FR2745476A1 - Electrical generator in sole of shoe for powering portable electronic devices such as portable computer - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention conceme une semelle de chaussure à récupération d'énergie. The present invention relates to an energy recovery shoe sole.
L'utilisation de dispositifs électroniques portables de plus en plus performants fait apparaître le besoin de sources d'énergie électrique compactes de haute capacité. Actuellement, la quasi-totalité de ces dispositifs sont alimentés soit par des piles à usage unique soit par des accumulateurs rechargeables. Toutefois, malgré les progrès de ces composants, il semble que leur capacité de stockage soit limitée dans les années à venir, compte tenu de l'évolution prévisible de la technologie, à 200 W.heure/kg pour les piles à usage unique et à 100W.heure/kg pour les accumulateurs (technologie "lithium ion").Ainsi, avec ce type de technologie, pour pouvoir faire fonctionner un micro-ordinateur portable avec disque dur et écran couleur de type "matrice active" (consommation estimée : 20W) pendant une journée (10 heures), il faudrait un accumulateur pesant au moins 2kg. The use of increasingly efficient portable electronic devices makes the need for compact, high-capacity electrical energy sources appear. Currently, almost all of these devices are powered either by single-use batteries or by rechargeable batteries. However, despite the progress of these components, it seems that their storage capacity will be limited in the coming years, taking into account the foreseeable evolution of technology, at 200 W. hour / kg for single-use batteries and at 100W.hour / kg for accumulators ("lithium ion" technology). Thus, with this type of technology, to be able to operate a portable microcomputer with hard disk and color screen of "active matrix" type (estimated consumption: 20W ) for a day (10 hours), an accumulator weighing at least 2 kg should be used.
II paraît donc important de pouvoir disposer de sources d'énergie électrique capables d'alimenter des dispositifs électroniques portables ou pouvant servir à charger les accumulateurs mentionnés cidessus en récupérant l'énergie disponible dans l'environnement immédiat de l'utilisateur sans imposer un effort ou une gêne supplémentaire à celui-ci lorsqu'il évolue dans son environnement. It therefore seems important to be able to have electrical energy sources capable of powering portable electronic devices or which can be used to charge the above-mentioned accumulators by recovering the energy available in the immediate environment of the user without imposing an effort or an additional discomfort to it when it evolves in its environment.
Ce type de système peut trouver des applications aussi bien dans le domaine de l'électronique grand public où il peut servir à alimenter par exemple un micro-ordinateur portable, un équipement vidéo ou un GPS que dans le domaine militaire où il peut permettre au fantassin d'utiliser de façon autonome un système de communication et un équipement informatisé. This type of system can find applications as well in the field of consumer electronics where it can be used to power for example a microcomputer, a video equipment or a GPS as in the military field where it can allow the infantryman independently use a communication system and computerized equipment.
Le premier type d'énergie disponible dans l'environnement immédiat de l'utilisateur auquel on peut penser est l'énergie solaire; toutefois, son emploi semble limité puisque, même avec des capteurs solaires de rendement élevé, il faut une surface de capteurs d'environ 1 m2 pour disposer de 20W électriques sous une luminosité moyenne. The first type of energy available in the immediate environment of the user that can be thought of is solar energy; however, its use seems limited since, even with high efficiency solar collectors, it takes a collector area of around 1 m2 to have 20W electrics in average brightness.
Un autre type d'énergie envisageable est l'énergie mécanique engendrée par les mouvements de l'utilisateur; ainsi, des générateurs de type dynamo chargeant un accumulateur sont utilisés actuellement dans des montres commercialisées sous la marque de fabrique "Seiko" par exemple. Another type of energy that can be envisaged is the mechanical energy generated by the movements of the user; thus, dynamo type generators charging an accumulator are currently used in watches marketed under the trademark "Seiko" for example.
Toutefois, ces dispositifs nécessitent que l'utilisateur, au cours de ses mouvements, fournisse une énergie mécanique supplémentaire; ainsi, seule une énergie faible peut être récupérée si l'on ne veut pas provoquer une fatigue sensible.However, these devices require that the user, during his movements, provide additional mechanical energy; thus, only a weak energy can be recovered if one does not want to cause significant fatigue.
Pour obtenir une énergie plus importante sans imposer de mouvements supplémentaires à l'utilisateur il est connu de la demande de brevet japonaise 06-141524 de récupérer une partie de l'énergie mécanique développée dans les talons des chaussures d'un marcheur en utilisant des transducteurs piézoélectriques. Cependant le rendement énergétique d'un tel dispositif reste faible et est insuffisant pour satisfaire aux besoins énergétiques des dispositifs précités. To obtain greater energy without imposing additional movements on the user, it is known from Japanese patent application 06-141524 to recover part of the mechanical energy developed in the heels of a walker's shoes by using transducers piezoelectric. However, the energy efficiency of such a device remains low and is insufficient to meet the energy needs of the aforementioned devices.
Le but de l'invention est de palier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.
A cet effet, I'invention a pour objet une semelle de chaussure à récupération d'énergie pour marcheur comportant des transducteurs répartis à l'intérieur de la semelle, entre une paroi supérieure et une paroi inférieure horizontales, dans des zones qui subissent la compression la plus forte pour transformer l'énergie mécanique créée dans la semelle lors de la marche, en énergie électrique caractérisé en ce que chaque transducteur est maintenu en compression entre les deux parois de la semelle par l'intermédiaire de moyens de couplage mécanique. To this end, the subject of the invention is an energy recovery shoe sole for walker comprising transducers distributed inside the sole, between an upper wall and a horizontal lower wall, in areas which are subjected to compression. the strongest to transform the mechanical energy created in the sole during walking, into electrical energy characterized in that each transducer is kept in compression between the two walls of the sole by means of mechanical coupling means.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent. Other characteristics and advantages of the invention will appear in the description which follows given with reference to the appended drawings which represent.
La figure 1 un mode de réalisation d'une semelle à récupération d'énergie selon l'invention. Figure 1 an embodiment of an energy recovery sole according to the invention.
Les figures 2 à 7 des schémas pour illustrer le comportement des capteurs piézoélectriques équipant la semelle de la figure 1. Figures 2 to 7 diagrams to illustrate the behavior of piezoelectric sensors fitted to the sole of Figure 1.
La figure 8 un circuit de charge qui peut être couplé à la sortie des capteurs d'énergie de la figure 1. Figure 8 a charging circuit which can be coupled to the output of the energy sensors of Figure 1.
Les figures 9 à 10 différents modes de réalisation de transducteurs pouvant équiper une semelle à récupération d'énergie selon l'invention. Figures 9 to 10 different embodiments of transducers that can equip an energy recovery soleplate according to the invention.
La semelle à récupération d'énergie selon l'invention permet de récupérer sous forme électrique une partie de la puissance mécanique dépensée par l'utilisateur lors de l'exercice normal de la marche, sans que ce dernier ait à dépenser une puissance supplémentaire. The energy recovery soleplate according to the invention makes it possible to recover in electrical form part of the mechanical power expended by the user during normal exercise in walking, without the latter having to spend additional power.
Afin de récupérer une partie importante de cette puissance, normalement dissipée sous forme thermique dans les semelles du marcheur celle-ci est transformée en puissance électrique pour recharger un accumulateur. Cette opération se traduit pour le marcheur par une sensation d'amortissement similaire à celle qu'il aurait avec des semelles classiques. In order to recover a significant part of this power, normally dissipated in thermal form in the soles of the walker, it is transformed into electric power to recharge an accumulator. This operation results for the walker in a feeling of damping similar to that which he would have with conventional soles.
Pour fixer quelques ordres de grandeur: la puissance dissipée dans les semelles d'un marcheur peut atteindre 20W à une fréquence voisine de 1Hz lors d'une marche normale, 200W à 2Hz pour une marche rapide; I'amplitude de déformation des semelles est de l'ordre de quelques mm. Une puissance mécanique du même ordre de grandeur ou supérieure à la puissance dissipée est restituée au marcheur grâce à l'élasticité des semelles. To fix a few orders of magnitude: the power dissipated in the soles of a walker can reach 20W at a frequency close to 1Hz during normal walking, 200W at 2Hz for fast walking; The amplitude of deformation of the soles is of the order of a few mm. A mechanical power of the same order of magnitude or greater than the dissipated power is restored to the walker thanks to the elasticity of the soles.
Selon un mode de réalisation de l'invention qui est représenté à la figure 1 la semelle de la chaussure 1 comprend des transducteurs 2, 3, 4, permettant de transformer la puissance mécanique en puissance électrique. According to an embodiment of the invention which is represented in FIG. 1, the sole of the shoe 1 comprises transducers 2, 3, 4, making it possible to transform mechanical power into electrical power.
Les transducteurs sont placés dans les zones de la semelle 1 ou l'énergie est le plus fortement dissipée, principalement le talon 5 et la partie avant 6 de la semelle, qui subissent une forte compression en supportant alternativement la quasi-totalité du poids du marcheur, éventuellement la partie 7 située entre ces deux zones qui subit une flexion importante. Ainsi, au cours de la marche, les contraintes s'enchaînent périodiquement dans l'ordre suivant: compression du talon droit, compression de l'avant de la semelle droite et flexion quasi-simultanée du milieu de la semelle droite, compression du talon gauche, compression de l'avant de la semelle gauche et flexion quasi-simultanée du milieu de la semelle gauche etc. The transducers are placed in the areas of the sole 1 where the energy is most strongly dissipated, mainly the heel 5 and the front part 6 of the sole, which undergo strong compression by alternately supporting almost all of the weight of the walker. , possibly the part 7 located between these two zones which undergoes significant bending. Thus, during walking, the stresses are linked periodically in the following order: compression of the right heel, compression of the front of the right sole and almost simultaneous flexion of the middle of the right sole, compression of the left heel , compression of the front of the left sole and almost simultaneous flexion of the middle of the left sole, etc.
Ces transducteurs, de type électromagnétique, piézo-électrique, tribo-électrique ou autre, peuvent être associés en parallèle ou en série, par l'intermédiaire de circuits d'interface, non représentés, au circuit de charge d'un accumulateur. Les différents circuits ainsi que l'accumulateur peuvent être placés soit directement sur la chaussure, soit déportés, par exemple à la ceinture du marcheur. These transducers, of the electromagnetic, piezoelectric, triboelectric or other type, can be associated in parallel or in series, via interface circuits, not shown, with the charging circuit of an accumulator. The different circuits as well as the accumulator can be placed either directly on the shoe, or offset, for example on the walker's belt.
Les transducteurs peuvent également servir de capteurs sismiques sans que leur fonction de récupération d'énergie soit notablement perturbée. II suffit pour cela qu'une faible portion du courant qu'ils engendrent soit dirigée vers une électronique de traitement adéquate. The transducers can also serve as seismic sensors without their energy recovery function being significantly disturbed. It suffices for this that a small portion of the current which they generate is directed to an appropriate processing electronics.
Le principe d'amortissement dans une chaussure ordinaire est rappelé de façon simplifiée dans les figures 2 et 3, la figure 3 correspondant au schéma électrique équivalent au schéma mécanique de la figure 2. Le marcheur est symbolisé par une masse m à laquelle est appliquée une force sinusoïdale F; la semelle qui est couplée mécaniquement au marcheur est symbolisée par un ressort de raideur k mis en parallèle avec un amortisseur de coefficient de frottement a. Sur la figure 3 le courant x' apparaissant dans le schéma équivalent est la dérivée par rapport au temps du déplacement vertical x de la masse m. The principle of cushioning in an ordinary shoe is recalled in a simplified manner in FIGS. 2 and 3, FIG. 3 corresponding to the electrical diagram equivalent to the mechanical diagram of FIG. 2. The walker is symbolized by a mass m to which is applied a sinusoidal force F; the sole which is mechanically coupled to the walker is symbolized by a spring of stiffness k placed in parallel with a damper of coefficient of friction a. In Figure 3 the current x 'appearing in the equivalent diagram is the derivative with respect to time of the vertical displacement x of the mass m.
La masse m est équivalente à une inductance L, le ressort de raideur K est équivalent à une capacité C et l'amortisseur de coefficient 2 est équivalent à une résistance R. The mass m is equivalent to an inductance L, the stiffness spring K is equivalent to a capacity C and the damper of coefficient 2 is equivalent to a resistance R.
Le principe d'amortissement mis en oeuvre dans l'invention est montré sur les figures 4 et 5, la figure 5 correspondant à un schéma équivalent de la figure 4. The damping principle implemented in the invention is shown in FIGS. 4 and 5, FIG. 5 corresponding to an equivalent diagram in FIG. 4.
Sur la figure 4, la masse m du marcheur est couplée mécaniquement à un transducteur 20 transformant l'énergie mécanique fournie par la force F appliquée par la masse m du marcheur sur le transducteur 20 en une énergie électrique d'alimentation le circuit de charge d'accumulateurs 21. Le circuit équivalent sur la figure 5 se compose de deux inductances L et Lg, d'une capacité Cg d'une résistance Rg reliées en série avec l'enroulement primaire d'un transformateur de rapport de transformation T, qui transforme un couple de grandeurs mécaniques (force, vitesse) en un couple de grandeurs électriques (tension, courant) I'ensemble étant alimenté par un générateur de force F. L'inductance mécanique L représente la masse du marcheur, I'inductance mécanique Lg celle du transducteur, la capacité mécanique Cg la raideur du transducteur et la résistance mécanique Rg les pertes d'énergie mécanique dans le transducteur se traduisent par exemple par une dissipation de chaleur. Le transducteur 20 débite dans le circuit de charge 21 de l'accumulateur. In FIG. 4, the mass m of the walker is mechanically coupled to a transducer 20 transforming the mechanical energy supplied by the force F applied by the mass m of the walker on the transducer 20 into an electrical energy supplying the charging circuit d accumulators 21. The equivalent circuit in FIG. 5 is composed of two inductances L and Lg, of a capacity Cg of a resistance Rg connected in series with the primary winding of a transformer with transformation ratio T, which transforms a pair of mechanical quantities (force, speed) into a pair of electrical quantities (voltage, current), the assembly being supplied by a force generator F. The mechanical inductance L represents the mass of the walker, the mechanical inductance Lg that of the transducer, the mechanical capacity Cg the stiffness of the transducer and the mechanical resistance Rg the losses of mechanical energy in the transducer are reflected for example by a dissipation of shawl ur. The transducer 20 flows into the charging circuit 21 of the accumulator.
L'impédance électrique interne Z0 du transducteur est figurée sur la figure 5 au secondaire du transformateur de rapport T. A une fréquence très inférieure à la fréquence de résonance propre du transducteur, I'impédance Zo est inductive dans le cas d'un transducteur électromagnétique, capacitive dans le cas d'un transducteur piézo-électrique et comprend une partie résistive correspondant aux pertes électriques. Le transformateur converti les paramètres mécaniques, force F et vitesse x', en paramètres électriques, tension U et courant I, le rapport T représente son taux de conversion.The internal electrical impedance Z0 of the transducer is shown in FIG. 5 at the secondary of the ratio transformer T. At a frequency much lower than the natural resonant frequency of the transducer, the impedance Zo is inductive in the case of an electromagnetic transducer , capacitive in the case of a piezoelectric transducer and comprises a resistive part corresponding to the electrical losses. The transformer converts the mechanical parameters, force F and speed x ', into electrical parameters, voltage U and current I, the ratio T represents its conversion rate.
Le schéma de la figure 5 peut être simplifié; par le schéma de la figure 6 suivant lequel le circuit de charge 21 est alimenté en parallèle avec la capacité Cg par un générateur de tension U=T.F au travers d'une capacité 2 égale - K2 Cg Une capacité de valeur Cg étant placé en paraiiéle sur
1- K2 l'entrée du circuit de charge 21. Ce schéma est équivalent à celui d'un transducteur piézo-électrique de capacité Cg de coefficient de couplage électromécanique K, de taux de conversion T, travaillant avec une fréquence de fonctionnement f sensiblement inférieure à la fréquence propre du système, pour rendre négligeable l'effet des masses, c'est-à-dire des inductances. On suppose dans ce schéma que les pertes mécaniques et électriques sont négligeables.The diagram in Figure 5 can be simplified; by the diagram of FIG. 6 according to which the load circuit 21 is supplied in parallel with the capacity Cg by a voltage generator U = TF through an equal capacity 2 - K2 Cg A capacity of value Cg being placed in parallel sure
1- K2 the input of the charging circuit 21. This diagram is equivalent to that of a piezoelectric transducer of capacity Cg of electromechanical coupling coefficient K, of conversion rate T, working with a substantially lower operating frequency f at the natural frequency of the system, to make the effect of masses, that is to say inductances, negligible. It is assumed in this diagram that the mechanical and electrical losses are negligible.
Le schéma de la figure 6 est équivalent en application du théorème de Thévenin au schéma de la figure 7 qui est composé d'un générateur de force électromotrice U1=K2.T.F et d'impédance interne
C1 - . Ce circuit débite dans le circuit de charge 21 qui peut être du
1-K2 type du circuit de la figure 8, c'est-à-dire constitué d'un pont redresseur à diodes 22, d'une capacité de filtrage 23 transformant la tension sinusoïdale redressée en une tension quasi-continue, et d'un convertisseur de tension 24 adaptant la tension de sortie des transducteurs à la tension propre Ua de l'accumulateur 25.Dans cette configuration, si l'on suppose que le circuit ne présente aucune perte électrique, la puissance moyenne récupérée dans l'accumulateur est:
C1 -. This circuit flows into the charging circuit 21 which can be
1-K2 type of the circuit of FIG. 8, that is to say made up of a diode rectifier bridge 22, of a filtering capacity 23 transforming the rectified sinusoidal voltage into a quasi-continuous voltage, and a voltage converter 24 adapting the output voltage of the transducers to the natural voltage Ua of the accumulator 25. In this configuration, if it is assumed that the circuit has no electrical loss, the average power recovered in the accumulator is :
Z1 étant l'impédance du générateur de Thévénin équivalent, soit dans le cas de la figure 7: (2x.C1.f)-1. Cette puissance est maximale pour U20,28U1, soit:
Pmax = (10,8)-1.U12/Z1= K4.(1-K2)-1.f.Co.T2.F2x2xx(10,8)-1
Lorsque cette puissance est maximale, la puissance moyenne restituée au système (puissance réactive) est de l'ordre de Pmax.Z1 being the impedance of the equivalent Thévénin generator, ie in the case of figure 7: (2x.C1.f) -1. This power is maximum for U20,28U1, that is:
Pmax = (10.8) -1.U12 / Z1 = K4. (1-K2) -1.f.Co.T2.F2x2xx (10.8) -1
When this power is maximum, the average power restored to the system (reactive power) is of the order of Pmax.
Les ordres de grandeur de la fréquence f de la marche et de l'amplitude de la force appliquée au système, sont respectivement égaux à environ 1 Hz et à la moitié du poids du marcheur. Ces données permettent d'optimiser la conception des transducteurs de façon que d'une part, la puissance récupérée soit importante, d'autre part que le marcheur ait une sensation similaire à celle qu'il aurait avec des chaussures classiques. Ces résultats sont atteints en conférant au transducteur une raideur proche de celle des semelles usuelles et en adaptant l'ordre de grandeur de la portion de puissance restituée mécaniquement à celle de la puissance dissipée. The orders of magnitude of the walking frequency f and the amplitude of the force applied to the system are respectively equal to approximately 1 Hz and half the weight of the walker. These data make it possible to optimize the design of the transducers so that on the one hand, the power recovered is significant, on the other hand that the walker has a sensation similar to that which he would have with conventional shoes. These results are achieved by giving the transducer a stiffness close to that of the usual soles and by adapting the order of magnitude of the portion of power restored mechanically to that of the dissipated power.
Les transducteurs peuvent être par exemple de type piézoélectrique. Toutefois, les matériaux piézo-électriques usuels (cristaux, céramiques, polymères) étant relativement rigides, il peut être intéressant d'avoir recours à une structure à amplification mécanique ou encore à une structure bimorphe ou composite afin que la semelle ait la raideur souhaitée. The transducers may for example be of the piezoelectric type. However, the usual piezoelectric materials (crystals, ceramics, polymers) being relatively rigid, it may be advantageous to use a structure with mechanical amplification or even a bimorph or composite structure so that the sole has the desired stiffness.
Quelques exemples de structure de transducteurs sont exposés aux figures 9a à 9h.Some examples of transducer structure are shown in Figures 9a to 9h.
Ces différents types de transducteur peuvent bien sûr être associés mécaniquement en parallèle ou en série. Dans toutes les configurations des figures 9a à 9h, le transducteur est soumis à une force de compression ou de traction. II peut exister bien sûr d'autres configurations de transducteurs fonctionnant à partir de flexions, torsions etc. Dans les modes de réalisation des figures 9a à 9h on suppose que le matériau piézoélectrique est une céramique dont le sens de polarisation est indiqué par des flèches 44; toutefois, ces configurations peuvent aussi s'appliquer à des matériaux de classe cristallographiques plus complexes orientés de façon à présenter un couplage électromécanique.D'autres flèches 43 schématisent la force à laquelle est soumise l'une des extrémités du transducteur afin d'engendrer une tension V entre les électrodes 401 et 402 du transducteur 40. L'autre extrémité du transducteur 40 est supposée rigidement liée à un support 45. These different types of transducer can of course be mechanically associated in parallel or in series. In all the configurations of FIGS. 9a to 9h, the transducer is subjected to a compressive or tensile force. There may of course be other configurations of transducers operating from bending, twisting, etc. In the embodiments of FIGS. 9a to 9h, it is assumed that the piezoelectric material is a ceramic whose direction of polarization is indicated by arrows 44; however, these configurations can also be applied to more complex crystallographic class materials oriented so as to present an electromechanical coupling. Other arrows 43 schematize the force to which one of the ends of the transducer is subjected in order to generate a voltage V between the electrodes 401 and 402 of the transducer 40. The other end of the transducer 40 is assumed to be rigidly linked to a support 45.
Les configurations 9a à 9d comportent un levier d'amplification mécanique 46 qui permet de démultiplier la force appliquée au composant piézo-électrique 40. Les configurations 9a et 9c font intervenir un couplage électromécanique différent des configurations b et d qui dépend essentiellement de la position du point d'articulation A du levier 46 sur le support 45 et de la forme rectiligne ou repliée à 90C du levier 46 qui est fonction de la position horizontale ou verticale du transducteur 40 relativement au support 45. The configurations 9a to 9d include a mechanical amplification lever 46 which makes it possible to increase the force applied to the piezoelectric component 40. The configurations 9a and 9c involve an electromechanical coupling different from the configurations b and d which essentially depends on the position of the articulation point A of the lever 46 on the support 45 and of the rectilinear or folded shape at 90C of the lever 46 which is a function of the horizontal or vertical position of the transducer 40 relative to the support 45.
Les configurations 9e et 9f font intervenir une structure bimorphe fonctionnant sur modèle "cantilever" (poutre en flexion encastrée à une de ces extrémités); cette structure est composée de deux lames piézoélectriques 40a et 40b de polarisations opposées présentant une électrode commune 40c, les deux autres électrodes 40d et 40e étant reliées électriquement par un conducteur 41. La configuration f diffère de la configuration e en ce que l'élément bimorphe est courbe. The configurations 9e and 9f involve a bimorph structure operating on the "cantilever" model (flexural beam embedded at one of these ends); this structure is composed of two piezoelectric plates 40a and 40b of opposite polarizations having a common electrode 40c, the other two electrodes 40d and 40e being electrically connected by a conductor 41. The configuration f differs from the configuration e in that the bimorph element is curved.
Les configurations 9g et 9h, de type composite, sont à symétrie de révolution par rapport à un axe 48 normal au plan du support 45. Elles font intervenir un ou plusieurs disques piézo-électriques activés par la flexion d'un disque de matériau élastique 47. La structure de la figure 9h se rapproche de la structure bimorphe; les électrodes des disques sont reliées électriquement deux à deux à l'aide de conducteurs 42. The configurations 9g and 9h, of the composite type, are symmetrical in revolution with respect to an axis 48 normal to the plane of the support 45. They involve one or more piezoelectric discs activated by the bending of a disc of elastic material 47 The structure of Figure 9h is close to the bimorph structure; the electrodes of the discs are electrically connected two by two using conductors 42.
Un exemple de réalisation suivant l'invention est schématisé figure 10. Les transducteurs 30, placés sur les zones avant et arrière de la semelle 1 entre une paroi supérieure 1a et une paroi inférieure 1b ,sont des barreaux 40 de céramique piézo-électriques polarisés suivant leur longueur. An exemplary embodiment according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 10. The transducers 30, placed on the front and rear zones of the sole 1 between an upper wall 1a and a lower wall 1b, are bars 40 of piezoelectric ceramic polarized according to their length.
Un levier d'amplification mécanique 34 est articulé sur le support rigide du barreau de céramique 31, lui-même mécaniquement lié par son point d'appui
A à la partie supérieure la de la semelle. L'extrémité du levier 35 est guidée avec un minimum de frottement sur le plan d'un support rigide 32 lié à la partie inférieure de la semelle. Chaque transducteur est relié par l'intermédiaire de câbles 33 au circuit de charge.A mechanical amplification lever 34 is articulated on the rigid support of the ceramic bar 31, itself mechanically linked by its fulcrum
Has the upper part of the sole. The end of the lever 35 is guided with a minimum of friction on the plane of a rigid support 32 linked to the lower part of the sole. Each transducer is connected via cables 33 to the charging circuit.
Si l'on choisit des barreaux constitués d'un empilement de couches de céramique piézo-électrique de polarisation alternée telle que montrés à la figure 11 tels que:
K2 = 0,5
permittivité diélectrique E3 = 2.10-8F/m
constante piézo-électrique 933 = 20.10-3V.mIN
longueur I = 20 mm en N = 500 couches d'épaisseur e=40pm
section s = 25 mm2 pour un coefficient d'amplification mécanique A = 100, on obtient: soit, dans les conditions classiques de marche d'un adulte (f=1 Hz, F=400N), en supposant que la force appliquée à chaque transducteurs est de type sinusoïdal:
Pmax = 3 w ce qui signifie qu'avec quatre transducteurs (2 par chaussure), la puissance totale récupérée est de 12 w, valeur qui correspond à peu près à la puissance normalement dissipée dans les semelles.If we choose bars made up of a stack of layers of piezoelectric ceramic of alternating polarization as shown in FIG. 11 such as:
K2 = 0.5
dielectric permittivity E3 = 2.10-8F / m
piezoelectric constant 933 = 20.10-3V.mIN
length I = 20 mm in N = 500 layers of thickness e = 40pm
section s = 25 mm2 for a mechanical amplification coefficient A = 100, we obtain: either, under the classic walking conditions of an adult (f = 1 Hz, F = 400N), assuming that the force applied to each transducers is sinusoidal:
Pmax = 3 w which means that with four transducers (2 per shoe), the total power recovered is 12 w, a value which roughly corresponds to the power normally dissipated in the soles.
Dans cette configuration, la tension U2 est: e
U2 = (K2/2).T.F = 320 v avec T= A.g33.-
s
Il est en pratique aisé de convertir une telle tension en une tension typique d'accumulateur (Ua = 10V) à l'aide d'un convertisseur mettant en oeuvre un hachage haute fréquence et un transformateur à ferrite miniature. Ce type de composant est léger et présente un rendement très élevé proche de 1. In this configuration, the voltage U2 is: e
U2 = (K2 / 2) .TF = 320 v with T = A.g33.-
s
In practice, it is easy to convert such a voltage into a typical accumulator voltage (Ua = 10V) using a converter using high frequency chopping and a miniature ferrite transformer. This type of component is light and has a very high yield close to 1.
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