FR3121606A1

FR3121606A1 - Dispositif de stimulation électrique possédant un moyen optimisé de récupération d'énergie

Info

Publication number: FR3121606A1
Application number: FR2103785A
Authority: FR
Inventors: Laurent Berneman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-14

Abstract

Dispositif de stimulation électrique de forme cylindrique ou possédant au moins un axe de symétrie fonctionnant grâce à un dispositif de récupération d’énergie en forme de balancier à effet piézoélectrique ou électromagnétique. Figure pour l'abrégé : Fig 6

Description

Dispositif de stimulation électrique possédant un moyen optimisé de récupération d'énergie

L’invention concerne les dispositifs médicaux actifs et plus particulièrement les dispositifs de stimulation musculaire (en particulier cardiaque) et nerveux.

La stimulation d’un tissu cible (muscle ou bien nerf) requiert la production d’une impulsion électrique afin de dépolariser une cellule et obtenir un effet biologique comme cela est bien connu de l’homme de l’art.

Dans le domaine des stimulateurs cardiaques, une récente avancée dans ce domaine concerne la réalisation de systèmes sans sondes endocavitaires (appelés « leadless ») qui sont commercialisés actuellement comme le système MICRA TPS de la société Medtronic ou bien Nanostim de la société Abbott (comme par exemple dans la demande de brevet WO 2012/051235 A1)

Ces dispositifs se présentent comme des améliorations des dispositifs existants par l’intermédiaire d’une miniaturisation poussée permettant d’éliminer la sonde de stimulation cardiaque faisant la connexion entre un boitier de stimulation cardiaque et le coeur.Le boitier de stimulation possède dans ce système classique une batterie haute densité pour alimenter le dispositif et l’électronique ainsi que des moyens de communications avec des systèmes extérieurs par télémétrie par exemple.

D’autres dispositifs ont été révélés via l’utilisation de systèmes récupérateur d’énergie qui permettent d’envisager une longévité supérieure à celles des piles haute densité.

Ces dispositifs récupérateurs d’énergie utilisent pour certains une masse inertielle associées à un système de poutre encastrable fixe à un degré de liberté appelé classiquement « cantilever ». Le système de récupération d’énergie fait dans ce cadre appel à un transducteur piézoélectrique qui convertit les contraintes mécaniques ambiantes appliquées sur un système de stimulation cardiaque en électricité.L’utilisation d’une masse inertielle permet d’obtenir des fréquences de résonnance compatibles avec la quantité d’énergie récupérée nécessaire pour alimenter un dispositif de stimulation.Le niveau habituellement évalué d’énergie correspond à 10 microwatts par cycle de fonctionnement pour alimenter un stimulateur cardiaque leadless. De tels dispositifs sont décrits dans les brevets ou demandes de brevet US 2017/0151429 A1,US 2009/0171408 A1,FR 3082434 A1,FR 2960156 A1,FR2982163 A1.Ils présentent une forme globalement cylindrique.

Un des éléments essentiels à ce type d’approche est que le système dans lequel est implanté le stimulateur est en mouvement permanent alors que le dispositif implanté reste fixe au niveau de son point d’attache. Par exemple, dans le cas du cœur, les mouvements du cœur en systole et en diastole, mouvements du patient, mouvements respiratoires ou bien dans le cas d’une implantation sur un nerf ou un muscle, les mouvements des membres ou du corps du patient ou bien sur un muscle lisse dans le cas du tube digestif, avec les contractions automatiques des cellules musculaires lisses liée à l’innervation autonome.

Dans le cas d’un pace maker sans sonde (« leadless »), l’analyse de Fourrier de la contraction cardiaque retrouve un maximum d’oscillations pour des fréquences inférieures à 50 Herz. Un des inconvénients réside alors en ce que l’onde acoustique générée par la contraction myocardique en particulier présente une direction et en ce que la lame du transducteur électromécanique (en particulier piézoélectrique) qui ne possède qu’un degré de liberté va réduire sa production énergétique si celle-ci n’est pas orientée de façon optimale.

Un autre élément à prendre en compte réside en ce que l’implantation d’un dispositif dans le cœur est soumise à d’autres contraintes en particulier les difficultés techniques d’implantation liées à des zones non stimulables (nécrose) ou bien une instabilité du matériel (déplacement) qui peuvent restreindre l’optimisation de la quantité d’énergie récupérée et les possibilités d’implantation.

Ainsi, la contrainte mécanique exercée sur le dispositif varie dans sa direction d’application d’un cycle de fonctionnement à l’autre d’une part et en fonction de son orientation en fonction de son point d’ancrage dans le tissu cible : ce faisant la récupération d’énergie n’est pas optimisée avec une variation d’un cycle de fonctionnement à l’autre de l’énergie récupérée.

Dans EP 3693056, il est décrit un dispositif récupérateur d’énergie comportant un actionneur mettant en rotation le transducteur électromécanique fonctionnant par effet piézoélectrique.

L’un des effets néfastes de cette approche réside en ce que l’actionneur induit une dépense d’énergie supplémentaire d’une part et présente un encombrement dans le volume total du dispositif ce qui complique sa miniaturisation, caractéristique essentielle dans le cas d’un dispositif destiné à demeurer dans le corps d’un être vivant. Enfin, cette approche induit également une limite à la rotation du dispositif autour de son axe (ie 180° selon la demande de brevet), cette limite étant inhérente avec la capacité de l’actionneur de mettre en rotation le transducteur électromécanique. Cela peut devenir problématique dans le cas d’un dispositif à très longue durée de vie (supérieure à 15 ans) puisque quand bien même le système ne réaliserait qu’une variation faible de position quotidienne, il est plausible que sur la durée de vie du dispositif plusieurs rotations complètes puissent avoir lieu et induire un blocage du système.

L’intérêt du dispositif décrit dans la présente invention est de résoudre ces difficultés en concevant un dispositif qui présente une optimisation tridimensionnelle de la récupération d’énergie en rendant plus performant et adaptable le transducteur électromécanique, en particulier piézoélectrique.

La présente invention concerne un dispositif de stimulation électrique de préférence biocompatible alimenté par un système de récupération d’énergie optimisé implanté dans ou sur un système en mouvement. Dans le cas particulier de son application à un être vivant, l’invention se prête particulièrement aux systèmes dédiés à une implantation dans ou sur le cœur, sur un nerf ou bien un muscle non cardiaque.

L’objet de l’invention est un système de récupération d’énergie qui s’adapte à la direction d’application de la contrainte mécanique appliquée sur le dispositif de stimulation. Ce nouveau système permet d’augmenter la densité d’énergie (c’est-à-dire la quantité produite par unité de volume du récupérateur d’énergie) produite en utilisant de façon optimisée le volume du dispositif de récupération d’énergie.

De façon caractéristique, l’adaptation se fait en alignant le dispositif de récupération d’énergie sur l’axe de la contrainte mécanique afin de générer la quantité d’énergie maximale.

L’alignement est obtenu par une rotation passive du dispositif de récupération d’énergie en fonction de la contrainte mécanique extérieure exercée sur le dispositif. Cette rotation est obtenue par une liaison mécanique utilisant un roulement mécanique (en particulier, un roulement à billes, à rouleaux coniques ou à aiguilles ou tout équivalent fonctionnel).De tels roulements sont actuellement commercialisés, par exemple, par la société MinebeaMitsumi avec la référence DDL-310 comme cela est visible sur le site "https://datasheets.globalspec.com/ds/50/NMBTechnologies/9B7A542E-EBC0-40BB-AECF-D001030D1A6B"

De façon caractéristique, la rotation ne fait pas appel à une dépense d’énergie active de la part du système contrairement à EP 3693056.

En effet, l’état de l’art retrouve dans la demande de brevet EP 3693056, un dispositif actif qui recherche la position du système récupérateur d’énergie qui maximise la quantité d’énergie générée et qui va maintenir dans cette position le système récupérateur d’énergie. Il n’est pas décrit ni envisagé ni suggéré un système passif qui permettrait d’optimiser la récupération d’énergie. Le caractère passif du système présente comme avantage une robustesse plus élevée, une dépense d’énergie plus faible et un encombrement réduit puisqu’il n’y a pas d’actionneur actif pour mettre en mouvement le dispositif.

Dans un mode particulier de la description de l’invention, on va décrire le cas d’un transducteur électromécanique de type piézoélectrique, mais de façon évidente, le dispositif peut être dédié à d’autres systèmes récupérateurs d’énergie, par exemple électrostatique ou électromagnétique tels que ceux décrits dans FR 2987708 A1 ou bien US 2013/0303872.

Dans ce cadre, on ne retiendra que les matériaux utilisables pour générer un effet piézoélectrique sont par exemple et sans être limitatif, les matériaux ferroélectriques de structure pérovskite comme par exemple le PZT, le quartz et les oxydes non ferroélectriques, Les semi-conducteurs des groupes III-V de structure zinc-blende et II-VI de structure wurtzite et en particulier le nitrure d'aluminium (AlN) et l’oxyde de zinc (ZnO) ou bien un polymère comme le PVDF (polyvinylidine difluoride) ou le PVDF-TrFE (polyvinylidine difluoride trifluoroethylene) ou bien encore des matériaux composites formés d’une partie piézoélectrique (par exemple le PZT) et d’une partie non piézoélectrique (par exemple une résine époxy) ou enfin des systèmes microélectromécaniques en couches minces.

Le dispositif optimisé récupérateur d’énergie selon l'invention comporte un axe central (C) et possède des supports tels que des disques ou des lames (L) implantés en binômes diamétralement opposés et perpendiculairement à son grand axe donnant une forme de balancier à la structure ( ). L’axe central présente la même orientation que le grand axe du dispositif de stimulation électrique musculaire ou nerveux. Le dispositif de stimulation présente au moins un axe de symétrie par construction.Il est par exemple de forme cylindrique ou ovoïde ou sphérique.

De façon préférentielle, l’axe central (C) présente une forme cylindrique ou parallélépipédique.

Dans un premier mode de réalisation ( ), l’axe central (C) est mobile en rotation suivant son grand axe et possède à ses 2 extrémités des moyens de rotation, par exemple, un roulement mécanique et préférentiellement un roulement à bille qui permet d’obtenir ce mouvement. Dans ce mode de réalisation de l’invention (désigné mode 1), l’axe central (C) s’implantera à ses 2 extrémités dans les rotor de deux roulements à bille,le stator étant solidaire du corps du dispositif de stimulation électrique.

On définit ainsi un dispositif de stimulation électrique de forme cylindrique ou bien possédant au moins un axe de symétrie caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binôme de lames flexibles fixées sur un axe central ayant une direction identique à celle du grand axe du dispositif ou de son axe de symétrie, lesdites lames étant diamétralement opposées et en ce que les lames sont mobiles en rotation sans dépense d’énergie active du dispositif et possèdent une masse identique par binôme de lame à leur extrémité libre ( ).

On définit ainsi un dispositif de stimulation électrique ayant un axe de symétrie caractérisé en ce qu’il comporte et en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binômes de supports,lames flexibles fixés perpendiculairement sur un axe central ayant une direction identique à celle de l’axe de symétrie du dispositif, lesdits lames étant diamétralement opposés par binôme et en ce que les supports lames ou disques sont mobiles en rotation sans dépense d’énergie active du dispositif et possèdent une masse identique par binôme de lame à leur extrémité libre.

Dans un autre mode de réalisation de l’invention (désigné mode 2, et ),l’axe central (C) est non mobile mais chaque lame (L) s’implante sur un roulement mécanique positionné autour de l’axe C. La zone d’implantation de la lame (L) s’effectue sur le rotor du roulement, le stator étant interne et solidaire ou confondu avec l’axe (C).

On définit un dispositif selon l’invention caractérisé en ce que supports tels que des disques ou des les lames en binôme s’implantent sur un axe central du dispositif de forme cylindrique ou parallélépipédique caractérisé en ce que les 2 extrémités de l’axe central sont implantées sur le rotor d’un roulement à billes, le stator du roulement étant solidaire du corps du dispositif de stimulation électrique

On définit encore un dispositif de stimulation électrique présentant une forme cylindrique caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binômes de support, lames ou disques, flexibles fixées perpendiculairement sur un axe central ayant une direction identique à celle du grand axe du cylindre, lesdits supports, lames ou disques, étant diamétralement opposées et en ce que les supports, lames ou disques sont mobiles en rotation sans dépense d’énergie active du dispositif et possèdent une masse identique par binôme de lame à leur extrémité libre.

Quel que soit le mode de réalisation, les lames se comportent comme des poutres encastrables avec un degré de liberté et sont caractérisées en ce qu’elles possèdent au moins une couche (préférentiellement deux) d’élément piézoélectrique sur au moins une face, ladite couche pouvant occuper toute la surface ou une partie de la face de la lame d’une part et une masse sismique est localisée à leur extrémité libre d’autre part. A titre d’exemple, la couche d’élément piézoélectrique peut être déposée sur 25% de la surface de la lame ou bien 50% ou bien 75% ou 95% de la surface de la lame, le reste de la surface étant vierge ou bien réservé à des éléments électromagnétiques ou bien à la masse sismique. De façon alternative, les lames peuvent être recouvertes d’un matériau électromagnétique ou bien être recouvertes sur une face d’un matériau à effet piézoélectrique et sur une autre face d’un matériau à effet électromagnétique. Au sein du dispositif, les lames peuvent être recouvertes pour certains binômes par un matériau piézoélectrique et d’autres binôme par un matériau électromagnétique.

Les lames sont implantées sur l’axe central C selon le mode 1 de réalisation et sur un roulement mécanique (rotor) solidaire de l’axe C via son stator (mode de réalisation 2) et de façon caractéristique sont disposées en binôme diamétralement opposé. Les lames de binômes différents appartiennent à un même plan au repos.

De façon caractéristique également, la masse sismique est identique entre les binômes de lames. La forme et le poids de la masse peuvent varier d’un binôme à l’autre en fonction de sa position par rapport aux extrémités de l’axe C afin de permettre une optimisation de la contrainte exercée par le moment des forces appliqué sur les lames.

De façon préférentielle, l’amplitude de l’oscillation des lames ainsi définies ne peut dépasser un angle de 30° par rapport à l’axe de repos. Il existe donc une oscillation de 60° au maximum entre les 2 positions extrêmes de la masse dans ce mode de réalisation).

Dans un mode de réalisation particulier ( , ), on pourra par exemple réduire ou augmenter le nombre de binôme de lames sans changer la géométrie générale du dispositif) ou bien privilégier la densité d’énergie en réalisant des binômes implantés à 70° (dans le cas d’une oscillation maximale de 60°) l’un par rapport à l’autre par exemple ce qui permet de majorer la densité d’énergie produite. Dans une autre réalisation, si les lames oscillent avec un angle de 60°, on pourra fixer 3 binômes de deux lames à même distance de l’un par rapport à un autre.

On définit ainsi un dispositif de stimulation électrique caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binôme de lames en binôme fixées sur le rotor d’un roulement à billes et que le stator du roulement à bille est solidaire d’un axe central ayant la même direction que le grand axe du dispositif d’une part et que les lames possèdent à leur extrémité libre une masse identique pour chaque binôme.

Dans un autre mode de réalisation préférentielle (désigné mode 3, ( , )), le transducteur électromécanique est composé d’un film de PVDF-TrFE (Polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) éventuellement associé à une couche de graphène ou bien d’un polymère à effet piézoélectrique permettant la réalisation d’une couche mince flexible. Le film est tendu entre 2 lames placées du même côté de l’axe central. On peut dans ce cadre placer 2 films : l’un est tendu entre la partie supérieure des 2 lames et l’autre sur la partie inférieure des 2 lames respectivement.

Il existe une masse oscillante positionnée à l’extrémité distale des lames. Cette masse est connectée à l’extrémité distale des 2 lames. La masse peut présenter des dimensions différentes afin de permettre un mouvement homogène des lames. De même les lames de binômes différents peuvent présenter une forme différente mais devront être identiques entre binômes afin de conserver l’aspect en balancier caractéristique de l’invention.

De façon évidente, le transducteur présente un aspect symétrique en forme de balancier suivant l’axe central. C’est la flexion des lames qui va induire une contrainte mécanique sur le ou les films de PVDF-TrFE et générer des charges électriques. Dans une forme évidente découlant de l’invention, le film de PVDF-TrFE peut être remplacé par tous composés fins et flexibles ayant une propriété piézoélectrique en particulier, tous polymères à effet piézoélectrique ou système microélectromécanique.

On définit ainsi en mode 3, un dispositif de récupération d’énergie selon l’invention fonctionnant par effet piézoélectrique caractérisé en ce qu’il est formé de 4 lames flexibles L1, L2, L3 et L4 caractérisées :

en ce qu’elles appartiennent au même plan au repos,
en ce qu’elles sont fixées sur une de leur extrémité sur un axe central commun ou sur un rotor d’un roulement mécanique dont le stator est fixé sur un axe central commun
en ce que L1 est diamétralement opposée à L2 par rapport à l’axe central
en ce que L3 est diamétralement opposée à L4 par rapport à l’axe central
en ce que les extrémités libres de L1 et de L3 sont solidaires d’une masse M
en ce que les extrémités libres de L2 et de L4 sont solidaires d’une même masse M,

le transducteur électromécanique étant formé d’un film de PVDF-TrFE, polyvinylidine difluoride trifluoroethylene, ou bien d’un film de PVDF-TrFE (Polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) associé à une couche de graphène ou bien d’un polymère à effet piézoélectrique réalisé en couche mince fixé entre les extrémités supérieures et inférieures des lames L1 et L3 et respectivement L2 et L4 et générant une charge électrique par les mouvements de flexion des binômes de lame.

Dans un dernier mode de réalisation préférentiel (désigné mode 4), on décrit le système récupérateur d’énergie en forme de balancier extérieur au système de stimulation électrique et relié à ce dernier uniquement par un conducteur isolé électriquement afin de véhiculer les charges produites. Dans le cas d’un dispositif implanté dans un être vivant, le système récupérateur d’énergie selon l’invention en forme de balancier est traité pour être biocompatible, par exemple à l’aide de glutaraldéhyde, de parylène ou bien à l’aide d’un revêtement par un tissu biologique (à base de péricarde de porc ou de bœuf de cellules cultivées in vitro homologues ou hétérologue au patient) sur les lames et les masses oscillantes afin d’éviter les réactions allergiques et thrombogènes. Les lames peuvent être ou bien réalisées suivant le Mode 1 ou 2 selon l’invention dans ce contexte avec l’application du traitement biocompatible utilisé en routine dans le cadre des valves cardiaques biologiques depuis plus de 50 ans.

L’intérêt de ce mode de réalisation est une augmentation de la quantité d’énergie récupérée puisqu’il n’y a pas d’absorption par l’enveloppe du dispositif de stimulation électrique d’une partie de la contrainte mécanique exercée sur le dispositif et donc une génération d’énergie optimisée. Le fait de pouvoir aligner de façon préférentielle le récupérateur d’énergie sur la contrainte mécanique via une rotation passive permet là encore de permettre un plus grande résilience du système et de le miniaturiser.

De façon caractéristique, l’axe central (C) possède des moyens de récupération des charges produites par l’élément piézoélectrique et permet de les amener aux 2 extrémités du cylindre ou bien à l’organe de stockage d’énergie (noté E) en utilisant une électrode conductrice faisant le lien ou bien en utilisant un matériau conducteur comme composant de l’axe central (C).

Dans le mode de réalisation « mode 1 », l’axe central C comporte au niveau de ses extrémités une zone électriquement isolante (notée G sur la ) délimitant d’un côté la jonction avec le roulement mécanique, préférentiellement à billes et de l’autre la zone composée avec les transducteurs piézoélectriques selon l’invention. De façon spécifique de ce mode de réalisation, l’électronique du dispositif sera connectée à la partie de l’axe central située du côté du roulement à bille (désigné par K sur la ).

Dans les modes de réalisation « mode 1 » ,« mode 2 » ou « mode 3 », le roulement mécanique, préférentiellement à billes est conçu pour pouvoir conduire les charges électriques du rotor vers le stator comme cela est proposé par exemple dans les roulements de la société Klüber (par exemple sous la référence Klüberlectric BE 44-152 de Klüber Lubrication visible sur le site internet https://www.klueber.com/fr/fr/produits-et-services/produits/klueberlectric-be-44-152/9955/) ou bien par des lubrifiants conducteurs de la marque tecnolubeseal (par exemple sous la référence Nyogel 753G ou bien Nyogel 756G visible sur le site « http://www.tecnolubeseal.it/products/dissipative-or-conductive-pastes/?lang=en » ) ou de tous les autres équivalents fonctionnels.

L’énergie du pulse électrique sera donc conduite du rotor vers le stator du dispositif puis vers la zone en contact avec le tissu à stimuler ou bien vers l’organe de stockage d’énergie.

L’avantage du roulement à billes réside en ce que le transducteur ne va pas être sollicité directement pour s’aligner et donc va limiter le phénomène d’usure comme dans le cas d’une rotule à doigt. Cela renforce la longévité du dispositif.

De façon caractéristique, la composition en forme de balance du transducteur piézoélectrique permet la mise au point d’un équilibre qui n’est rompu que par une modification des contraintes extérieures (par exemple orientation du corps, modification de l’axe du flux sanguin, majoration du débit exercé sur le dispositif) en cherchant un nouvel équilibre sans avoir besoin d’un actionneur externe d’une part et le système n’est pas limité par un nombre de tours autour de son axe tout au long de son fonctionnement contrairement à EP 3693056 où le dispositif est limité à une rotation de 180°par rapport à sa position initiale grâce à l’utilisation de roulements mécaniques conducteurs passifs.

De façon caractéristique, le fait d’utiliser comme système récupérateur d’énergie un nombre de lame supérieur ou égal à 2 (de préférence supérieur à 6) permet de majorer la robustesse du système en cas de défaillance d’une lame en cas de défaut technique.

De même, le fait d’obtenir une génération d’énergie décentralisée par chaque lame permet d’optimiser le nombre de couples de lames nécessaires afin de générer la quantité d’énergie souhaitée de façon plus simple que dans un système à lame unique et ainsi d’aboutir à une miniaturisation plus poussée du dispositif.

De façon caractéristique, c’est la capacité de mise en mouvement du transducteur piézoélectrique par sa structure en balancier qui va permettre de l’aligner de façon optimale avec la contrainte physique exercée sur le système de stimulation et obtenir un meilleur rendement énergétique cycle à cycle. Cela est rendu possible quelle que soit la composition du transducteur électromécanique.

Par exemple, dans le cas d’un transducteur électromagnétique, le dispositif implanté soumis à un champ magnétique externe donné permet un meilleur alignement des lames et optimise l’effet d’induction générateur du courant recherché pour alimenter le dispositif de stimulation électrique.

Cette méthode d’alignement sur la contrainte mécanique permet ainsi de pouvoir augmenter la quantité d’énergie récupérée à chaque cycle et par suite, de diminuer l’amplitude de déplacement de la masse sismique et ainsi de réduire le diamètre du dispositif et par conséquent les dimensions du système récupérateur d’énergie. On peut envisager une diminution de 30% à 50% du volume dédié à la récupération d’énergie avec ce système en comparaison avec les dispositifs existants.

Le dispositif ainsi décrit peut être appliqué à tout système en mouvement et ne se limite pas uniquement aux dispositifs implantés dans le cœur mais peut être également placé extérieurement sur une machine ou bien sur le corps d’un patient (par exemple un capteur d’une constante biologique).

On obtient ainsi un dispositif de récupération d’énergie optimisé à 3 dimensions avec un gain en terme de volume réduit pour une même récupération d’énergie.

De façon préférentielle, on utilise l’espace mort (E) compris entre les positions extrêmes des lames pour localiser des éléments techniques (électronique, batterie tampon, système de communication…).

Dans un mode préférentiel de réalisation, l’espace mort contiendra en plus de l’espace alloué au stockage d’énergie, l’électronique du dispositif et l’organe générant le pulse électrique. Ces éléments techniques pouvant ou bien être fixés sur l’axe central (C) du dispositif de récupération d’énergie dans le mode de réalisation 1 ou 3 ou bien dans les modes de réalisation 2 ou 3 sur le ou les rotors du système sans contact direct avec l’axe central ( C ) ou bien en contact avec les 2 (axe central et rotor).De façon caractéristique et en conséquence de leur éléments de fixation, l’ensemble du système de récupération d’énergie et électronique/stockage de l’énergie du dispositif positionnés dans l’espace (E) se déplaceront simultanément et dans la même proportion que les lames du transducteur électromécanique.

Ainsi, en regroupant dans l’espace mort (E) l’électronique et le stockage en énergie, on optimise le volume dédié à la récupération d’énergie qui peut être développée sur l’ensemble de la longueur du dispositif de stimulation en évitant la division en volumes indépendants juxtaposés qui augmentent le volume total du dispositif.

L’invention concerne également un procédé de fonctionnement du dispositif de stimulation électrique pour la production et la récupération d’énergie selon les figures 3 à 7 caractérisé par les étapes suivantes: 1) Application d’une contrainte mécanique extérieure sur la paroi du dispositif puis 2) mise en mouvement des supports en binôme en forme de balancier (lames ou disques) du fait de la contrainte appliquée en 1) puis 3) rotation passive du balancier jusqu’à son point d’équilibre, puis 4) oscillation de chaque binôme de lame ou disque, puis 5) production de charges électriques par effet piézoélectrique ou électrostatique et 6) récupération des charges jusqu’à une batterie tampon ou un réservoir de stockage.

L'invention dans son intégralité telle que décrite, englobe également les variantes offrant les mêmes fonctionnalités et avantages. Les exemples des différentes possibilités de réaliser l'invention sont des illustrations et non sont pas à âtre limitées par celle-ci. Au contraire, la présente invention comprend toutes les variantes mettant en œuvre les caractéristiques innovantes construites sur les équivalents fonctionnels.

Description des figures

représente une coupe longitudinale du dispositif de stimulation selon l’invention

A.axe central.

B.lame en binôme diamétralement opposée à l’axe central

C.masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B

D.dispositif de stimulation

représente une vue du dispositif de stimulation suivant le mode 1 de réalisation

A.Axe central

B.lame en binôme diamétralement opposée à l’axe central

C1.masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B.

C2.masse oscillante d’un binôme d’une géométrie différente et d’une masse différente de celle de C1.

D.dispositif de stimulation

E.espace mort de part et d’autre de l’axe central solidaire comportant les éléments tels que l’électronique,la batterie tampon.

F.Jonction entre l’espace mort et l’axe central qui permet de récupérer les charges produites par le transducteur électromécanique.

N.Isolant électrique

K.conducteur électrique

représente une coupe perpendiculaire à l’axe central passant par un binôme de lame suivant le mode 1.

A.Axe central

B.lame en binôme diamétralement opposée à l’axe central

C1.masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B.

H.revêtement de la lame par un matériau présentant un effet piézo-électrique (ici,revêtement partiel sur les 2 faces de la lame B)

représente une coupe perpendiculaire à l’axe central passant par un binôme de lame suivant le mode 2.

B.lame en binôme diamétralement opposée à l’axe central

C1.masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B.

E.espace mort de part et d’autre de l’axe central solidaire comportant les éléments techniques tels que l’électronique,la batterie tampon.

F. rotor du roulement à billes

G.stator du roulement à billes

H.revêtement de la lame par un matériau présentant un effet piézo-électrique

représente une vue de profil suivant le mode de réalisation « mode 2 »

A.Axe central

B.lame en binôme diamétralement opposée à l’axe central

C1.masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B.

C2masse oscillante positionnée à l’extrémité libre de la lame B.

F. rotor du roulement à billes

G.stator du roulement à billes

représente une vue du dispositif de récupérateur d’énergie selon le « mode 3 ».

A.Axe central

L1.lame 1

L2.Lame 2

F1.film fin composé de PVDF-TrFE fixé sur L1 et L2 dans leur partie supérieure.

F2.Film fin composé de PVDF-TrFE fixé sur L1 et L2 dans leur partie inférieure

M.masse oscillante fixée sur l’extrémité distale des lames 1 et 2.

représente une vue du dispositif de récupérateur d’énergie selon le « mode 3 » avec 2 roulement à billes positionnés le long de 2 binômes de lames.

A.Axe central

L1.lame 1

L2.Lame 2

M.masse oscillante fixée sur l’extrémité distale des lames 1 et 2.

F. rotor du roulement à billes

G.stator du roulement à billes

Claims

Dispositif de stimulation électrique ayant un axe de symétrie soumis à une contrainte extérieure caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie composé par un ou plusieurs binômes de supports, lames ou disques flexibles fixés perpendiculairement sur un axe central ayant une direction identique à celle de l’axe de symétrie du dispositif, lesdits supports, lames ou disques étant diamétralement opposés par binôme et en ce que les supports lames ou disques sont mobiles en rotation , de sorte à aligner le dispositif de récupération d’énergie sur l’axe de la contrainte mécanique extérieure, l’alignement étant propre à être obtenu par une rotation passive du dispositif de récupération d’énergie en fonction de la contrainte mécanique extérieure exercée sur le dispositif et possèdent une masse identique par binôme de supports, lames ou disques à leur extrémité libre.
Dispositif de stimulation électrique selon la revendication 1 présentant une forme cylindrique caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binômes de support, lames ou disques, flexibles fixées perpendiculairement sur un axe central ayant une direction identique à celle du grand axe du cylindre, lesdits supports, lames ou disques, étant diamétralement opposées et en ce que les supports, lames ou disques sont mobiles en rotation , de sorte à aligner le dispositif de récupération d’énergie sur l’axe de la contrainte mécanique extérieure, l’alignement étant propre à être obtenu par une rotation passive du dispositif de récupération d’énergie en fonction de la contrainte mécanique extérieure exercée sur le dispositif et possèdent une masse identique par binôme de supports, lames ou disques à leur extrémité libre.
Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les lames ou les disques en binôme s’implantent sur un axe central cylindrique ou parallélépipédique caractérisé en ce que les 2 extrémités de l’axe central sont implantées sur le rotor d’un roulement à billes, le stator du roulement étant solidaire du corps du dispositif de stimulation électrique
Dispositif de stimulation électrique selon la revendication 1,2 ou 3 caractérisé en ce qu’il comporte un récupérateur d’énergie caractérisé en ce qu’il est composé par un ou plusieurs binômes de lames ou de disques en binôme fixés sur le rotor d’un roulement à billes et que le stator du roulement à bille est solidaire d’un axe central ayant la même direction que l'axe de symétrie du dispositif d’une part et que les lames ou les disques possèdent à leur extrémité libre une masse identique pour chaque binôme.
Dispositif selon la revendication 1,2,3 ou 4 caractérisé en ce que les lames ou les disques sont recouvertes en tout ou partie par un matériau à effet piézoélectrique ou par un matériau électromagnétique.
Dispositif de récupération d’énergie selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 selon l’invention fonctionnant par effet piézoélectrique, le dispositif de récupération d’énergie comprenant un transducteur électromécanique, caractérisé en ce qu’il est formé de 4 lames flexibles L1, L2, L3 et L4 caractérisées :
a) en ce qu’elles appartiennent au même plan au repos,
b) en ce qu’elles sont fixées sur une de leur extrémité sur un axe central commun ou sur un rotor d’un roulement mécanique dont le stator est fixé sur un axe central commun
c) en ce que L1 est diamétralement opposée à L2 par rapport à l’axe central
d) en ce que L3 est diamétralement opposée à L4 par rapport à l’axe central
e) en ce que les extrémités libres de L1 et de L3 sont solidaires d’une masse M
f) en ce que les extrémités libres de L2 et de L4 sont solidaires d’une même masse M,
le transducteur électromécanique étant formé d’un film de PVDF-TrFE, polyvinylidine difluoride trifluoroethylene, ou bien d’un film de PVDF-TrFE (Polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) associé à une couche de graphène ou bien d’un polymère à effet piézoélectrique réalisé en couche mince fixé entre les extrémités supérieures et inférieures des lames L1 et L3 et respectivement L2 et L4 et générant une charge électrique par les mouvements de flexion des binômes de lame.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes en ce que le dispositif est un stimulateur musculaire.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes en ce que le dispositif est un stimulateur nerveux.
Procédé de fonctionnement d’un dispositif de stimulation électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour la production et la récupération d’énergie caractérisé par: 1 ) Application d’une contrainte mécanique extérieure sur la paroi du dispositif, 2) mise en mouvement des supports en binôme en forme de balancier, lames ou disques, du fait de la contrainte mécanique appliquée en 1), 3) rotation passive du balancier jusqu’à son point d’équilibre, 4) oscillation de chaque binôme de support, lame ou disque, 5) production de charges électriques par effet piézoélectrique ou électrostatique, 6) récupération des charges jusqu’à une batterie tampon ou un réservoir de stockage.