greater than a threshold is applied to the deformable element, it leaves its stable standby position by deforming so that the percussion element comes impacting the acoustic resonator in a percussion zone to resonate and excite the piezoelectric transducers so that the force-induced energy is transmitted indirectly to the piezoelectric transducers to convert it into electrical energy.
L'élément déformable peut, au lieu d'être monostable, être bistable, c'est-à-dire comporter une autre position stable dite percutée dans laquelle l'élément de percussion est en contact avec le résonateur acoustique.The deformable element may, instead of being monostable, be bistable, that is to say include another stable position said percussive in which the percussion element is in contact with the acoustic resonator.
Pour que le dispositif de conversion puisse fonctionner avec de la pluie, le mécanisme de percussion aura, de préférence, une masse sensiblement égale à celle d'une goutte de pluie moyenne.For the conversion device to operate with rain, the percussion mechanism will preferably have a mass substantially equal to that of a mean raindrop.
Pour que le dispositif de conversion puisse fonctionner efficacement avec un flux de fluide, tel que du vent, l'élément déformable sera équipé d'un obstacle à la circulation du fluide, placé en amont de sa zone centrale par rapport à la circulation du fluide .In order for the conversion device to be able to operate efficiently with a flow of fluid, such as wind, the deformable element will be equipped with an obstacle to the circulation of the fluid, placed upstream of its central zone with respect to the circulation of the fluid. .
On peut prévoir une membrane de protection qui protège le mécanisme de percussion à l'opposé du résonateur acoustique, une cale solidaire de l'élément déformable étant insérée entre la membrane et l'élément déformable, la force qui s'applique sur l'élément déformable lui étant transmise par la membrane et la cale .It is possible to provide a protective membrane that protects the percussion mechanism opposite the acoustic resonator, a shim integral with the deformable element being inserted between the membrane and the deformable element, the force that applies to the element deformable being transmitted to it by the membrane and the wedge.
La membrane de protection peut être fixée à un châssis support du mécanisme de percussion et du résonateur acoustique, le châssis coopérant avec un fond pour former un caisson fermé de manière étanche par la membrane de protection.The protective membrane may be attached to a support frame of the percussion mechanism and the acoustic resonator, the frame cooperating with a bottom to form a box closed sealingly by the protective membrane.
Les résonateurs piézoélectriques sont situés à distance de la zone de percussion du résonateur acoustique, à la périphérie du résonateur acoustique .The piezoelectric resonators are located at a distance from the percussion zone of the acoustic resonator, at the periphery of the acoustic resonator.
Lorsqu' il y a deux mécanismes de percussion, ils fonctionnement en alternance, le résonateur acoustique possédant deux zones de percussion situées sur deux faces opposées du résonateur acoustique.When there are two percussion mechanisms, they operate alternately, the acoustic resonator having two percussion zones located on two opposite faces of the acoustic resonator.
Le résonateur acoustique peut avoir une épaisseur sensiblement constante ou posséder au niveau de la zone de percussion une épaisseur plus faible qu'à sa périphérie.The acoustic resonator may have a substantially constant thickness or have a lower thickness at the level of the percussion zone than at its periphery.
Le résonateur acoustique peut avoir un profil biconique et avoir ainsi une fonction de transformateur d'impédance.The acoustic resonator can have a biconical profile and thus have an impedance transformer function.
On peut prévoir un mécanisme de réarmement automatique avec une ou plusieurs languettes de rappel élastiques, placées entre la membrane et le dispositif déformable et ayant une extrémité libre au niveau de la zone centrale du dispositif déformable et une extrémité ancrée au châssis, cette extrémité libre étant destinée à coopérer avec un crochet de rappel fixé au dispositif déformable .It is possible to provide an automatic reset mechanism with one or more elastic return tongues, placed between the membrane and the deformable device and having a free end at the central zone of the deformable device and an end anchored to the chassis, this free end being intended to cooperate with a return hook attached to the deformable device.
Les languettes élastiques présentent une saillie du côté de la membrane de protection.The elastic tongues have a protrusion on the side of the protective membrane.
Les transducteurs piézoélectriques peuvent être reliés à un circuit de traitement avec un redresseur aux bornes duquel est éventuellement connecté un condensateur réservoir.The piezoelectric transducers can be connected to a processing circuit with a rectifier at the terminals of which is optionally connected a capacitor tank.
Pour être bistable, l'élément déformable peut être formé de deux parois principales superposées, fixées l'une à l'autre par une paroi auxiliaire sensiblement centrale s' étendant sensiblement transversalement aux deux parois principales.To be bistable, the deformable element may be formed of two superimposed main walls, fixed to one another by a substantially central auxiliary wall extending substantially transversely to the two main walls.
Lorsque le dispositif de conversion d'énergie comporte plusieurs cellules de conversion, elles peuvent être agencées en au moins un panneau, et lorsqu' il y a plusieurs panneaux ils peuvent être superposés .When the energy conversion device comprises several conversion cells, they can be arranged in at least one panel, and when there are several panels they can be superimposed.
Les cellules de conversion peuvent être connectées entre elles, en série ou en parallèle. La présente invention concerne également un appareil de conversion d'énergie, formé d'un dispositif de conversion d'énergie ainsi caractérisé et d'un panneau solaire, le dispositif de conversion d'énergie étant transparent et sus-jacent au panneau solaire. La présente invention concerne également un dispositif de mesure comportant un dispositif de conversion d'énergie ainsi caractérisé et au moins un capteur alimenté en énergie par le dispositif de conversion d'énergie. Le dispositif de conversion d'énergie et le capteur peuvent être noyés dans un tapis.The conversion cells can be connected together, in series or in parallel. The present invention also relates to an energy conversion apparatus, formed of a power conversion device thus characterized and a solar panel, the energy conversion device being transparent and overlying the solar panel. The present invention also relates to a measuring device comprising a power conversion device thus characterized and at least one sensor supplied with energy by the energy conversion device. The energy conversion device and the sensor may be embedded in a carpet.
La présente invention concerne également un dispositif de production d'étincelles comportant un dispositif de conversion d'énergie ainsi caractérisé et une paire d'électrodes alimentée en énergie par le dispositif de conversion d'énergie. BREVE DESCRIPTION DES DESSINSThe present invention also relates to a spark producing device comprising a power conversion device thus characterized and a pair of electrodes powered by the energy conversion device. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisations donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 déjà décrite représente une coupe d'un dispositif de conversion d'énergie connu ; la figure 2 représente un dispositif de conversion d'énergie selon un premier mode de réalisation de l'invention, lors du passage d'une position stable de veille à une position percutée ; la figure 3, représente un autre mode de réalisation de l'invention, en position percutée ; les figures 4A, 4B représentent encore un autre mode de réalisation de l'invention dans la position de veille et dans la position percutée ; la figure 5 représente une vue en coupe, d'un résonateur acoustique et de deux transducteurs piézoélectriques montés en parallèle d'un dispositif de conversion de l'invention ; la figure 6 représente une vue en perspective, du résonateur acoustique et des transducteurs piézoélectriques de la figure 5 ; la figure 7 représente une vue en coupe, d'un résonateur acoustique et de quatre transducteurs piézoélectriques montés en série d'un dispositif de conversion de l'invention; la figure 8 représente une vue en perspective, du résonateur acoustique et des transducteurs piézoélectriques de la figure 7 ; les figures 9A à 12 représentent un élément déformable bistable dans diverses positions ; la figure 13, est un graphique représentant la force appliquée à l'élément déformable bistable en fonction du déplacement de sa partie centrale ; la figure 14 représente un dispositif de conversion de l'invention à un seul résonateur acoustique mais ayant deux mécanismes de percussion ; la figure 15, représente une vue en coupe d'un panneau éolien suivant l'invention ; la figure 16, représente une vue en coupe d'un « cube » éolien suivant l'invention ; la figure 17 représente en perspective, un appareil de conversion d'énergie mécanique et solaire en énergie électrique. la figure 18 représente sous forme de tapis un dispositif de mesure, utilisant un dispositif de conversion d'énergie selon de l'invention.The present invention will be better understood on reading the description of examples of embodiments given, purely by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 already described represents a cross-section of a known energy conversion; FIG. 2 represents a device for converting energy according to a first embodiment of the invention, during the transition from a stable standby position to a struck position; Figure 3 shows another embodiment of the invention, in the impacted position; Figures 4A, 4B show yet another embodiment of the invention in the standby position and in the impacted position; FIG. 5 represents a sectional view of an acoustic resonator and of two piezoelectric transducers connected in parallel with a conversion device of the invention; FIG. 6 represents a perspective view of the acoustic resonator and the piezoelectric transducers of FIG. 5; FIG. 7 represents a sectional view of an acoustic resonator and four piezoelectric transducers connected in series with a conversion device of the invention; Figure 8 shows a perspective view of the acoustic resonator and the piezoelectric transducers of Figure 7; Figures 9A-12 show a bistable deformable element in various positions; FIG. 13 is a graph showing the force applied to the bistable deformable element as a function of the displacement of its central portion; FIG. 14 represents a conversion device of the invention with a single acoustic resonator but having two percussion mechanisms; Figure 15 shows a sectional view of a wind panel according to the invention; Figure 16 shows a sectional view of a "cube" wind according to the invention; FIG. 17 is a perspective view of an apparatus for converting mechanical and solar energy into electrical energy. Figure 18 shows in the form of a measuring device mat, using a device for converting energy according to the invention.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures described below bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles .The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes variantes décrites et illustrées doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERSThe different variants described and illustrated should be understood as not being exclusive of each other. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Le dispositif de conversion d'énergie selon l'invention peut comporter une ou plusieurs cellules de conversion. Les cellules peuvent être agencées en matrice pour former un panneau, on peut même regrouper plusieurs panneaux les uns au dessus des autres de manière à réaliser des parallélépipèdes.The energy conversion device according to the invention may comprise one or more conversion cells. The cells can be arranged in a matrix to form a panel, it is even possible to group several panels one above the other so as to produce parallelepipeds.
La figure 2 représente une cellule de conversion C d'un dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Cette cellule C est représentée lors du passage d'une première position dite de veille ou armée à une seconde position dite activée ou percutée. Cette cellule de conversion comporte un mécanisme de percussion 6 formé d'un dispositif déformable 7 équipé d'un élément de percussion 8. C'est ce mécanisme de percussion 6 qui est destiné à passer de la position de veille à la position activée, lorsqu'une force f s'applique sur lui. Le mécanisme de percussion 6 est dans une position stable au moins dans la position de veille.FIG. 2 represents a conversion cell C of a device for converting mechanical energy into electrical energy, according to a first embodiment of the invention. This cell C is represented during the passage of a first so-called standby or armed position to a second position called activated or impacted. This conversion cell comprises a percussion mechanism 6 formed of a deformable device 7 equipped with a percussion element 8. It is this percussion mechanism 6 that is intended to move from the standby position to the activated position, when a force f applies to him. The percussion mechanism 6 is in a stable position at least in the standby position.
Ce mécanisme de percussion 6 est destiné à coopérer avec un résonateur acoustique 9. Plus précisément, lors du passage de la position de veille à la position activée, l'élément de percussion 8 vient percuter une zone 9.1 dite de percussion du résonateur acoustique 9. Le résonateur acoustique 9 est destiné à exciter un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques 10. Les transducteurs piézoélectriques 10 sont couplés au résonateur acoustique 9, ils sont en contact avec le résonateur acoustique 9 de préférence à distance de la zone de percussion 9.1 du résonateur acoustique 9. Dans l'exemple décrit, les transducteurs piézoélectriques 10 sont annulaires et prennent en sandwich la périphérie du résonateur acoustique 9 sensiblement en forme de disque. Ils sont en vis-à-vis.This percussion mechanism 6 is intended to cooperate with an acoustic resonator 9. More specifically, during the transition from the standby position to the activated position, the percussion element 8 comes into contact with a so-called percussion zone 9.1 of the acoustic resonator 9. The acoustic resonator 9 is intended to excite one or more piezoelectric transducers 10. The piezoelectric transducers 10 are coupled to the acoustic resonator 9, they are in contact with the acoustic resonator 9 preferably spaced from the percussion zone 9.1 of the acoustic resonator 9. In the example described, the piezoelectric transducers 10 are annular and sandwich the periphery of the substantially disk-shaped acoustic resonator 9. They are vis-à-vis.
Le dispositif déformable 7 prend la forme d'une membrane déformable qui est ancrée à sa périphérie sur un châssis 15 support du résonateur acoustique 9. Le dispositif déformable peut être formé d'une feuille métallique.The deformable device 7 takes the form of a deformable membrane which is anchored at its periphery on a support frame of the acoustic resonator 9. The deformable device may be formed of a metal sheet.
L'élément de percussion 8 est représenté comme une bille solidaire du dispositif déformable 7 et placée du côté du résonateur acoustique 9. D'autres configurations sont possibles comme une saillie dirigée vers le résonateur acoustique 9, obtenue par déformation du dispositif déformable 7. La saillie peut être une partie du dispositif déformable qui a été embouti à l'aide d'un pointeau par exemple. Cette configuration est peu onéreuse. La bille pourrait être remplacée par un marteau. La masse de la bille ou du marteau sera choisie de manière à optimiser le couplage entre l'énergie mécanique apportée et l'énergie électrique délivrée par les transducteurs piézoélectriques.The percussion element 8 is shown as a ball integral with the deformable device 7 and placed on the acoustic resonator 9 side. Other configurations are possible such as a projection directed towards the acoustic resonator 9, obtained by deformation of the deformable device 7. protrusion may be a part of the deformable device which has been stamped with the aid of a needle for example. This configuration is inexpensive. The ball could be replaced by a hammer. The mass of the ball or hammer will be chosen so as to optimize the coupling between the mechanical energy supplied and the electrical energy delivered by the piezoelectric transducers.
Les transducteurs piézoélectriques 10 peuvent être de type céramique PZT ou Titano-Zirconate de Plomb, de formule Pb (Zrx, Tii_x) O3. Ils sont destinés à convertir une onde de flexion générée par le résonateur acoustique 9 en signal électrique. Les transducteurs piézoélectriques 10 sont destinés à être reliés électriquement à un dispositif utilisateur de l'énergie électrique. On en verra ultérieurement un exemple .The piezoelectric transducers 10 may be of the PZT ceramic or lead Titano-Zirconate type, of formula Pb (Zr x , Tii- x ) O3. They are intended to convert a bending wave generated by the acoustic resonator 9 into an electrical signal. The piezoelectric transducers 10 are intended to be electrically connected to a user device for electrical energy. We will see later an example.
Le dispositif de conversion d'énergie peut comporter en outre un caisson 11, formé du châssis 15 et d'un fond 11.1, manière à ce que le résonateur acoustique 9 soit logé dans le caisson 11 et donc protégé. Un espace libre 50 existe entre le résonateur acoustique 9 et le fond 11.1 du caisson 11. Le châssis 15 et le fond 11.1 du caisson peuvent être assemblés par vissage ou par clipsage via un décolletage du châssis. Sur la figure 2, le filetage est référencé 16.The energy conversion device may further comprise a housing 11, formed of the frame 15 and a bottom 11.1, so that the acoustic resonator 9 is housed in the box 11 and thus protected. A free space 50 exists between the acoustic resonator 9 and the bottom 11.1 of the box 11. The frame 15 and the bottom 11.1 of the box can be assembled by screwing or clipping via a bar cutting of the frame. In Figure 2, the thread is referenced 16.
Une entretoise 12 est insérée entre le résonateur acoustique 9 et le mécanisme de percussion 6. Le mécanisme de percussion 6, l'entretoise 12 et le résonateur acoustique 9 sont maintenus en position les uns par rapport aux autres à l'aide d'un retour du châssis 15 et de la fixation par vissage au fond 11.1. Grâce au vissage, on peut ajuster la position de l'élément de percussion 8 par rapport au résonateur acoustique 9, notamment lorsque le mécanisme de percussion 6 est en position percutée.A spacer 12 is inserted between the acoustic resonator 9 and the percussion mechanism 6. The percussion mechanism 6, the spacer 12 and the acoustic resonator 9 are held in position relative to one another by means of a return of the frame 15 and the fastening by screwing to the bottom 11.1. Thanks to the screwing, it is possible to adjust the position of the percussion element 8 with respect to the acoustic resonator 9, in particular when the percussion mechanism 6 is in the impacted position.
Lorsque on applique une force f, sur la cellule 6 alors qu'elle est dans la première position de veille, le dispositif déformable 7 du mécanisme de percussion 6 se déforme et l'élément de percussion 8 se rapproche du résonateur acoustique 9 de telle sorte qu'il le percute. L'élément de percussion 8 assure un impact sensiblement ponctuel sur le résonateur acoustique 9 dans une zone 9.1 de percussion. L'élément de percussion 8 cède son énergie potentielle de percussion au résonateur acoustique 9. La cellule de conversion C est alors dans la position percutée.When a force f is applied to the cell 6 while it is in the first standby position, the deformable device 7 of the percussion mechanism 6 is deformed and the percussion element 8 approaches the acoustic resonator 9 in such a way that let him hit him. The percussion element 8 ensures a substantially punctual impact on the acoustic resonator 9 in a percussion zone 9.1. The percussion element 8 gives up its potential energy of 9. The conversion cell C is then in the percussive position.
Le résonateur acoustique 9 entre en résonance, la résonance étant radiale, et oscille selon un mode de flexion radiale, excitant ainsi le ou les transducteurs piézoélectriques 10 placés à sa périphérie, en générant une onde de flexion. Les transducteurs piézoélectriques 10 placés en périphérie sont aptes à convertir l'énergie potentielle cédée par l'élément de percussion 8 au résonateur acoustique 9 en énergie électrique. Dans une variante décrite ultérieurement le résonateur acoustique 8 peut osciller selon un mode de vibration antisymétrique par rapport à son plan médian comme illustré sur les figures 5 ou 7 décrites ultérieurement. Les transducteurs piézoélectriques sont alors situés de part et d'autre du plan médian.The acoustic resonator 9 resonates, the resonance being radial, and oscillates in a radial bending mode, thereby exciting the piezoelectric transducer (s) 10 placed at its periphery, generating a bending wave. The piezoelectric transducers 10 placed at the periphery are able to convert the potential energy yielded by the percussion element 8 to the acoustic resonator 9 into electrical energy. In a variant described below the acoustic resonator 8 can oscillate in an antisymmetric vibration mode relative to its median plane as shown in Figures 5 or 7 described later. The piezoelectric transducers are then located on either side of the median plane.
Aux basses fréquences les modes antisymétriques sont des modes de flexion. On parle généralement de mode antisymétrique lorsque la géométrie du résonateur permet de définir un plan médian. Même si le résonateur 9 ne possède pas rigoureusement de plan médian dans la zone de décroissance lente de l'épaisseur, comme c'est le cas sur la figure 2, mais que l'onde arrive à l'interface avec les transducteurs piézoélectriques 10 situés en vis-à-vis est telle que les composantes normales de déplacement mécanique sont quasiment antisymétriques par rapport au plan médian, alors on peut également parler d'onde antisymétrique. En pratique, s'il n'y a qu'un seul transducteur, on parle d'onde de flexion et s'il y a deux transducteurs en vis-à-vis on parle d'ondes antisymétriques en gardant à l'esprit que la différence de phase des composantes de déplacement normales entre les deux transducteurs est quasiment nulle et est, en pratique, inférieure à environ 10° quelle que soit la forme choisie du résonateur.At low frequencies the antisymmetric modes are bending modes. We generally speak of antisymmetric mode when the geometry of the resonator allows to define a median plane. Even if the resonator 9 does not rigorously have a median plane in the zone of slow decay of the thickness, as is the case in FIG. 2, but the wave arrives at the interface with the piezoelectric transducers 10 located opposite is such that normal components of mechanical displacement are almost antisymmetric with respect to the median plane, so we can also speak of antisymmetric wave. In practice, if there is only one transducer, it is called bending wave and if there are two transducers facing each other, we speak of antisymmetric waves bearing in mind that the phase difference of the normal displacement components between the two transducers is practically nil and is, in practice, less than about 10 ° whatever the chosen form of the resonator.
Le résonateur acoustique 9 possède de préférence une fonction d' adaptation d' impédance mécanique qui se traduit physiquement par une épaisseur dans la zone de percussion 9.1 inférieure à celle de la zone périphérique dans laquelle a lieu la coopération avec les transducteurs piézoélectriques 10.The acoustic resonator 9 preferably has a mechanical impedance matching function which physically results in a thickness in the percussion zone 9.1 smaller than that of the peripheral zone in which the cooperation with the piezoelectric transducers 10 takes place.
Pour optimiser le rendement de conversion d'énergie, il est avantageux que le résonateur acoustique 9 possède une symétrie centrale, tel un disque et que la zone de percussion 9.1 soit sensiblement confondue avec le centre de symétrie du résonateur acoustique 9, c'est à dire le point focal de propagation des ondes de flexion. Le résonateur acoustique 9 peut être en métal, par exemple en duralumin, en laiton, en cuivre, en acier, en acier inoxydable. En variante, il peut être réalisé en matière synthétique notamment transparente, telle que le polycarbonate, ou même en verre.To optimize the energy conversion efficiency, it is advantageous for the acoustic resonator 9 to have a central symmetry, such as a disk, and for the percussion zone 9.1 to be substantially coincidental with the center of symmetry of the acoustic resonator 9. say the focal point of propagation of bending waves. The acoustic resonator 9 may be metal, for example duralumin, brass, copper, steel, stainless steel. Alternatively, it may be made of synthetic material including transparent, such as polycarbonate, or even glass.
La force f peut être appliquée par un operateur, à l'aide de son pied, ou d'au moins un doigt, de préférence sensiblement dans la zone centrale du dispositif déformable 7 si elle est ponctuelle. Mais de façon générale nous verrons que la cellule de conversion C peut tirer avantage de tout type de force mécanique .The force f can be applied by an operator, using his foot, or at least one finger, preferably substantially in the central zone of the deformable device 7 if it is one-off. But in a general way we will see that the cell of C conversion can take advantage of any kind of mechanical force.
La configuration de la figure 2 est particulièrement adaptée à tirer avantage de l'écoulement d'un fluide en surface du dispositif déformable 7. Ce fluide peut être le vent comme on le décrira plus précisément aux figures 15 et 16.The configuration of FIG. 2 is particularly adapted to take advantage of the flow of a fluid at the surface of the deformable device 7. This fluid may be the wind as will be described more precisely in FIGS. 15 and 16.
Dans la position de veille, le dispositif déformable 7, offre une prise au vent, il possède une forme convexe. Le dispositif est monostable et sa position stable est sa position de veille.In the standby position, the deformable device 7, offers a hold wind, it has a convex shape. The device is monostable and its stable position is its standby position.
A partir d'une certaine vitesse de vent, le dispositif déformable 7 subit une pression suffisante pour le faire se déformer et basculer de sa position stable vers la position percutée. Dans cette position percutée, le dispositif déformable au lieu d'avoir une forme convexe possède une forme concave. Après le basculement et la percussion, une dépression apparaît à sa surface ce qui favorise son retour à sa position stable initiale. Une fois que le dispositif déformable 7 est revenu à sa position initiale, le phénomène de basculement recommence dans la mesure où il subit une pression suffisante. Le dispositif déformable 7 se met à osciller entre la position stable et la position percutée.From a certain wind speed, the deformable device 7 undergoes a pressure sufficient to cause it to deform and tilt from its stable position to the impacted position. In this impacted position, the deformable device instead of having a convex shape has a concave shape. After tilting and percussion, a depression appears on its surface which favors its return to its initial stable position. Once the deformable device 7 is returned to its initial position, the tilting phenomenon begins again to the extent that it undergoes sufficient pressure. The deformable device 7 oscillates between the stable position and the impacted position.
Le dispositif déformable 7 ne quitte sa position stable que si la force appliquée, dans l'exemple par le fluide, dépasse un seuil de basculement. C'est-à-dire que la force appliquée est suffisante pour rompre l'équilibre stable du dispositif déformable 7. Les caractéristiques du mécanisme de percussion 6, notamment la masse de l'élément de percussion 8, l'aire du dispositif déformable 7, son matériau, sa texture, son épaisseur sont choisies en fonction de l'énergie d'impact souhaitée et de la vitesse minimale du fluide permettant la mise en oscillation du dispositif déformable 7.The deformable device 7 leaves its stable position only if the force applied, in the example by the fluid, exceeds a tipping threshold. That is, the applied force is sufficient to break the stable equilibrium of the deformable device 7. The characteristics of the mechanism of percussion 6, in particular the mass of the percussion element 8, the area of the deformable device 7, its material, its texture, its thickness are chosen according to the desired impact energy and the minimum speed of the fluid allowing oscillating the deformable device 7.
Les caractéristiques de la cellule de conversion C sont choisies de préférence pour que la durée de la percussion soit égale à la demi-période de résonance fondamentale radiale du résonateur acoustique 9 selon un mode de flexion. Un tel dimensionnement permet de faire en sorte que l'énergie potentielle de percussion soit efficacement convertie en un mode de résonance radiale du résonateur acoustique 9. En effet, la durée de percussion souhaitée et donc la fréquence de résonance du résonateur acoustique 9 et l'énergie d' impact à transmettre au résonateur acoustique 9 dépendent du dimensionnement de l'élément de percussion 8. La durée de percussion est directement fonction du temps de rétro propagation de l'onde de percussion à l'intérieur de l'élément de percussion 8 et du dispositif déformable 7.The characteristics of the conversion cell C are preferably chosen so that the duration of the percussion is equal to the half-fundamental radial resonance period of the acoustic resonator 9 according to a bending mode. Such dimensioning makes it possible to ensure that the percussion potential energy is effectively converted into a radial resonance mode of the acoustic resonator 9. Indeed, the desired duration of percussion and therefore the resonance frequency of the acoustic resonator 9 and the The impact energy to be transmitted to the acoustic resonator 9 depends on the dimensioning of the percussion element 8. The duration of percussion is directly a function of the retro-propagation time of the percussion wave inside the percussion element 8 and the deformable device 7.
En effet, grâce à un tel dimensionnement, le rebond de l'élément de percussion 8 ne vient pas bloquer la résonance du résonateur acoustique 9. Ce rebond intervient au plus tard au moment du retour de l'onde se propageant dans le dispositif déformable 7 depuis la périphérie vers l'élément de percussion 8, ce qui correspond à une demi-période de la fréquence de résonance du résonateur acoustique 9. Ainsi dans la présente invention, l'énergie mécanique est transmise indirectement aux transducteurs piézoélectriques 10, à la différence des dispositifs antérieurs dans lesquels ils étaient directement percutés. Cela permet d'utiliser des transducteurs piézoélectriques 10 plus performants, de rendement de conversion de l'ordre de 25% ou plus, par exemple. Cela rend également plus robuste le dispositif de conversion d'énergie puisque le transducteur piézoélectrique n'est pas directement soumis aux chocs mécaniques.Indeed, thanks to such a dimensioning, the rebound of the percussion element 8 does not block the resonance of the acoustic resonator 9. This rebound occurs at the latest at the moment of return of the wave propagating in the deformable device 7 from the periphery to the percussion element 8, which corresponds to a half-period of the resonance frequency of the acoustic resonator 9. Thus, in the present invention, the mechanical energy is transmitted indirectly to the piezoelectric transducers 10, unlike prior devices in which they were directly impacted. This makes it possible to use more powerful piezoelectric transducers with a conversion efficiency of the order of 25% or more, for example. This also makes the energy conversion device more robust since the piezoelectric transducer is not directly subjected to mechanical shocks.
La figure 3 présente un deuxième mode de réalisation d'une cellule de conversion C d'un dispositif de conversion suivant l'invention. La cellule de conversion C est représentée en position percutée. La cellule C illustrée sur cette figure 3 est similaire à celle de la figure 2, sauf que maintenant le dispositif déformable 7 est bistable. Il possède donc deux positions d'équilibre, une lorsque la cellule de conversion C est en position de veille armée et une lorsque la cellule de conversion C est en position percutée. De plus, le dispositif déformable 7 équipé de l'élément de percussion 8 se trouve placé entre une membrane de protection 43 et le résonateur acoustique 9. C'est sur la membrane de protection 43 qu'on applique une pression. La membrane de protection 43 ferme de manière étanche le caisson 11, en étant fixée à sa périphérie sur le châssis 15 ou en ayant sa périphérie maintenue en compression par le retour du châssis 15 contre l' entretoise 12. La membrane de protection 43 peut être astable, monostable ou bistable. On suppose également dans cette configuration qu'il n'y a qu'un seul transducteur piézoélectrique 10 placé entre le résonateur acoustique 9 et le fond 11.1 du caisson 11.FIG. 3 shows a second embodiment of a conversion cell C of a conversion device according to the invention. The conversion cell C is represented in the impacted position. The cell C illustrated in this FIG. 3 is similar to that of FIG. 2, except that now the deformable device 7 is bistable. It therefore has two equilibrium positions, one when the conversion cell C is in the armed standby position and one when the conversion cell C is in the impacted position. In addition, the deformable device 7 equipped with the percussion element 8 is placed between a protective membrane 43 and the acoustic resonator 9. It is on the protective membrane 43 that a pressure is applied. The protective membrane 43 seals the casing 11, being fixed at its periphery to the frame 15 or having its periphery maintained in compression by the return of the frame 15 against the spacer 12. The protection membrane 43 may be astable, monostable or bistable. It is also assumed in this configuration that there is only one piezoelectric transducer 10 placed between the acoustic resonator 9 and the bottom 11.1 of the box 11.
La périphérie du dispositif déformable 7 est maintenue en compression entre l' entretoise 12 et le résonateur acoustique 9.The periphery of the deformable device 7 is maintained in compression between the spacer 12 and the acoustic resonator 9.
Le dispositif déformable 7 qu' il soit monostable ou bistable, est un objet déformable contraint latéralement ou bien initialement déformé dans la première position stable en veille par emboutissage. L'élément de percussion 8 est toujours solidaire du dispositif déformable 7, il fait saillie du côté du résonateur acoustique 9.The deformable device 7, whether it is monostable or bistable, is a deformable object that is laterally constrained or initially deformed in the first position that is stable by stamping. The percussion element 8 is always integral with the deformable device 7, it projects from the side of the acoustic resonator 9.
Une cale 14 est insérée entre la membrane de protection 43 et le dispositif déformable 7.A shim 14 is inserted between the protective membrane 43 and the deformable device 7.
La cale 14 est représentée en forme de « Ω » inversé, avec des branches ouvertes côté membrane de protection 43 et une base solidaire du dispositif déformable 7, sensiblement dans sa zone centrale. La cale 14 peut être intégrée au dispositif déformable 7. On peut découper dans le dispositif déformable 7, dans sa zone centrale deux branches ayant leurs extrémités libres opposées, ces branches étant redressées vers la membrane de protection 43 pour obtenir la forme en « Ω » inversé.The wedge 14 is represented in the form of an inverted "Ω", with open branches on the protective membrane side 43 and a base integral with the deformable device 7, substantially in its central zone. The wedge 14 can be integrated in the deformable device 7. In the central zone, two branches having their opposite free ends can be cut out in the deformable device 7, these branches being straightened towards the protection membrane 43 to obtain the "Ω" shape. reversed.
Lorsque la cellule C est dans une position de veille, et qu'une force est appliquée sur la membrane 43, la membrane 43 se déforme et pousse sur la cale 14 qui appuie sur le mécanisme de percussion 6. Le dispositif déformable 7 est dans la première position. Lorsque la force exercée sur le dispositif déformable 7 sensiblement en son centre par la cale 14, est suffisante, il bascule vers sa seconde position d'équilibre, la position percutée. L'élément de percussion 8 percute alors le résonateur acoustique 9, induisant comme précédemment un signal électrique, grâce aux transducteurs piézoélectriques 10.When the cell C is in a standby position, and a force is applied on the membrane 43, the membrane 43 deforms and pushes on the wedge 14 which presses on the percussion mechanism 6. The deformable device 7 is in the first position. When the force exerted on the deformable device 7 substantially at its center by the wedge 14, is sufficient, it switches to its second equilibrium position, the impacted position. The percussion element 8 then hits the acoustic resonator 9, inducing as previously an electric signal, thanks to the piezoelectric transducers 10.
La forme du dispositif déformable 7, est choisie pour, que dans la position percutée, il puisse bien épouser la forme du résonateur acoustique 9, afin que l'épaisseur du dispositif déformable 7 et du résonateur acoustique 9 soit la plus petite possible, offrant ainsi une course maximale. La distance entre l'élément de percussion 8 et la zone de percussion 9.1 sur le résonateur acoustique 9 est ajustée, de sorte que, la percussion se produit avec la plus grande vitesse .The shape of the deformable device 7 is chosen so that, in the impacted position, it can match the shape of the acoustic resonator 9, so that the thickness of the deformable device 7 and the acoustic resonator 9 is as small as possible, thus providing a maximum race. The distance between the percussion element 8 and the percussion zone 9.1 on the acoustic resonator 9 is adjusted, so that the percussion occurs with the greatest velocity.
Un tel dispositif de conversion d'énergie permet de calibrer l'énergie d'impact quelle que soit la pression appliquée sur la membrane de protection 43 dans la mesure où cette pression est suffisante pour obtenir le basculement du dispositif déformable 7 de la position de veille armée à la position percutée. L'énergie transmise au résonateur acoustique 9 est toujours la même, quelle que soit la force exercée sur la membrane de protection 43 à condition qu'elle soit supérieure à une force seuil de basculement, notée Ftop. On se réfère à la figure 13 qui montre le déplacement de la zone centrale du dispositif déformable en fonction de la force appliquée sur lui via la cale 14. Ainsi dans la mesure où l'énergie transmise au résonateur acoustique 9 est toujours la même, il est possible d'effectuer un bon dimensionnement de la cellule de conversion C et de ses éléments. En mode percuté, puisque le dispositif déformable 7 épouse au mieux la forme du résonateur acoustique 9, cela permet à l'élément de percussion 8 de parcourir une course dbot la plus grande possible de manière à ce que la percussion se fasse avec la plus grande vitesse possible. L'énergie mécanique potentielle stockée dans le mécanisme de percussion 6 est cédée de manière optimale au résonateur acoustique 9.Such an energy conversion device makes it possible to calibrate the impact energy irrespective of the pressure applied on the protective membrane 43 to the extent that this pressure is sufficient to obtain the tilting of the deformable device 7 from the standby position. army in the hitting position. The energy transmitted to the acoustic resonator 9 is always the same, regardless of the force exerted on the protection membrane 43 provided it is greater than a tilting threshold force, denoted Ftop. Referring to FIG. 13 which shows the displacement of the central zone of the deformable device as a function of the force applied to it via the shim 14. Thus, insofar as the energy transmitted to the acoustic resonator 9 is always the same, it is possible to perform a good sizing of the conversion cell C and its elements. In struck mode, since the deformable device 7 best matches the shape of the acoustic resonator 9, this allows the percussion element 8 to travel as far as possible so that the percussion is done with the greatest possible impact. possible speed. The potential mechanical energy stored in the percussion mechanism 6 is optimally transferred to the acoustic resonator 9.
Pour que le dispositif déformable 7 retourne dans sa première position d'équilibre dite de veille, il est nécessaire d'exercer sur lui, une force de basculement seuil Fbot, de direction opposée à Ftop mais non nécessairement égale à Ftop. Si les forces Ftop, Fbot ne sont pas identiques en valeurs absolues, le dispositif déformable 7 bistable est dit asymétrique. L'asymétrie peut être obtenue avec des moyens magnétiques, par exemple en insérant un aimant dans l'espace libre 50 en vis-à-vis de l'élément de percussion 8. L'aimant n'est pas représenté. En variante, il est possible d'aimanter le châssis 11.1. En réalisant alors l'élément de percussion 8 en matériau magnétique et le résonateur acoustique 9 en matériau non magnétique tel le duralumin, le seuil de basculement du dispositif déformable 7 peut être diminué tout en augmentant la vitesse de percussion de l'élément de percussion 8. La cellule de conversion C peut revenir à sa position de veille automatiquement, une fois que la pression a fini de s'exercer sur la membrane de protection 43. On suppose alors que la cellule de conversion C est étanche, c'est-à-dire que la membrane de protection 43 est fixée de manière étanche au châssis 15. Lorsque le mécanisme de percussion 6 est passé en position percutée, le volume intérieur du caisson 11 fermé par la membrane de protection 43 a diminué. Le vide induit dans la cellule 6, fait basculer le dispositif déformable 7 de sa position percutée à la position de veille. Cela est possible seulement si la force induite par le vide est supérieure ou égale à Fbot. Si c'est le cas, le dispositif déformable 7 revient dans sa première position d'équilibre. Comme la cale 14 est solidaire du dispositif déformable 7 et se trouve dans l'espace entre le dispositif déformable 7 et la membrane de protection 43, elle repousse la membrane 43 dans sa première position. Dans cette configuration, il est préférable que la membrane 43 et que le dispositif déformable 7 soient sensiblement circulaires pour garantir une bonne étanchéité.In order for the deformable device 7 to return to its first so-called standby equilibrium position, it is necessary to exert on it a threshold switching force Fbot, of direction opposite to Ftop but not necessarily equal to Ftop. If the Ftop forces, Fbot are not identical in absolute values, the deformable device 7 bistable is said to be asymmetrical. Asymmetry can be obtained with magnetic means, for example by inserting a magnet in the free space 50 vis-à-vis the percussion element 8. The magnet is not shown. Alternatively, it is possible to magnetize the frame 11.1. By then realizing the percussion element 8 made of magnetic material and the acoustic resonator 9 made of non-magnetic material such as duralumin, the tilting threshold of the deformable device 7 can be decreased while increasing the percussion speed of the percussion element 8 . The conversion cell C can return to its standby position automatically, once the pressure has finished exerting on the protective membrane 43. It is then assumed that the conversion cell C is tight, that is to say say that the protective membrane 43 is sealingly attached to the frame 15. When the percussion mechanism 6 is moved into the impacted position, the interior volume of the box 11 closed by the protective membrane 43 has decreased. The vacuum induced in the cell 6, switches the deformable device 7 from its impacted position to the standby position. This is possible only if the force induced by the vacuum is greater than or equal to Fbot. If this is the case, the deformable device 7 returns to its first equilibrium position. As the shim 14 is secured to the deformable device 7 and is in the space between the deformable device 7 and the protective membrane 43, it pushes the membrane 43 in its first position. In this configuration, it is preferable that the membrane 43 and the deformable device 7 are substantially circular to ensure a good seal.
Pour permettre le réarmement efficace du mécanisme de percussion 6, il est préférable que la membrane de protection 43 soit monostable ou bistable et qu'elle génère une force de rappel supérieure à la force de basculement seuil Fbot du dispositif déformable 7. Les figures 4A, 4B représentent encore un autre mode de réalisation l'invention. Sur la figure 4A la cellule de conversion C est en mode de veille armée et sur la figure 4B elle est en mode percuté.To allow the effective resetting of the percussion mechanism 6, it is preferable that the protective membrane 43 is monostable or bistable and that it generates a restoring force greater than the threshold switching force Fbot of the deformable device 7. FIGS. 4B represent yet another embodiment of the invention. In Figure 4A the conversion cell C is in armed standby mode and in FIG. 4B it is in struck mode.
Ce mode de réalisation possède un mécanisme de réarmement automatique 41. Ce mode de réalisation convient aussi bien aux configurations dans lesquelles la membrane de protection 43 est étanche ou non.This embodiment has an automatic reset mechanism 41. This embodiment is equally suitable for configurations in which the protective membrane 43 is waterproof or not.
Le mécanisme de réarmement 41 comporte une ou plusieurs languettes de rappel 45 élastiques, placées entre la membrane 43 et le dispositif déformable 7. Sur les figures 4A, 4B, on en a représenté deux qui se font face. Elles peuvent être formées chacune d'une bande métallique ou d'un fil agencé en boucle.The reset mechanism 41 comprises one or more resilient return tongues 45 placed between the membrane 43 and the deformable device 7. In FIGS. 4A, 4B, two opposing faces are shown. They may each be formed of a metal strip or a wire arranged in a loop.
Elles ont une extrémité ancrée au niveau du châssis 15 et plus particulièrement située entre 1' entretoise 12 et la membrane 43. Elles ont aussi une extrémité libre se trouvant au niveau de la zone centrale du dispositif déformable 7, cette extrémité libre est destinée à coopérer avec un crochet de rappel 19. Les languettes de rappel 45 comportent au moins une saillie 46 dirigée vers la membrane de protection 43 entre l'extrémité ancrée et l'extrémité libre. La saillie 46 peut être obtenue par pliage de la languette. Le crochet de rappel 19 comporte des branches 19.1, autant que de languettes de rappel, chacune des branches a une extrémité fixée au mécanisme de percussion 6, plus particulièrement au dispositif déformable 7 sensiblement au niveau de l'élément de percussion 8. L'autre extrémité de chaque branche 19.1 est recourbée de manière à pouvoir crocheter l'extrémité libre d'une languette 45. Les branches 19.1 peuvent être obtenues comme précédemment pour la cale 14 par découpe du dispositif déformable 7. On a représenté le crochet de rappel 19 avec un profil en Ω inversé . Sur la figure 4A, le dispositif déformableThey have one end anchored at the level of the frame 15 and more particularly located between the spacer 12 and the membrane 43. They also have a free end located at the central zone of the deformable device 7, this free end is intended to cooperate with a return hook 19. The return tabs 45 comprise at least one projection 46 directed towards the protective membrane 43 between the anchored end and the free end. The projection 46 can be obtained by folding the tongue. The return hook 19 comprises branches 19.1, as well as return tongues, each of the branches has an end attached to the percussion mechanism 6, more particularly to the deformable device 7 substantially at the level of the percussion element 8. The other end of each branch 19.1 is bent so as to hook the free end of a tongue 45. The branches 19.1 can be obtained as previously for the shim 14 by cutting the deformable device 7. The return hook 19 is shown with an inverted Ω profile. In FIG. 4A, the deformable device
7 est dans sa première position stable. Lorsqu'une force est appliquée sur la membrane 43, celle-ci se déforme et vient en contact avec la saillie 46 des languettes 45, les languettes 45 se courbent et leur extrémité libre vient en contact avec le dispositif déformable 7. Les languettes 45 poussent le dispositif déformable 7 qui passe brusquement dans sa seconde position, lorsque la force qui s'applique sur lui est supérieure ou égale à Ftop. L'élément de percussion 8 percute le résonateur acoustique 9. Le crochet de rappel 19 est entrainé par le dispositif déformable 7 vers le résonateur acoustique 9. L'extrémité libre des branches 19.1 vient au voisinage de l'extrémité libre des languettes 45. Le crochet de rappel 19 avec sa forme de « Ω » inversé n'empêche pas le mécanisme de percussion 6 et plus particulièrement son dispositif déformable 7 de suivre sa course vers sa seconde position stable, il est entraîné par les languettes de rappel 45. Une fois que la force a disparu, les languettes 45 reviennent dans leur position initiale, puisqu'elles sont élastiques, l'extrémité libre de chacune d'entre elles vient se loger contre une extrémité libre d'une branche du crochet de rappel 14. Le crochet de rappel 14 est éloigné du résonateur acoustique 9, il entraîne avec lui le dispositif déformable 7 jusqu'à ce qu'il bascule dans sa première position stable.7 is in its first stable position. When a force is applied to the membrane 43, it deforms and comes into contact with the projection 46 of the tongues 45, the tongues 45 bend and their free end comes into contact with the deformable device 7. The tongues 45 push the deformable device 7 which passes abruptly into its second position, when the force that is applied to it is greater than or equal to Ftop. The percussion element 8 hits the acoustic resonator 9. The return hook 19 is driven by the deformable device 7 to the acoustic resonator 9. The free end of the branches 19.1 comes in the vicinity of the free end of the tabs 45. return hook 19 with its inverted "Ω" shape does not prevent the percussion mechanism 6 and more particularly its deformable device 7 to follow its course towards its second stable position, it is driven by the return tongues 45. Once that the force has disappeared, the tongues 45 return to their initial position, since they are elastic, the free end of each of them is housed against a free end of a branch of the return hook 14. The hook 14 is removed from the acoustic resonator 9, it carries with it the device deformable 7 until it tilts in its first stable position.
Ainsi lorsqu'on n'exerce plus de force sur la cellule 6 en position percutée, le mécanisme de réarmement 41 replace la cellule 6 dans sa première position de veille. La cellule 6 est alors réarmée et prête pour une nouvelle utilisation.Thus, when no more force is exerted on the cell 6 in the impacted position, the resetting mechanism 41 puts the cell 6 back into its first standby position. The cell 6 is then rearmed and ready for a new use.
La membrane 43 peut être dans cette configuration monostable ou bistable et générer une force de rappel pour réarmer le mécanisme de percussion 6.The membrane 43 may be in this monostable or bistable configuration and generate a restoring force to rearm the percussion mechanism 6.
De même, les languettes de rappel 45 sont choisies telles que la résultante des forces de rappel, soit aussi supérieure à Fbot, de sorte que ces dernières tirent sur le crochet de rappel 19, et permettent un réarmement du mécanisme de percussion 6.Likewise, the return tongues 45 are chosen such that the resultant of the return forces is also greater than Fbot, so that the latter pull on the return hook 19, and allow rearming of the percussion mechanism 6.
Ces languettes de rappel 45, ainsi que l'élément de percussion 8 permettent, en outre, d'augmenter l'énergie potentielle stockée libérable au moment du basculement du dispositif déformable 7. D'ailleurs l'épaisseur de l'élément de percussion 9, c'est-à-dire son diamètre s'il s'agit d'une bille, est choisi comme étant sensiblement égal à dix fois l'épaisseur du dispositif déformable 7. La cellule de conversion C est de préférence construite pour que le bruit de percussion soit contenu dans le caisson 11. En fait ce bruit, c'est-à-dire une onde sonore, peut se propager dans le résonateur acoustique 9 et être converti en onde de compression. Cette onde de compression va exciter le transducteur piézoélectrique 10 et induire la génération d'énergie électrique. Ainsi les pertes liées au bruit de percussion sont limitées.These return tongues 45, as well as the percussion element 8, also make it possible to increase the stored potential energy that can be released during the tilting of the deformable device 7. Moreover, the thickness of the percussion element 9 , that is to say its diameter if it is a ball, is chosen to be substantially equal to ten times the thickness of the deformable device 7. The conversion cell C is preferably constructed so that the percussion noise is contained in the chamber 11. In fact this noise, that is to say a sound wave, can propagate in the acoustic resonator 9 and be converted into a compression wave. This compression wave will excite the piezoelectric transducer 10 and induce the generation of electrical energy. Thus the losses related to percussion noise are limited.
On va maintenant expliquer plus en détail le mode de fonctionnement d'un dispositif déformable bistable.We will now explain in more detail the operating mode of a bistable deformable device.
On suppose que le dispositif déformable bistable est formé d'une plaque 29 sensiblement rectangulaire dont deux côtés opposés, préférentiellement, les côtés correspondant à sa largeur, sont rigidement fixés à un support 30. La figure 9A représente la plaque 29 dans sa première position stable au repos, elle est flambée à l'origine. Elle comporte une zone sensiblement médiane 29.1 bombée. On applique, au niveau de la zone médiane bombée 29.1, une force F pour déformer le dispositif déformable 29 et lui faire prendre son autre position stable. La force F est sensiblement normale à la plaque au niveau du point d'application. On se réfère à la figure 9B . Sur la figure 9C, le dispositif déformable 29 a basculé dans sa deuxième position stable. La force F est dirigée dans le sens du basculement recherché, vers l'autre position stable. Le dispositif déformable peut se déformer selon plusieurs modes qui répondent aux lois de l'élasticité. Les figures 1OA, 1OB, 1OC illustrent trois modes de déformation possibles d'une poutre P mince rigidement fixée à ses deux extrémités. Le mode 1It is assumed that the bistable deformable device is formed of a substantially rectangular plate 29 of which two opposite sides, preferably the sides corresponding to its width, are rigidly fixed to a support 30. FIG. 9A represents the plate 29 in its first stable position at rest, it is flamed at the origin. It comprises a substantially median area 29.1 curved. At the level of the domed central zone 29.1, a force F is applied to deform the deformable device 29 and cause it to assume its other stable position. The force F is substantially normal to the plate at the point of application. Referring to Figure 9B. In Figure 9C, the deformable device 29 has rocked into its second stable position. The force F is directed in the direction of the desired swing to the other stable position. The deformable device can be deformed according to several modes that respond to the laws of elasticity. FIGS. 10A, 10B, 10C illustrate three possible modes of deformation of a thin beam P rigidly fixed at its two ends. Mode 1
(figure 10A) et le mode 3 (figure 10C) sont associés à des déplacements perpendiculaires de la région médiane de la poutre tandis que le mode 2 (figure 10B) fait apparaître un mouvement de rotation de son point milieu. Le mode 1 est obtenu par précontrainte tangentielle .(FIG. 10A) and mode 3 (FIG. 10C) are associated with perpendicular displacements of the median region of the beam while mode 2 (FIG. 10B) reveals a rotational movement of its point. middle. Mode 1 is obtained by tangential prestressing.
Lorsque la plaque 29 bascule de la position de la figure 9A à celle de la figure 9C, elle se déforme selon des modes géométriques de moindre énergie de basculement, c'est-à-dire en suivant le mode 2 puis éventuellement le mode 3.When the plate 29 switches from the position of Figure 9A to that of Figure 9C, it deforms in geometric modes of lower switching energy, that is to say, following mode 2 and possibly mode 3.
Il peut être avantageux de forcer l'apparition du mode 3 en bloquant l'apparition du mode 2. Les avantages du blocage du mode 2 seront précisés plus loin.It may be advantageous to force the appearance of mode 3 by blocking the appearance of mode 2. The advantages of blocking mode 2 will be specified later.
Une manière d'empêcher l'apparition du mode 2 est illustrée sur les figures HA, HB, HC.One way to prevent the appearance of mode 2 is illustrated in Figures HA, HB, HC.
Maintenant le dispositif déformable bistable n'est plus une plaque pleine, il est formé de deux parois 31, 32 principales superposées, fixées l'une à l'autre par une paroi auxiliaire sensiblement centrale 33 s' étendant sensiblement transversalement aux deux parois principales 31, 32. La section du dispositif déformable bistable est sensiblement en H couché. Le dispositif déformable bistable 29 possède deux extrémités 29.2 ancrées sur un support 30, ces extrémités restent fixes lors du basculement d'une position stable à l'autre position stable. La paroi centrale transversale 33 a pour fonction de bloquer tous mouvements tangentiels et donc de bloquer l'apparition du mode 2 pour ne laisser qu'une déformation selon le mode 3. On notera que sur la figure 14, le dispositif déformable a été représenté avec les deux parois principales 31, 32 reliées entre elles au niveau de la fixation de l'élément de percussion 8 par la paroi auxiliaire 33centrale transversale .Now the bistable deformable device is no longer a solid plate, it is formed of two main walls 31, 32 superposed, fixed to one another by a substantially central auxiliary wall 33 extending substantially transversely to the two main walls 31 32. The section of the bistable deformable device is substantially H coated. The bistable deformable device 29 has two ends 29.2 anchored on a support 30, these ends remain fixed when tilting from one stable position to the other stable position. The transverse central wall 33 has the function of blocking all tangential movements and thus blocking the appearance of mode 2 to leave only a deformation according to mode 3. It will be noted that in FIG. 14, the deformable device has been represented with the two main walls 31, 32 interconnected at the level of the attachment of the element of percussion 8 by the transverse auxiliary wall 33centrale.
Sur la figure HA, le dispositif déformable bistable est dans la première position stable avant impact. La figure HB le représente en cours de déformation selon le mode 3, le mode 2 étant bloqué. L'impact correspond à l'application de la force F. La figure HC montre le dispositif déformable bistable après basculement dans la seconde position stable, le basculement étant lié à l'impact.In Figure HA, the bistable deformable device is in the first stable position before impact. Figure HB shows it being deformed in mode 3, mode 2 being blocked. The impact corresponds to the application of the force F. FIG. HC shows the bistable deformable device after tilting in the second stable position, the tilting being linked to the impact.
Il est préférable, que le dispositif déformable bistable soit asymétrique de manière qu' il passe plus facilement de la première position stable à la seconde position stable que l'inverse. Cela signifie que la force nécessaire pour engendrer le basculement de la première position stable à la seconde est plus petite que la force nécessaire pour engendrer le basculement de la seconde position stable à la première . Afin de décrire plus en détail cette particularité, on se réfère à la figure 12 qui illustre les paramètres définissant une poutre bistable P, ancrée à ses deux extrémités. Pour être bistable, la poutre P est initialement courbée ou flambée dans sa première position stable. Cette poutre P a une longueur L, une épaisseur t. On lui applique une force F en un point d'abscisse x=L/2. On a représenté d'une part la poutre P dans sa première position stable référencée I et en cours de déformation selon le mode 2 (référencée II) . Le point d'application de la force F s'est déplacé, lors de la déformation, d'une distance d entre les deux positions I et II.It is preferable that the bistable deformable device is asymmetrical so that it passes more easily from the first stable position to the second stable position than the reverse. This means that the force required to cause the first stable position to shift to the second is smaller than the force required to cause the second stable position to shift to the first. In order to describe this particularity in more detail, reference is made to FIG. 12 which illustrates the parameters defining a bistable beam P anchored at its two ends. To be bistable, the beam P is initially curved or flamed in its first stable position. This beam P has a length L, a thickness t. A force F is applied to it at a point of abscissa x = L / 2. On the one hand, the beam P is shown in its first stable position referenced I and being deformed according to mode 2 (referenced II). The point of application of Force F was displaced, during the deformation, a distance d between the two positions I and II.
La figure 13 montre la courbe liant la force F au déplacement d du point d'application de la force F sur la poutre P de la figure 12, se déformant selon le mode 3. Le fait que la poutre P est bistable se traduit par le fait qu'à partir d'un certain déplacement dtop dû à une force d' actionnement Ftop, la force de résistance à la compression décroît plus vite que n'augmente la force de résistance à la flexion de la poutre P, ce qui engendre d'une part, une constante de raideur dynamique négative sur une partie de la courbe, d'autre part, l'existence d'un déplacement particulier dmid à partir duquel il n'est plus nécessaire d'appliquer la force pour que la poutre P bascule jusqu'à l'autre position stable dans laquelle le déplacement est dend. L'asymétrie recherchée est caractérisée par le fait que, la force Fbot nécessaire pour refaire basculer la poutre dans la première position stable est différente de Ftop ou que le déplacement dmid est différent de (dend - dmid) /2, c'est-à-dire que le déplacement pour lequel la force est positive est différent de la profondeur de déformation pour laquelle la force est négative. II existe différentes façons de créer au niveau du dispositif déformable bistable l'asymétrie. Cela peut se faire par exemple en courbant une plaque par emboutissage ou par moulage dans un moule courbe. Il n'est pas nécessaire de la précontraindre latéralement pour obtenir la bistabilité. Le dispositif déformable bistable à double paroi courbe des figures 11 présente l'avantage d'être asymétrique avec des forces de basculement différentes selon que le basculement se fait dans un sens ou dans l'autre. L'asymétrie vient du fait que la double paroi est courbée à la construction et qu'elle n'est pas soumise à une précontrainte latérale.FIG. 13 shows the curve linking the force F to the displacement d of the point of application of the force F on the beam P of FIG. 12, which deforms according to the mode 3. The fact that the beam P is bistable results in the In fact, after a certain displacement due to a Ftop actuating force, the compressive strength decreases faster than the flexural strength of the beam P increases, which causes on the one hand, a negative dynamic stiffness constant on a part of the curve, on the other hand, the existence of a particular displacement dmid from which it is no longer necessary to apply the force so that the beam P switches to the other stable position in which the displacement is dend. The asymmetry sought is characterized by the fact that the force Fbot necessary to reshape the beam in the first stable position is different from Ftop or that the displacement dmid is different from (dend - dmid) / 2, ie that is, the displacement for which the force is positive is different from the deformation depth for which the force is negative. There are different ways to create asymmetry at the bistable deformable device. This can be done for example by curving a plate by stamping or by molding in a curved mold. It is not necessary to prestress it laterally to obtain the bistability. The curved double-wall bistable deformable device of FIGS. 11 has the advantage of being asymmetrical with different tilting forces depending on whether the tilting is in one direction or the other. The asymmetry comes from the fact that the double wall is curved at the construction and is not subjected to lateral prestressing.
Dans le mode 2, c'est le centre du dispositif déformable bistable qui est déformé. Or l'élément de percussion 8 est placé sensiblement au centre du dispositif déformable bistable. Il est donc préférable de travailler suivant le mode 2.In mode 2, it is the center of the bistable deformable device that is deformed. Or the percussion element 8 is placed substantially in the center of the bistable deformable device. It is therefore preferable to work in mode 2.
Nous allons décrire un peu plus en détails un exemple non limitatif d'un résonateur acoustique 9. La figure 5 montre une vue en coupe d'un résonateur acoustique 9 couplé à deux transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2 en vis-à-vis et qui le prennent en sandwich à sa périphérie. Le résonateur acoustique 9 a deux faces principales en cuvette 9.0 sensiblement coniques, les cônes étant opposés par leur sommet. Les deux cônes ont sensiblement le même angle au sommet. Il a une symétrie centrale, il a un bord circulaire. Les sommets des cônes sont au centre du cercle. La zone de percussion 9.1 percutée par l'élément de percussion (non représenté) est le centre du cercle. Ainsi, la zone de percussion 9.1 se trouve à l'endroit de moindre épaisseur du résonateur acoustique 9. De la sorte, les forts déplacements verticaux engendrés dans cette zone de percussion 9.1 de moindre épaisseur sont transmis radialement vers la périphérie jusqu'aux transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2. L'onde en impulsion engendrée par l'impact se propage radialement et est ensuite détectée simultanément par les transducteurs 10.1, 10.2. La propriété d' antisymétrie de la composante de déplacement mécanique normale par rapport au plan médian du résonateur acoustique 9 permet de sommer les effets de l'onde pourvu que les connexions électriques soient orientées et connectées de façon appropriée.We will describe a little more in detail a non-limiting example of an acoustic resonator 9. FIG. 5 shows a sectional view of an acoustic resonator 9 coupled to two piezoelectric transducers 10.1, 10.2 facing each other and which sandwich on its periphery. The acoustic resonator 9 has two main faces 9.0 substantially conical bowl, the cones being opposed by their apex. The two cones have substantially the same angle at the top. It has a central symmetry, it has a circular edge. The tops of the cones are in the center of the circle. The percussion area 9.1 struck by the percussion element (not shown) is the center of the circle. Thus, the percussion zone 9.1 is located at the thinner point of the acoustic resonator 9. In this way, the strong vertical displacements generated in this percussion zone 9.1 of lesser thickness are transmitted radially towards the periphery as far as the piezoelectric transducers. 10.1, 10.2. The pulse wave generated by the impact propagates radially and is then simultaneously detected by the transducers 10.1, 10.2. The property of antisymmetry of the component of normal mechanical displacement with respect to the median plane of the acoustic resonator 9 makes it possible to sum the effects of the wave provided that the electrical connections are orientated and connected in an appropriate manner.
De manière plus générale, le résonateur acoustique 9 pourrait ne pas avoir cette forme biconique tout en conservant une épaisseur variable, plus faible au niveau de la zone de percussion et plus épaisse au niveau de la zone de couplage avec le ou les transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2. Les deux cuvettes 9.0 se terminent par un bord 9.2 sensiblement plan, les deux bords 9.2 plan étant sensiblement parallèles. Les transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2 de forme annulaire sont en contact avec ces bords 9.2 sensiblement plan. Le résonateur acoustique 9 comporte en périphérie un épaulement 23 d'épaisseur faible par rapport à l'épaisseur du résonateur acoustique à sa périphérie. L' épaulement 23 est destiné à assurer le maintien mécanique du résonateur acoustique 9 par rapport au châssis 15. Cet épaulement 23 peut être situé au niveau du plan de symétrie du résonateur acoustique 9. Les pertes sont limitées car le résonateur acoustique est maintenu au niveau de son plan de symétrie. Chaque transducteur piézoélectrique 10.1,More generally, the acoustic resonator 9 could not have this biconical shape while maintaining a variable thickness, lower at the area of percussion and thicker at the coupling zone with the piezoelectric transducer or 10.1, 10.2. The two cuvettes 9.0 end with a substantially flat edge 9.2, the two 9.2 plane edges being substantially parallel. The annular piezoelectric transducers 10.1, 10.2 are in contact with these substantially plane edges 9.2. The acoustic resonator 9 comprises at the periphery a shoulder 23 of small thickness relative to the thickness of the acoustic resonator at its periphery. The shoulder 23 is intended to ensure the mechanical retention of the acoustic resonator 9 relative to the frame 15. This shoulder 23 may be located at the plane of symmetry of the acoustic resonator 9. The losses are limited because the acoustic resonator is maintained at the level of the acoustic resonator 9. of his plane of symmetry. Each piezoelectric transducer 10.1,
10.2 est doté d'un bloc de matériau piézoélectrique qui coopère avec une paire d'électrodes disjointes el, e2 aux bornes desquelles apparaît une différence de potentiel. Ces électrodes el, e2 sont en contact avec une même face du bloc de matériau piézoélectrique. Une des électrodes el occupe presque toute la circonférence de l'anneau, et l'autre, référencée e2, de forme demi circulaire est placée au bord de l'anneau. C'est la différence de potentiel entre ces deux électrodes el, e2 qui fournit l'énergie électrique devant être utilisée par un dispositif utilisateur (non représenté) . Dans l'exemple de la figure 5, les transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2 sont montés en parallèle, plus précisément en antiparallèle car ils ont des vecteurs de polarisation de même direction, mais de sens opposés. Ces vecteurs sont illustrés par les flèches sur la figure 5. Les transducteurs piézoélectriques 10.1, 10.2 récupèrent ainsi l'énergie en phase. Les transducteurs 10.1, 10.2 peuvent convertir en signal électrique des ondes de flexion issues du résonateur acoustique 9. Le signal électrique délivré par le transducteur piézoélectrique 10.1 est noté Al (t) , et celui par le transducteur piézoélectrique 10.2 est noté A2 (t) .10.2 is provided with a block of piezoelectric material which cooperates with a pair of disjoint electrodes el, e2 across which appears a potential difference. These electrodes el, e2 are in contact with the same face of the block of piezoelectric material. One of the electrodes el occupies almost the entire circumference of the ring, and the other, referenced e2, of semicircular shape is placed at the edge of the ring. It is the potential difference between these two electrodes el, e2 which supplies the electrical energy to be used by a user device (not shown). In the example of Figure 5, the piezoelectric transducers 10.1, 10.2 are connected in parallel, more precisely in antiparallel because they have polarization vectors in the same direction, but in opposite directions. These vectors are illustrated by the arrows in FIG. 5. The piezoelectric transducers 10.1, 10.2 thus recover the energy in phase. The transducers 10.1, 10.2 can convert bending waves from the acoustic resonator 9 into an electrical signal. The electrical signal delivered by the piezoelectric transducer 10.1 is denoted by Al (t), and that by the piezoelectric transducer 10.2 is denoted by A2 (t).
On peut bien sûr envisager que les transducteurs piézoélectriques soient montés en série au lieu d'être montés en parallèle. Un montage en parallèle permet d'obtenir un courant relativement fort tout en maintenant une tension constante, par exemple pour alimenter un circuit électronique. Un montage en série permet d'obtenir une tension relativement élevée, par exemple pour produire une étincelle et fonctionner en mode éclateur. Cela permet de réaliser des éclateurs de faible encombrement et ayant une faible profondeur de course.It is of course conceivable that the piezoelectric transducers are connected in series instead of being connected in parallel. A parallel connection makes it possible to obtain a relatively strong current while maintaining a constant voltage, for example to supply an electronic circuit. A series connection makes it possible to obtain a relatively high voltage, for example to produce a spark and to operate in spark gap mode. This makes it possible to produce small space-saving spark gaps with a small stroke depth.
La figure 6 représente en trois dimensions le résonateur acoustique et les transducteurs piézoélectriques de la figure 5.FIG. 6 represents in three dimensions the acoustic resonator and the piezoelectric transducers of FIG. 5.
L'angle de chaque cône est choisi pour ajuster la fréquence de résonance. En effet la vitesse de phase moyenne des ondes dépend de l'angle du cône. De façon générale, la fréquence de résonance optimale, c'est-à-dire celle correspondant au rendement de conversion maximal, varie en sens inverse de la durée de percussion de l'élément de percussion avec le résonateur acoustique. Par exemple, lors de longs impacts dus à la chute de gouttes d'eau ou avec des éléments de percussion lourds, il est intéressant d'utiliser un résonateur acoustique 9 de faible épaisseur dans la zone de percussion ou de faible angle au sommet. En effet dans ce cas, la vitesse de phase moyenne est plus faible, ce qui entraine, à diamètre constant, une diminution de la fréquence de résonance radiale selon un mode antisymétrique.The angle of each cone is chosen to adjust the resonance frequency. Indeed, the average wave speed of the waves depends on the angle of the cone. In general, the optimal resonance frequency, that is to say that corresponding to the maximum conversion efficiency, varies in the opposite direction to the duration of percussion of the percussion element with the acoustic resonator. For example, during long impacts due to the drop of drops of water or with heavy percussion elements, it is advantageous to use an acoustic resonator 9 of small thickness in the area of percussion or low angle at the top. Indeed, in this case, the average phase velocity is lower, which causes, at constant diameter, a reduction of the radial resonance frequency in an antisymmetric mode.
La figure 7 représente un résonateur acoustique 9 similaire à celui de la figure 5. Il coopère maintenant avec deux transducteurs piézoélectriques par face, chacun ayant la forme d'un demi-anneau. Les transducteurs piézoélectriques d'une face sont référencés 10.1a, 10.1b et ceux de l'autre face sont référencés 10.2a, 10.2b. Dans cet exemple, les transducteurs piézoélectriques sont montés en série par paire, dans une paire l'un des transducteurs piézoélectriques appartient à une face et l'autre à l'autre face. L'une des paires est formée des transducteurs piézoélectriques 10.1a et 10.2a et l'autre paire des transducteurs piézoélectriques 10.1b et 10.2b. Les deux paires sont montées en série. Les vecteurs de polarisation des quatre transducteurs piézoélectriques, représentés par les flèches sur la figure 7, sont orientés de manière symétrique par rapport au plan médian du résonateur acoustique, ce qui a pour effet d'additionner les tensions produites aux bornes des quatre transducteurs piézoélectriques montés en série lorsqu'un un mode acoustique de flexion est engendré dans la zone de percussion du résonateur acoustique biconique. La figure 8 montre en trois dimensions, l'ensemble résonateur acoustique-transducteurs piézoélectriques de la figure 7. Sur cette figure, les électrodes des transducteurs piézoélectriques 10.1a, 10.1b sont visibles. Elles sont référencées ela, e2a pour le transducteur piézoélectrique 10.1a et elb, e2b pour le transducteur piézoélectrique 10.1b. Les transducteurs piézoélectriques en vis-à-vis, chacun sur une face du résonateur acoustique 9 sont connectés en série, ils forment un ensemble série et les deux ensembles série sont également connectés en série. Un mode de flexion, engendré sensiblement au centre du résonateur acoustique par une percussion, est ainsi converti de manière additive par les transducteurs piézoélectriques 10.1a, 10.1b, 10.2a, 10.2b. Cela est obtenu en orientant convenablement les vecteurs de polarisation de chaque transducteur piézoélectrique comme indiqué sur la figure 7.FIG. 7 represents an acoustic resonator 9 similar to that of FIG. 5. It now cooperates with two piezoelectric transducers per face, each having the form of a half-ring. The piezoelectric transducers of one face are referenced 10.1a, 10.1b and those of the other face are referenced 10.2a, 10.2b. In this example, the piezoelectric transducers are connected in series in pairs, in a pair one of the transducers piezoelectric belongs to one side and the other to the other side. One of the pairs is formed of piezoelectric transducers 10.1a and 10.2a and the other pair of piezoelectric transducers 10.1b and 10.2b. Both pairs are connected in series. The polarization vectors of the four piezoelectric transducers, represented by the arrows in FIG. 7, are oriented symmetrically with respect to the median plane of the acoustic resonator, which has the effect of adding up the voltages produced across the four mounted piezoelectric transducers. in series when an acoustic bending mode is generated in the percussion zone of the biconical acoustic resonator. FIG. 8 shows, in three dimensions, the acoustic resonator-piezoelectric transducer assembly of FIG. 7. In this figure, the electrodes of the piezoelectric transducers 10.1a, 10.1b are visible. They are referenced ela, e2a for the piezoelectric transducer 10.1a and elb, e2b for the piezoelectric transducer 10.1b. The piezoelectric transducers vis-à-vis, each on one side of the acoustic resonator 9 are connected in series, they form a series and the two sets series are also connected in series. A bending mode, generated substantially in the center of the acoustic resonator by a percussion, is thus converted additively by the piezoelectric transducers 10.1a, 10.1b, 10.2a, 10.2b. This is achieved by properly orienting the vectors of polarization of each piezoelectric transducer as shown in FIG.
Par exemple sur la figure 7, le transducteur 10.1b, a un vecteur de polarisation Pl orienté vers le haut. Le transducteur 10.1a a son vecteur de polarisation P3 orienté vers le haut parallèlement à Pl. Le transducteur 10.2ba son vecteur de polarisation P2 orienté vers le bas. Le transducteurFor example, in FIG. 7, the transducer 10.1b has a polarization vector P1 facing upwards. The transducer 10.1a has its polarization vector P3 facing upwards parallel to P1. The transducer 10.2 has its biasing vector P2 downwards. The transducer
10.2a a son vecteur de polarisation P4 orienté vers le bas parallèlement à P2.10.2a has its polarization vector P4 facing down parallel to P2.
Dans ce montage les transducteurs sont reliés en série. Si on note Al (t) , A3 (t) , A2 (t) et A4 (t) les tensions respectives aux bornes des électrodes des transducteurs piézoélectriques 10.1b, 10.1a, 10.2b, 10.2a du fait de l'orientation des vecteurs de polarisation, on a : A4 (t)=-A3 (t) A2(t)=-Al(t)In this arrangement the transducers are connected in series. If we denote Al (t), A3 (t), A2 (t) and A4 (t) the respective voltages across the electrodes of the piezoelectric transducers 10.1b, 10.1a, 10.2b, 10.2a because of the orientation of the vectors of polarization, we have: A4 (t) = - A3 (t) A2 (t) = - Al (t)
Comme les transducteurs sont reliés en série le signal de sortie A(t) est :As the transducers are connected in series the output signal A (t) is:
A(t) = Al (t) -A2 (t)+A3 (t) -A4 (t) A(t) = 2xAl (t)+ 2xA3 (t)A (t) = Al (t) -A2 (t) + A3 (t) -A4 (t) A (t) = 2xAl (t) + 2xA3 (t)
Du fait de la symétrie du montage on a alors : A(t) = 4xAl (t)Due to the symmetry of the assembly we have then: A (t) = 4xAl (t)
Dans ce montage la tension de sortie est donc quatre fois plus élevée que dans un montage conventionnel à un seul transducteur piézoélectrique. Par contre le courant disponible qui est proportionnel à la surface du transducteur piézoélectrique est moitié moins grand pour chaque demi-anneau par rapport à un anneau complet. Chaque demi-anneau se comporte comme une source de tension, elle est en série avec les autres sources de tension. La source de tension totale, constituée par les quatre demi-anneaux en série fournit deux fois moins de courant que dans le cas d'un anneau seul. Au total, la puissance fournie par deux anneaux est le double de la puissance fournie par un anneau seul que le montage soit en série ou en parallèle. Ceci suppose que chaque anneau ne pompe et ne convertit qu'une partie de l'énergie stockée dans le volume du résonateur acoustique.In this arrangement the output voltage is thus four times higher than in a conventional mounting to a single piezoelectric transducer. On the other hand, the available current which is proportional to the surface of the piezoelectric transducer is half less for each half-ring than complete ring. Each half-ring behaves like a voltage source, it is in series with other voltage sources. The total voltage source, consisting of the four half-rings in series provides half the current as in the case of a single ring. In total, the power provided by two rings is twice the power provided by a single ring that the assembly is in series or in parallel. This assumes that each ring pumps and converts only a portion of the stored energy into the volume of the acoustic resonator.
Il est bien sûr possible d'augmenter encore le nombre de paires d'électrodes et/ou la surface des transducteurs piézoélectriques, afin d'optimiser la puissance disponible en tension ou en courant et le rendement de conversion piézoélectrique. Le choix de ce nombre et/ou de cette surface dépend essentiellement de l'application visée. Il en est de même pour le choix des montages en série et/ou en parallèle des transducteurs piézoélectriques.It is of course possible to further increase the number of electrode pairs and / or the surface of the piezoelectric transducers, in order to optimize the power available in voltage or current and the piezoelectric conversion efficiency. The choice of this number and / or this surface depends essentially on the intended application. It is the same for the choice of mounting series and / or parallel piezoelectric transducers.
Chaque cellule de conversion C peut également comprendre un circuit 37 de traitement du signal délivré par les transducteurs 10. On se référera à la figure 4B. Ce circuit de traitement est généralement formé d'un pont redresseur à diodes 48 conventionnel qui permet de redresser le signal délivré par les transducteurs piézoélectriques 10, ce circuit redresseur 48 est généralement connecté à un condensateur réservoir 49 qui permet de stocker et de lisser l'énergie électrique ainsi produite. Ce circuit de traitement 37 peut être logé, dans l'espace libre 50 aménagé entre le résonateur acoustique 9 et le fond 11.1 du caisson 11, par exemple. Sur la figure 4B, l'espace libre 50 est indiqué, mais le circuit de traitement 37 est représenté hors de cet espace libre 50, sinon il ne serait pas visible. Pour utiliser l'énergie électrique convertie par la cellule de conversion C, on branche un dispositif utilisateur U aux bornes du circuit de traitement 37, dans l'exemple aux bornes du condensateur réservoir 49 en intercalant éventuellement un régulateur de tension et un microcontrôleur. Ces derniers ne sont pas représentés. Le régulateur a un intérêt notamment lorsque le résonateur acoustique est soumis à des impacts répétés. En effet, le condensateur réservoir a en général une capacité bien plus élevée que la capacité statique du transducteur piézoélectrique afin que la charge électrique fournie par le transducteur piézoélectrique soit transférée dans le condensateur réservoir et corresponde à une plus basse tension de sortie disponible en sortie du condensateur réservoir. En cas d'impacts répétés à une cadence élevée, la tension disponible aux bornes du condensateur réservoir augmente lors des premiers impacts jusqu'à ce que la vitesse de charge soit compensée par la vitesse de décharge du condensateur réservoir .Each conversion cell C may also comprise a circuit 37 for processing the signal delivered by the transducers 10. Referring to FIG. 4B. This processing circuit is generally formed of a conventional diode rectifier bridge 48 which makes it possible to rectify the signal delivered by the piezoelectric transducers 10, this rectifier circuit 48 is generally connected to a reservoir capacitor 49 which makes it possible to store and smooth the electrical energy thus produced. This processing circuit 37 can be housed in the free space 50 arranged between the acoustic resonator 9 and the bottom 11.1 of the box 11, for example. In FIG. 4B, the free space 50 is indicated, but the processing circuit 37 is shown outside this free space 50, otherwise it would not be visible. In order to use the electrical energy converted by the conversion cell C, a user device U is connected to the terminals of the processing circuit 37, in the example at the terminals of the reservoir capacitor 49, possibly by intercalating a voltage regulator and a microcontroller. These are not represented. The regulator is of interest especially when the acoustic resonator is subjected to repeated impacts. Indeed, the reservoir capacitor generally has a much higher capacitance than the static capacitance of the piezoelectric transducer so that the electric charge supplied by the piezoelectric transducer is transferred into the reservoir capacitor and corresponds to a lower output voltage available at the output of the piezoelectric transducer. capacitor tank. In case of repeated impacts at a high rate, the voltage available across the tank capacitor increases during the first impacts until the charging speed is compensated by the discharge rate of the reservoir capacitor.
Si on veut disposer d'étincelles, on branchera en tant que dispositif utilisateur U deux électrodes en pointe aux bornes du condensateur réservoir 49 comme illustré à la figure 4B. En variante, il est possible de se passer du circuit redresseur et de connecter directement un dispositif utilisateur en sortie des transducteurs piézoélectriques . La capacité du condensateur réservoir 49 est choisie en fonction de l'énergie de la percussion d'une part, et de la tension de sortie crête par percussion, désirée aux bornes du condensateur réservoir 49 en sortie, d'autre part. Par exemple, pour une tension de sortie de 2V pendant au moins 50 ms, la capacité du condensateur peut être choisie de l'ordre de 10 μF.If we want to have sparks, we will connect as user device U two pointed electrodes across the capacitor tank 49 as shown in Figure 4B. As a variant, it is possible to dispense with the rectifier circuit and to directly connect a user device at the output of the piezoelectric transducers. The capacitance of the reservoir capacitor 49 is chosen as a function of the energy of the percussion on the one hand, and the percussive peak output voltage, desired at the terminals of the outlet capacitor 49, on the other hand. For example, for an output voltage of 2V for at least 50 ms, the capacity of the capacitor can be chosen of the order of 10 μF.
Comme les impacts au niveau du mécanisme de percussion 6 peuvent être répétés, la tension de sortie aux bornes du condensateur réservoir 49 peut atteindre une valeur limite. Cette situation est obtenue pour des fréquences d'impacts élevées. Compte tenu des dimensions de la cellule de conversion C, de l'inertie, des courses envisagées, et du mode d'opération, cette fréquence d'impacts est limitée à une centaine d'impacts par seconde lorsque, par exemple, il s'agit du vent qui exerce une force excitatrice sur la cellule de conversion C, alors qu'elle est limitée à quelques impacts par seconde lorsqu'il s'agit d'un opérateur humain qui exerce la force excitatrice.Since the impacts at the percussion mechanism 6 can be repeated, the output voltage across the reservoir capacitor 49 can reach a limiting value. This situation is obtained for high impact frequencies. Given the dimensions of the conversion cell C, the inertia, the races envisaged, and the mode of operation, this frequency of impacts is limited to a hundred impacts per second when, for example, it is is the wind that exerts an exciter force on the conversion cell C, while it is limited to a few impacts per second when it is a human operator who exerts the excitatory force.
Sur la figure 14, on a représenté une cellule de conversion C apte à fonctionner en mode antisymétrique. Elle comporte un seul résonateur acoustique 9 mais deux mécanismes de percussion 6, 6' , prenant en sandwich le résonateur acoustique 9. Le résonateur acoustique 9 est dans ce cas symétrique par rapport à son plan médian. On a représenté un nombre pair de transducteurs piézoélectriques 10 qui sont répartis de part et d'autre du résonateur acoustique 9. Le résonateur acoustique 9 est représenté d'épaisseur sensiblement constante dans la zone de percussion et dans la zone de couplage avec les transducteurs piézoélectriques 10. On aurait bien sûr pu le représenter d'épaisseur variable, biconique par exemple. Le dispositif déformable 7 de chacun des mécanismes de percussion 6 est représenté bistable avec une section en forme de H, c'est-à-dire formé de deux parois principales superposées et rigidement reliée l'une à l'autre par une cloison auxiliaire disposée dans une zone centrale des deux parois superposées. Avec un résonateur acoustique 9 d'épaisseur constante, c'est son épaisseur qui fixe sa fréquence de résonance. L'épaisseur et/ou le diamètre du résonateur acoustique 9 est choisi également en fonction de la durée du contact avec l'élément de percussion 8 lors de la percussion. Plus l'épaisseur est faible et le diamètre grand, plus la vitesse de phase chute et plus la fréquence de résonance radiale selon un mode antisymétrique diminue. Un résonateur acoustique de faible épaisseur est plus adapté aux chocs basse fréquence, c'est-à-dire de longue durée d'impact, comme ceux apportés par des gouttes d'eau ou de grosses billes .In FIG. 14, there is shown a conversion cell C able to operate in antisymmetric mode. It comprises a single acoustic resonator 9 but two percussion mechanisms 6, 6 ', sandwiching the acoustic resonator 9. The acoustic resonator 9 is in this case symmetrical by compared to its median plane. There is shown an even number of piezoelectric transducers 10 which are distributed on either side of the acoustic resonator 9. The acoustic resonator 9 is represented of substantially constant thickness in the percussion zone and in the coupling zone with the piezoelectric transducers 10. One could have represented it of variable thickness, biconical for example. The deformable device 7 of each of the percussion mechanisms 6 is shown bistable with a H-shaped section, that is to say formed of two superimposed main walls and rigidly connected to one another by an auxiliary partition arranged in a central zone of the two superimposed walls. With an acoustic resonator 9 of constant thickness, it is its thickness that sets its resonance frequency. The thickness and / or the diameter of the acoustic resonator 9 is also chosen as a function of the duration of the contact with the percussion element 8 during the percussion. The smaller the thickness and the larger the diameter, the lower the phase velocity and the lower the radial resonance frequency in an antisymmetric mode. A thin acoustic resonator is more suitable for low-frequency shocks, that is to say long-lasting impact, such as those provided by drops of water or large balls.
Sur cette figure 14, on a représenté un transducteur piézoélectrique 14 sur chaque face principale du résonateur acoustique 9. Ces transducteurs piézoélectriques peuvent être connectés à un circuit de traitement comme illustré à la figure 4B.In this FIG. 14, there is shown a piezoelectric transducer 14 on each main face of the acoustic resonator 9. Piezoelectric transducers may be connected to a processing circuit as shown in Figure 4B.
Les dispositifs déformables 7 des deux mécanismes de percussion 6, 6' peuvent avoir des seuils de basculement différents ou bien des courses différentes de façon que les percussions se fassent alternativement, mais avec un intervalle de temps au moins égal à la constante d'amortissement de la résonance fondamentale du résonateur acoustique 9. Ainsi une percussion provoquée par un des mécanismes de percussion 6 ne vient pas interférer avec la résonance créée par une percussion provoquée peu de temps avant par l'autre mécanisme de percussion 6' .The deformable devices 7 of the two percussion mechanisms 6, 6 'may have different tilting thresholds or different strokes so that the percussions are done alternately, but with a time interval at least equal to the damping constant of the fundamental resonance of the acoustic resonator 9. Thus a percussion caused by one of the percussion mechanisms 6 does not interfere with the resonance created by a percussion caused shortly before by the other percussion mechanism 6 '.
Le décalage temporel entre les deux mécanismes de percussion 6, 6' sera choisi, de préférence, inférieur à la constante de temps de décharge d'un condensateur réservoir 49 qui serait connecté aux résonateurs piézoélectriques comme illustré sur la figure 4B. L'exemple de la figure 14 ne comporte ni membrane de protection, ni mécanisme de réarmement mais bien sûr on pourrait les prévoir ensemble ou séparément. Il n'y a pas non plus de caisson avec un fond mais deux châssis 15, 15' assemblés l'un à l'autre en prenant en pince l'épaulement 23 situé sur le plan médian du résonateur acoustique 9.The time offset between the two percussion mechanisms 6, 6 'will be chosen, preferably, less than the discharge time constant of a reservoir capacitor 49 which would be connected to the piezoelectric resonators as illustrated in Figure 4B. The example of Figure 14 has no protective membrane or reset mechanism but of course we could predict them together or separately. There is also no box with a bottom but two frames 15, 15 'assembled to each other by gripping the shoulder 23 located on the median plane of the acoustic resonator 9.
Nous allons maintenant décrire des applications d'un tel dispositif de conversion d'énergie électrique. Nous verrons qu'il pourra servir soit d'alimentation électrique, soit de stockage, ou même encore d' actionneur . Cette liste d'utilisation n'est pas exhaustive, mais constitue des exemples d'utilisation. L'homme du métier pourra trouver de manière évidente, d'autres utilisations que celles citées . Le dispositif de conversion d'énergie peut être utilisé pour la conversion d'énergie de type éolienne. On réfère aux figures 15 et 16. Dans ce cas, il est possible d'agencer plusieurs cellules de conversion C similaires à celle de la figure 2 en un panneau 51 orienté sensiblement parallèlement à la direction du vent Ve. On connecte les transducteurs piézoélectriques des cellules C en parallèle et les cellules C du panneau entre elles également en parallèle pour augmenter la puissance fournie. Si on dispose de plusieurs panneaux 51, ils peuvent ensuite être agencés en étages superposés pour former des « cubes éoliens », et éventuellement introduits ensemble dans une tuyère 58, afin d'optimiser la prise au vent comme sur la figure 16. De manière générale, lorsque le dispositif de conversion d'énergie objet de l'invention dispose de plusieurs cellules de conversion C, elles peuvent être agencées en série ou en parallèle, ou rester indépendantes en fonction des besoins du dispositif utilisateur avec lequel elles vont coopérer.We will now describe applications of such an electrical energy conversion device. We will see that it can serve as power supply, storage, or even actuator. This list of use is not exhaustive, but is an example of use. Those skilled in the art will obviously find other uses than those mentioned. The energy conversion device can be used for wind energy conversion. Referring to Figures 15 and 16. In this case, it is possible to arrange several conversion cells C similar to that of Figure 2 in a panel 51 oriented substantially parallel to the direction of the wind Ve. The piezoelectric transducers of the C cells are connected in parallel and the C cells of the panel together in parallel to increase the power supplied. If there are several panels 51, they can then be arranged in superimposed layers to form "Aeolian cubes", and possibly introduced together in a nozzle 58, to optimize the windward grip as in Figure 16. Generally speaking when the energy conversion device object of the invention has several conversion cells C, they can be arranged in series or in parallel, or remain independent depending on the needs of the user device with which they will cooperate.
A partir d'une certaine vitesse de vent, le dispositif déformable 7 qui offre une prise au vent dans la position stable de veille, subit une pression suffisante pour basculer dans l'autre position stable, et pour que l'élément de percussion 8 percute le résonateur acoustique 9. Après basculement, la prise au vent cesse, une dépression apparaît et permet le retour du dispositif déformable 7 dans sa position initiale. Du fait de la prise au vent le dispositif déformable 7 bascule à nouveau : le dispositif déformable 7 entre alors en oscillation.From a certain wind speed, the deformable device 7 which offers a wind catch in the stable standby position, undergoes a pressure sufficient to switch to the other stable position, and for the percussion element 8 to strike. the acoustic resonator 9. After tilting, the wind stops, a depression appears and allows the return of the deformable device 7 in its initial position. Due to the wind resistance the deformable device 7 switches again: the deformable device 7 then enters into oscillation.
Pour augmenter la prise au vent du dispositif déformable 7, ainsi que la pression seuil de basculement et donc l'énergie de l'impact, il est possible de pourvoir le dispositif déformable, d'un obstacle 53 dressé face au vent Ve. Cet obstacle peut être une lame découpée partiellement dans le dispositif déformable 7 puis pliée pour être dressée face au vent Ve. Cet obstacle 53 est placé en amont de la zone centrale du dispositif déformable 7 en suivant la direction du vent Ve. Les lames peuvent avoir des longueurs différentes d'une cellule à l'autre de manière à ce que les fréquences d'oscillation soient décalées et que la puissance disponible soit plus stable. Les longueurs différentes sont toutefois assez proches les unes des autres.To increase the wind resistance of the deformable device 7, as well as the tipping threshold pressure and therefore the energy of the impact, it is possible to provide the deformable device with an obstacle 53 raised facing the wind Ve. This obstacle may be a blade partially cut in the deformable device 7 and then folded to be erected facing the wind Ve. This obstacle 53 is placed upstream of the central zone of the deformable device 7 in the direction of the wind Ve. The blades can have different lengths from one cell to another so that the oscillation frequencies are shifted and the available power is more stable. The different lengths are however quite close to each other.
Lorsque ces cellules C sont agencées en panneau comme décrit précédemment, et connectées en parallèle, on augmente la puissance disponible. Ces panneaux 51 peuvent par exemple, être placés sur une toiture de bâtiment.When these cells C are arranged in a panel as described above, and connected in parallel, the available power is increased. These panels 51 may for example be placed on a building roof.
Si le nombre de percussions est de l'ordre cinquante fois par seconde, avec une énergie à transférer à l'impact de l'ordre de 20 mJ par cellule, avec un rendement de conversion de 25% des transducteurs piézoélectriques, des cellules d'un diamètre de l'ordre de 50 mm, et 400 cellules par mètre carré, un panneau 51 de 1 m2, peut délivrer une puissance crête de 100 W. De telles performances sont comparables à celles d'un panneau solaire en silicium polycristallin. L'invention permet d'atteindre une telle puissance car contrairement aux dispositifs connus, elle permet d'utiliser des transducteurs piézoélectriques à haut rendement.If the number of percussions is of the order of fifty times per second, with an energy to be transferred at impact of the order of 20 mJ per cell, with a conversion efficiency of 25% of the piezoelectric transducers, the cells of a diameter of the order of 50 mm, and 400 cells per meter square, a panel 51 of 1 m 2 , can deliver a peak power of 100 W. Such performance is comparable to that of a polycrystalline silicon solar panel. The invention achieves such power because unlike known devices, it allows the use of high-performance piezoelectric transducers.
Un dispositif de conversion tel que décrit dans le premier mode de réalisation peut aussi être utilisé pour convertir l'énergie mécanique liée à la chute d'eau de pluie. C'est l'énergie de la goutte d'eau, qui du fait de sa vitesse, va permettre de faire basculer le dispositif déformable 7. Avantageusement, pour une telle utilisation, l'élément de percussion 8 est une simple déformation du dispositif déformable 7 dans sa zone centrale de manière à faire saillie vers le résonateur acoustique 9. Le mécanisme de percussion 6 est alors choisi pour que sa masse soit de l'ordre de celle d'une goutte d'eau, à savoir, de l'ordre de 0,05 g. En effet avec un tel dimensionnement, il est plus facile de transférer de l'énergie par le biais d'un élément rigide, à savoir l'élément de percussion 8, plutôt qu'une goutte d'eau qui viendrait percuter le résonateur acoustique 9. En outre cela permet d'être maître de la durée d'impact, et donc d'exciter efficacement la résonance fondamentale du résonateur acoustique 9. L'énergie cinétique de l'impact est en résumé confinée dans un spectre d'excitation optimisé pour la bande passante du résonateur acoustique 9. Si le dispositif de conversion selon l'invention est transparent, c'est-à-dire, si la membrane 43 si elle existe, le mécanisme de percussion 6 et le résonateur acoustique 9 des cellules C sont réalisés dans un matériau transparent tel que le verre ou un matériau plastique, il est alors possible de coupler un dispositif de conversion agencé en panneau avec un panneau solaire 42. Le panneau solaire 42 est sous-jacent au dispositif de conversion. L'ensemble obtenu est alors apte à convertir à la fois de l'énergie éolienne et de l'énergie photo voltaïque.A conversion device as described in the first embodiment can also be used to convert the mechanical energy associated with the rainfall. This is the energy of the drop of water, which because of its speed, will allow to tilt the deformable device 7. Advantageously, for such use, the percussion element 8 is a simple deformation of the deformable device 7 in its central zone so as to project towards the acoustic resonator 9. The percussion mechanism 6 is then chosen so that its mass is of the order of that of a drop of water, namely, of the order 0.05 g. Indeed with such a dimensioning, it is easier to transfer energy through a rigid element, namely the percussion element 8, rather than a drop of water that would strike the acoustic resonator 9 Furthermore, it makes it possible to control the duration of impact, and thus to effectively excite the fundamental resonance of the acoustic resonator 9. The kinetic energy of the impact is in short confined in an excitation spectrum optimized for the bandwidth of the acoustic resonator 9. If the conversion device according to the invention is transparent, that is to say, if the membrane 43 if it exists, the percussion mechanism 6 and the acoustic resonator 9 of the C cells are made of a transparent material such as the glass or a plastic material, it is then possible to couple a conversion device arranged in a panel with a solar panel 42. The solar panel 42 is underlying the conversion device. The resulting set is then able to convert both wind energy and photo voltaic energy.
La figure 17 représente un tel ensemble 55. Le dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique comporte quatre cellules C agencées en panneau. Le panneau solaire porte la référence 42. On suppose que dans cet exemple, les quatre cellules C sont déclenchées en même temps grâce à une plaque 56 qui recouvre les éléments déformables (non visibles) des quatre cellules C. Cette plaque 56 est bien entendu, dans cet exemple, transparente.FIG. 17 represents such an assembly 55. The device for converting mechanical energy into electrical energy comprises four cells C arranged in a panel. The solar panel bears the reference 42. It is assumed that in this example, the four C cells are triggered at the same time thanks to a plate 56 which covers the deformable elements (not visible) of the four C cells. This plate 56 is of course, in this example, transparent.
Il est possible d'utiliser le dispositif de conversion objet de l'invention pour la création d'étincelles comme on l'a déjà évoqué en référence à la figure 4B. Dans ce cas la tension de sortie Vs, doit être la plus élevée possible. Il est alors avantageux, d'utiliser plusieurs cellules de conversion C montées en série. Si les cellules de conversion C ont plusieurs transducteurs piézoélectriques, ces derniers sont aussi montés en série comme illustré aux figures 7 et 8. Un des avantages du dispositif de conversion de l'invention est qu'il constitue une source d'alimentation en énergie autonome. Du fait de sa dimension, il permet d'alimenter des capteurs, et évite un raccordement au secteur ou l'utilisation de piles électriques. Les capteurs sont ainsi autonomes. Par exemple, il est possible de placer un dispositif de conversion de l'invention dans une chaussure, de le raccorder à un capteur placé aussi dans la chaussure pour faire un appareil de mesure de type podomètre. L'énergie mécanique utilisée par le dispositif de conversion, est celle induite par la marche.It is possible to use the conversion device object of the invention for the creation of sparks as already mentioned with reference to FIG. 4B. In this case, the output voltage Vs must be as high as possible. It is then advantageous to use a plurality of conversion cells C connected in series. If the conversion cells C have several piezoelectric transducers, the latter are also connected in series as illustrated in FIGS. 7 and 8. One of the advantages of the conversion device of the invention is that it constitutes a autonomous power supply source. Because of its size, it allows to power sensors, and avoids a connection to the mains or the use of batteries. The sensors are thus autonomous. For example, it is possible to place a conversion device of the invention in a shoe, to connect it to a sensor also placed in the shoe to make a pedometer-type measuring device. The mechanical energy used by the conversion device is that induced by walking.
Jusqu'à maintenant lorsque l'on voulait compter le passage de personnes, on logeait dans le sol des capteurs par exemple de type contacteur, ces derniers étaient en permanence alimentés en énergie, même lorsqu'il n'y avait pas de mesure à effectuer, on les maintient dans un mode de veille. On testait régulièrement l'ensemble des capteurs, par exemple plusieurs fois par seconde. Le coût était importantUntil now when we wanted to count the passage of people, we housed in the ground sensors for example contactor type, they were permanently powered, even when there was no measure to perform they are kept in a standby mode. We regularly tested all the sensors, for example several times a second. The cost was important
Maintenant on va pouvoir loger dans le sol ou dans un tapis 36 de quelques millimètres d'épaisseur, au moins un dispositif de conversion d'énergie 38 selon l'invention et lui connecter une grappe de capteurs 35. Le dispositif de conversion comporte un circuit de traitement, non représenté, comme celui qui a été décrit précédemment. On peut prévoir également un microcontrôleur 39 entre les capteurs 35 et le dispositif de conversion 38, les capteurs 35 communiquent avec le microcontrôleur 39. Ainsi le dispositif utilisateur de l'énergie produite est la grappe de capteurs. Par exemple, un tapis 36 peut comporter 256 grappes de 16 capteurs 35 et donc 256 dispositifs de conversion d'énergie 38. Le circuit de traitement peut inclure un condensateur réservoirNow we will be able to lodge in the ground or in a carpet 36 of a few millimeters thick, at least one energy conversion device 38 according to the invention and connect a cluster of sensors 35. The conversion device comprises a circuit treatment, not shown, as that described above. A microcontroller 39 can also be provided between the sensors 35 and the conversion device 38, the sensors 35 communicate with the microcontroller 39. Thus, the user device of the energy produced is the sensor cluster. For example, a carpet 36 may comprise 256 clusters of 16 sensors 35 and therefore 256 energy conversion devices 38. The processing circuit may include a reservoir capacitor
(non représenté) comme on l'a déjà évoqué. La figure 18 représente un tel tapis dont la surface peut être de l'ordre d'un ou plusieurs mètres carrés. Ce tapis 36 permet de compter un nombre de personne passant par un couloir, dans un bus, le métro, sur une allée, sur un trottoir, etc. Il permet en outre de mesurer leur poids, leur sens de marche, ou leur vitesse, par exemple si les capteurs 35 sont appropriés. Les capteurs 35 peuvent être piézo-résistifs ou piézo- capacitifs, par exemple. Leur résistance ou leur capacité respectivement varie suivant la pression qui s'exerce sur eux. Le dispositif de conversion 38 délivre de l'énergie au circuit de traitement et donc au microcontrôleur 39 et aux capteurs 35 lorsqu'une pression s'applique sur lui, par exemple lorsqu'une personne marche sur le tapis 36. C'est cette même pression, qui est acquise par un ou plusieurs capteurs 35. Les capteurs 35 ne sont donc alimentés que lorsqu'une mesure est réalisée. Une zone du tapis 36 peut très bien être alimentée alors qu'une autre non. Cela permet notamment d'allonger la durée de vie des capteurs 35, dans la mesure où seuls les capteurs actifs sont alimentés. Les microcontrôleurs 39 peuvent communiquer avec un dispositif de réception 37 des mesures réalisées par les capteurs (non représenté) via un dispositif de communication 40 sans fil. Le dispositif de communication 40 et le dispositif de réception 37 peuvent utiliser pour communiquer le protocole de communication ZigBee, qui est bien adapté à ce genre de mesure sans fil.(not shown) as already mentioned. Figure 18 shows such a carpet whose surface may be of the order of one or more square meters. This carpet 36 can count a number of people passing through a corridor, in a bus, the subway, on an alley, on a sidewalk, etc.. It also makes it possible to measure their weight, their direction of travel, or their speed, for example if the sensors 35 are appropriate. The sensors 35 may be piezoresistive or piezo-capacitive, for example. Their resistance or capacity respectively varies according to the pressure exerted on them. The conversion device 38 delivers energy to the processing circuit and therefore to the microcontroller 39 and to the sensors 35 when pressure is applied to it, for example when a person walks on the carpet 36. It is this same pressure, which is acquired by one or more sensors 35. The sensors 35 are therefore fed only when a measurement is made. One area of the belt 36 can be fed well while another no. This allows in particular to extend the life of the sensors 35, insofar as only the active sensors are powered. Microcontrollers 39 may communicate with a receiver 37 for measurements made by the sensors (not shown) via a wireless communication device 40. The communication device 40 and the receiving device 37 can use to communicate the ZigBee communication protocol, which is well suited to this kind of wireless measurement.
On a réalisé un tapis autonome, auto alimenté, ne consommant pas d'énergie du secteur et communicant sans fil.We realized a self-powered carpet, self-powered, not consuming energy sector and communicating wirelessly.
Ainsi, seules les zones concernées par la mesure sont sollicitées. Cette approche modulaire, permet, qu'en cas de panne, si une zone est endommagée, elle ne viendra pas perturber les autres zones qui restent opérationnelles. La partie endommagée pourra être aisément réparée ou changée. Un autre intérêt d'une telle approche modulaire réside dans la flexibilité sur la taille du tapis 36.Thus, only the areas concerned by the measurement are solicited. This modular approach allows, in case of failure, if an area is damaged, it will not disturb other areas that remain operational. The damaged part can be easily repaired or changed. Another advantage of such a modular approach lies in the flexibility on the size of the carpet 36.
De façon générale, il est possible d'utiliser le dispositif de conversion de l'invention pour alimenter tout type de dispositif utilisateur. Il peut s'agir d'un dispositif de mesure thermomètre digital, d'une balance, d'un pèse personne, ou même d'un actionneur tel une clenche électrique d'une porte etc. Le dispositif de conversion peut servir également de capteur de force ou de pression dans la mesure où le signal électrique qu' il délivre dépend de la force exercée sur lui .In general, it is possible to use the conversion device of the invention to supply any type of user device. It can be a digital thermometer measuring device, a scale, a scale, or even an actuator such as an electric door latch etc. The conversion device can also serve as a force or pressure sensor in that the electrical signal it delivers depends on the force exerted on it.
On va maintenant décrire les caractéristiques et les performances d'une cellule de conversion qui a été testée. Son résonateur acoustique est formé d'un disque d'aluminium à section biconique ayant une épaisseur de 2 mm sur son bord et une épaisseur de 0,2 mm en son centre. Son diamètre vaut 50 mm. Le résonateur acoustique présente une fréquence de résonance centrale de 5,5 kHz, ce qui correspond à une demi-période de 92 microsecondes. Cette demi- période correspond sensiblement à la durée d'un impact réalisé par une bille de 0,25 g ayant un diamètre de 3 mm. Le résonateur acoustique est équipé sur ses faces principales de deux transducteurs piézoélectriques annulaires en PZT. On suppose que l'impact de la bille au centre du résonateur acoustique a lieu avec une vitesse de 4,1 m/s soit 15 km/h et que l'énergie d'impact vaut 2 mJ. Les transducteurs piézoélectriques délivrent une tension de 80 V crête aux bornes d'une charge de 1,2 kΩ en l'absence de pont redresseur. L' impact permet de maintenir la tension supérieure à 2 V pendant plus de 10 ms dans la charge.We will now describe the characteristics and performance of a conversion cell that has been tested. Its acoustic resonator is formed of a biconical section aluminum disc having a thickness of 2 mm at its edge and a thickness of 0.2 mm at its center. Its diameter is 50 mm. The acoustic resonator has a center resonance frequency of 5.5 kHz, which corresponds to a half-period of 92 microseconds. This half-period corresponds substantially to the duration of an impact made by a ball of 0.25 g having a diameter of 3 mm. The acoustic resonator is equipped on its main faces with two annular piezoelectric transducers in PZT. It is assumed that the impact of the ball in the center of the acoustic resonator takes place at a speed of 4.1 m / s or 15 km / h and that the impact energy is 2 mJ. The piezoelectric transducers deliver a voltage of 80 V peak across a 1.2 kΩ load in the absence of a rectifier bridge. The impact keeps the voltage above 2 V for more than 10 ms in the load.
Si on utilise un pont redresseur associé à un condensateur réservoir de 10 micro Farads, on peut obtenir aux bornes du condensateur réservoir une tension de 6 V. On peut brancher aux bornes du condensateur réservoir, comme dispositif utilisateur, un microcontrôleur de faible consommation tel que celui référencé MSP430 de Texas Instrument. Il fonctionne sous 1,8 V et consomme 0,3 mA en mode actif.If a rectifier bridge associated with a tank capacitor of 10 micro Farads is used, a voltage of 6 V can be obtained across the tank capacitor. A low-power microcontroller can be connected to the terminals of the reservoir capacitor as a user device. that referenced MSP430 of Texas Instrument. It operates at 1.8 V and consumes 0.3 mA in active mode.
L'utilisation combinée et en phase de deux transducteurs piézoélectriques annulaires connectés en parallèle permet doubler la puissance électrique restituée. L'énergie totale restituée est de 0,5 mJ, ce qui représente plus de 25% du rendement du premier impact. En comptabilisant deux rebonds successifs de la bille, la restitution d'énergie atteint 31% de l'énergie d'impact. On va lister maintenant certains avantages du dispositif de conversion d'énergie selon l'invention. On peut construire un dispositif à une ou plusieurs cellules, ces cellules étant branchées en série ou en parallèle selon le besoin en tension ou en courant nécessaire. La production d'énergie est quasiment instantanée après l'impact.The combined and in-phase use of two annular piezoelectric transducers connected in parallel makes it possible to double the electric power restored. The total energy returned is 0.5 mJ, which represents more than 25% of the first impact efficiency. By counting two successive bounces of the ball, the restitution of energy reaches 31% of the energy of impact. We will now list some advantages of the energy conversion device according to the invention. It is possible to construct a device with one or more cells, these cells being connected in series or in parallel according to the necessary voltage or current requirement. Energy production is almost instantaneous after the impact.
La puissance et la tension délivrée peuvent être calibrées avec l'utilisation du dispositif déformable monostable ou bistable. Le transfert de l'énergie d'impact au transducteur piézoélectrique est efficace grâce au résonateur acoustique lorsqu' il possède une fonction de transformateur d'impédance.The power and the delivered voltage can be calibrated with the use of the monostable or bistable deformable device. The transfer of the impact energy to the piezoelectric transducer is effective due to the acoustic resonator when it has an impedance transformer function.
Le dispositif de conversion est très robuste car c'est le résonateur acoustique qui reçoit les impacts et pas le transducteur piézoélectrique.The conversion device is very robust because it is the acoustic resonator that receives the impacts and not the piezoelectric transducer.
Le réarmement du mécanisme de percussion peut être très rapide.The resetting of the percussion mechanism can be very fast.
La cadence d'excitation peut être de l'ordre de la centaine de percussions par seconde.The rate of excitation can be of the order of one hundred percussions per second.
Le dispositif de conversion peut être aisément logé au sein d'un substrat souple, par exemple de type tapis. Il possède une épaisseur faible, il peut être étanche. Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. The conversion device can be easily accommodated within a flexible substrate, for example of carpet type. It has a small thickness, it can be waterproof. Although several embodiments of the present invention have been shown and described in detail, it will be understood that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique formé d' au moins une cellule de conversion (C) comportant au moins un mécanisme de percussion (6) incluant un élément de percussion (8) et un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques (10), caractérisé en ce qu'il comporte de plus un résonateur acoustique (9) auquel sont couplés les transducteurs piézoélectriques (10), le mécanisme de percussion (6) comportant en outre un élément déformable (7) ayant au moins deux points d'ancrage opposés et solidaire sensiblement dans une zone centrale de l'élément de percussion (8), l'élément déformable (7) possédant au moins une position stable de veille dans laquelle l'élément de percussion (8) est éloigné du résonateur acoustique (9), le mécanisme de percussion (6) et le résonateur acoustique (9) étant agencés de manière que lorsqu'une force supérieure à un seuil est appliquée sur l'élément déformable (7), il quitte sa position stable de veille en se déformant afin que l'élément de percussion (8) vienne percuter le résonateur acoustique (9) dans une zone de percussion (9.1), pour qu'il entre en résonance et excite les transducteurs piézoélectriques (10) de sorte que l'énergie induite par la force soit transmise indirectement aux transducteurs piézoélectriques (10) afin qu'ils la convertisse en énergie électrique.A device for converting mechanical energy into electrical energy formed of at least one conversion cell (C) having at least one percussion mechanism (6) including a percussion element (8) and one or more piezoelectric transducers (10). ), characterized in that it further comprises an acoustic resonator (9) to which the piezoelectric transducers (10) are coupled, the percussion mechanism (6) further comprising a deformable element (7) having at least two dots anchoring opposing and substantially integral in a central zone of the percussion element (8), the deformable element (7) having at least one stable standby position in which the percussion element (8) is remote from the acoustic resonator ( 9), the percussion mechanism (6) and the acoustic resonator (9) being arranged so that when a force greater than a threshold is applied to the deformable element (7), it leaves its stable position. e standby by deforming so that the percussion element (8) strike the acoustic resonator (9) in a percussion area (9.1), so that it enters into resonance and excites the piezoelectric transducers (10) so that the force-induced energy is indirectly transmitted to the piezoelectric transducers (10) so that it converts it into electrical energy.
2. Dispositif de conversion d'énergie selon la revendication 1, dans lequel l'élément déformable (7) comporte une autre position stable de percussion dans laquelle l'élément de percussion (8) est en contact avec le résonateur acoustique (9) .2. Energy conversion device according to claim 1, wherein the deformable element (7) has another stable percussion position in which the percussion element (8) is in contact with the acoustic resonator (9).
3. Dispositif de conversion d'énergie selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme de percussion (6) a une masse sensiblement égale à celle d'une goutte de pluie moyenne.3. Energy conversion device according to claim 1, wherein the percussion mechanism (6) has a mass substantially equal to that of a mean raindrop.
4. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément déformable (7) est équipé d'un obstacle (53) à la circulation d'un fluide (Ve) tel que le vent, placé en amont de sa zone centrale par rapport à la circulation du fluide.4. Energy conversion device according to one of the preceding claims, wherein the deformable element (7) is equipped with an obstacle (53) to the circulation of a fluid (Ve) such as the wind, placed upstream of its central zone with respect to the circulation of the fluid.
5. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel une membrane de protection (43), située à l'opposé du résonateur acoustique (9) par rapport au mécanisme de percussion (6), protège le mécanisme de percussion (6), une cale (14) solidaire de l'élément déformable (7) étant insérée entre la membrane (43) et l'élément déformable (7), la force s' appliquant sur l'élément déformable (7) lui étant transmise par la membrane (43) et la cale (14) .5. Energy conversion device according to one of claims 1 or 2, wherein a protective membrane (43), located opposite the acoustic resonator (9) relative to the percussion mechanism (6), protects the percussion mechanism (6), a wedge (14) integral with the deformable element (7) being inserted between the membrane (43) and the deformable element (7), the force applying to the deformable element ( 7) being transmitted to it by the membrane (43) and the shim (14).
6. Dispositif de conversion d'énergie selon la revendication 5, dans lequel la membrane (43) est fixée à un châssis (15) support du mécanisme de percussion (6) et du résonateur acoustique (9), le châssis (15) coopérant avec un fond (11.1) pour former un caisson (11) fermé de manière étanche par la membrane de protection (43) .The energy conversion device according to claim 5, wherein the membrane (43) is attached to a frame (15) supporting the percussion mechanism (6) and the acoustic resonator (9), the frame (15) cooperating with a bottom (11.1) to form a box (11) sealingly closed by the protective membrane (43).
7. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les résonateurs piézoélectriques (10) sont situés à distance de la zone de percussion (9.1) du résonateur acoustique (9), à la périphérie du résonateur acoustique (9) .Energy conversion device according to one of the preceding claims, in which the piezoelectric resonators (10) are located at a distance from the percussion zone (9.1) of the acoustic resonator (9) at the periphery of the acoustic resonator ( 9).
8. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lorsqu'il y a deux mécanismes de percussion (6, 6'), ils fonctionnement en alternance, le résonateur acoustique (9) possédant deux zones de percussion (9.1) situées sur deux faces opposées du résonateur acoustique ( 9) .8. Energy conversion device according to one of the preceding claims, wherein when there are two percussion mechanisms (6, 6 '), they operate alternately, the acoustic resonator (9) having two percussion zones (9.1) located on two opposite sides of the acoustic resonator (9).
9. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes dans lequel le résonateur acoustique (9) est d'épaisseur constante ou possède au niveau de la zone de percussion (9.1) une épaisseur plus faible qu'à sa périphérie.9. Energy conversion device according to one of the preceding claims wherein the acoustic resonator (9) is of constant thickness or has at the percussion zone (9.1) a smaller thickness than at its periphery.
10. Dispositif de conversion d'énergie selon la revendication 9, dans lequel le résonateur acoustique (9) a un profil biconique.10. Energy conversion device according to claim 9, wherein the acoustic resonator (9) has a biconical profile.
11. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications 6 à 10, comportant en outre un mécanisme de réarmement automatique (41) avec une ou plusieurs languettes (45) de rappel élastiques, placées entre la membrane (43) et le dispositif déformable (7) et ayant une extrémité libre au niveau de la zone centrale du dispositif déformable (7) et une extrémité ancrée au châssis (15), cette extrémité libre étant destinée à coopérer avec un crochet de rappel11. Energy conversion device according to one of claims 6 to 10, comprising in in addition to an automatic reset mechanism (41) with one or more elastic return tongues (45), placed between the membrane (43) and the deformable device (7) and having a free end at the central zone of the deformable device ( 7) and one end anchored to the frame (15), this free end being intended to cooperate with a return hook
(19) fixé au dispositif déformable (7) .(19) attached to the deformable device (7).
12. Dispositif de conversion d'énergie selon la revendication 11, dans lequel les languettes élastiques (45) présentent une saillie (46) du côté de la membrane de protection (43) .An energy conversion device according to claim 11, wherein the resilient tongues (45) have a protrusion (46) on the side of the protective membrane (43).
13. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les transducteurs piézoélectriques (10) sont reliés à un circuit de traitement (37) avec un redresseur (48) aux bornes duquel est éventuellement connecté un condensateur réservoir (49) .Energy conversion device according to one of the preceding claims, in which the piezoelectric transducers (10) are connected to a processing circuit (37) with a rectifier (48) at the terminals of which a reservoir capacitor ( 49).
14. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément déformable est formé de deux parois (31, 32) principales superposées, fixées l'une à l'autre par une paroi auxiliaire (33) sensiblement centrale s' étendant sensiblement transversalement aux deux parois principales (31, 32) .14. Energy conversion device according to one of the preceding claims, wherein the deformable element is formed of two superimposed main walls (31, 32), fixed to one another by an auxiliary wall (33). substantially central extending substantially transversely to the two main walls (31, 32).
15. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, comportant plusieurs cellules (C) agencées en au moins un panneau (51), lorsqu'il y a plusieurs panneaux ils sont superposés .15. Energy conversion device according to one of the preceding claims, comprising several cells (C) arranged in at least one panel (51), when there are several panels they are superimposed.
16. Dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications 14 ou 15, dans lequel les cellules (C) sont connectées entre elles, en série ou en parallèle.16. Energy conversion device according to one of claims 14 or 15, wherein the cells (C) are connected together, in series or in parallel.
17. Appareil de conversion d'énergie, formé d'un dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications précédentes, et d'un panneau solaire (42), dans lequel, le dispositif de conversion d'énergie est transparent et sus-jacent au panneau solaire (42) .Energy conversion apparatus, formed of a power conversion device according to one of the preceding claims, and a solar panel (42), wherein the energy conversion device is transparent and overlying the solar panel (42).
18. Dispositif de mesure comportant un dispositif de conversion d'énergie (38) selon l'une des revendications 1 à 16, et au moins un capteur (35) alimenté en énergie par le dispositif de conversion d' énergie .18. Measuring device comprising a power conversion device (38) according to one of claims 1 to 16, and at least one sensor (35) supplied with energy by the energy conversion device.
19. Dispositif de mesure selon la revendication 18, dans lequel le dispositif de conversion d'énergie (38) et le capteur (35) sont noyés dans un tapis (36) .19. Measuring device according to claim 18, wherein the energy conversion device (38) and the sensor (35) are embedded in a carpet (36).
20. Dispositif de production d'étincelles comportant un dispositif de conversion d'énergie selon l'une des revendications 1 à 16 et une paire d'électrodes (U) alimentée en énergie par le dispositif de conversion d'énergie. 20. A spark producing device comprising an energy conversion device according to one of claims 1 to 16 and a pair of electrodes (U) supplied with energy by the energy conversion device.
PCT/EP2010/050012 2009-01-06 2010-01-04 Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer WO2010079151A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10700004A EP2374169A1 (en) 2009-01-06 2010-01-04 Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0950029A FR2940855B1 (en) 2009-01-06 2009-01-06 DEVICE FOR CONVERTING MECHANICAL ENERGY IN ELECTRIC ENERGY USING AT LEAST ONE PIEZOELECTRIC TRANSDUCER
FR0950029 2009-01-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010079151A1 true WO2010079151A1 (en) 2010-07-15

Family

ID=40902076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/050012 WO2010079151A1 (en) 2009-01-06 2010-01-04 Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2374169A1 (en)
FR (1) FR2940855B1 (en)
WO (1) WO2010079151A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015015417A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Audi Ag Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM398898U (en) * 2010-03-09 2011-03-01 Mesure Technology Co Ltd Thermometer without power switch
DE102010034713B4 (en) * 2010-08-18 2014-10-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Electromechanical converter
CN104485840B (en) * 2015-01-07 2017-01-04 浙江师范大学 A kind of piezoelectricity longitudinal vibration energy accumulator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3930314A1 (en) * 1988-09-09 1990-03-22 Nissan Motor PIEZOELECTRIC SENSOR FOR MONITORING A KINETIC MOTION SIZE
EP1306817A1 (en) * 2001-10-29 2003-05-02 USC Co., Ltd. Self-power generation type transmitter
US20040178702A1 (en) * 2003-03-11 2004-09-16 Honeywell International Inc. Free piston piezoelectric generator
US20050134149A1 (en) * 2003-07-11 2005-06-23 Deng Ken K. Piezoelectric vibration energy harvesting device
WO2006046938A1 (en) 2004-10-21 2006-05-04 Societe De Technologie Michelin A miniaturized piezoelectric based vibrational energy harvester

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3930314A1 (en) * 1988-09-09 1990-03-22 Nissan Motor PIEZOELECTRIC SENSOR FOR MONITORING A KINETIC MOTION SIZE
EP1306817A1 (en) * 2001-10-29 2003-05-02 USC Co., Ltd. Self-power generation type transmitter
US20040178702A1 (en) * 2003-03-11 2004-09-16 Honeywell International Inc. Free piston piezoelectric generator
US20050134149A1 (en) * 2003-07-11 2005-06-23 Deng Ken K. Piezoelectric vibration energy harvesting device
WO2006046938A1 (en) 2004-10-21 2006-05-04 Societe De Technologie Michelin A miniaturized piezoelectric based vibrational energy harvester

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015015417A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 Audi Ag Operating device for a motor vehicle and method for generating a haptic signal

Also Published As

Publication number Publication date
FR2940855B1 (en) 2011-02-11
EP2374169A1 (en) 2011-10-12
FR2940855A1 (en) 2010-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2118942B1 (en) Device for converting the mechanical energy of impacts into electric energy with an optimised yield
EP2857065B1 (en) Autonomous intracorporeal capsule having energy recovery with frequency conversion
EP1902453B1 (en) Capacitive device with optimized capacitive volume
EP1911144B1 (en) Optimized energy conversion device
EP1977459B1 (en) Method and device for converting mechanical energy into electrical energy
EP2410768B1 (en) MEMS type acoustic pressure impulse generator
WO2010079151A1 (en) Device for converting mechanical energy into electric energy using at least one piezoelectric transducer
WO2013131915A1 (en) Electrostatic device and method for recovering mechanical energy by triboelectric effect
FR2475804A1 (en) IMPROVEMENTS ON COMPOSITE SHEETS CONSTITUTING ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS AND TRANSDUCERS EQUIPPED WITH SUCH SHEETS
WO2012151710A1 (en) Timepiece with acoustic mechanism
EP2437323A1 (en) Device for recovering pressure energy
EP2548236A2 (en) Mechanical stress detector
EP2707787A1 (en) Transparent vibrating touch interface
EP3061141B1 (en) Power generator
FR3052765A1 (en) MICROELECTROMECHANICAL AND / OR NANOELECTROMECHANICAL DEVICE WITH OFF-PLAN DISPLACEMENT COMPRISING SURFACE-VARYING CAPACITIVE MEANS
EP2259320B1 (en) Method for generating electric energy in an integrated circuit, corresponding integrated circuit and manufacturing method.
WO2000045127A1 (en) Vibrating gyroscope
EP3353887B1 (en) System using a piezoelectric generator to produce electrical power
EP0907213B1 (en) Improvements related to vibration wave motors
EP0118329B1 (en) Velocity hydrophone
EP0694824B1 (en) Timepiece with electro acoustic transducer
FR2511571A1 (en) ELECTROACOUSTIC TRANSDUCER WITH CONDENSER WITH POLARIZED SOLID DIELECTRIC
KR20220089930A (en) Wired device and wired power generation device using the same
FR2990301A1 (en) DEVICE FOR CONVERTING THERMAL ENERGY IN ELECTRIC ENERGY IN THE PRESENCE OF A HOT SOURCE
WO2015136225A1 (en) Mechanical device intended for generating electrical energy

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10700004

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010700004

Country of ref document: EP