WO2015136225A1 - Dispositif mecanique destine a la generation d'une energie electrique - Google Patents

Dispositif mecanique destine a la generation d'une energie electrique Download PDF

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WO2015136225A1
WO2015136225A1 PCT/FR2015/050611 FR2015050611W WO2015136225A1 WO 2015136225 A1 WO2015136225 A1 WO 2015136225A1 FR 2015050611 W FR2015050611 W FR 2015050611W WO 2015136225 A1 WO2015136225 A1 WO 2015136225A1
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WO
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movable body
ramp
blade
mechanical
plane
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050611
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English (en)
Inventor
Jean-Frédéric Martin
Sébastien DIDIER
Original Assignee
Arveni
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.)
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Publication date
Application filed by Arveni filed Critical Arveni
Publication of WO2015136225A1 publication Critical patent/WO2015136225A1/fr

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H10N30/306—Cantilevers

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical energy generators incorporating a mechanical system adapted for the oscillation of a mechanical device, such as a blade, by the application of a mechanical pulse.
  • An electric generator is a device comprising a mechanical system capable of producing electrical energy from another form of energy, and in particular from a mechanical energy.
  • This electrical energy may for example be consecutive to the deformation of piezoelectric elements or to the variation of a magnetic field inside a solenoid.
  • a piezoelectric electric energy generator the mechanical energy used to induce the deformation of piezoelectric elements is converted into electrical energy.
  • a piezoelectric material is electrically polarized under the action of a mechanical stress.
  • a deformation exerted on this piezoelectric material generates charges that can be measured electronically.
  • a piezoelectric generator is for example described in the document WO 2010/007309, and includes in particular one or more vibrating blades, each having a free end that can oscillate under the effect of a mechanical pulse exerted by a mechanical device.
  • Piezoelectric elements reported on the faces of the blades deform under the effect of these oscillations, causing the appearance of electrical energy at the terminals of each of the piezoelectric elements.
  • the electrical energy thus produced can be processed to adapt to the power supply of a load such as a radio module, a sensor or electronic components.
  • the object of the present invention is therefore to propose a mechanical device intended for the generation of electrical energy, of the type incorporating at least one vibrating blade and a mechanical system capable of ensuring the application of at least one mechanical pulse on this blade.
  • the mechanical system is particularly capable of applying at least one mechanical pulse of predetermined force and amplitude to the blade in response to a control member actuated by a user.
  • the mechanical device of the present invention has the particular advantage of being compact and allow the application of a large number of successive mechanical pulses on the blade.
  • the subject of the invention is thus a mechanical device intended for the generation of an electrical energy comprising at least one movable body able to move in two opposite directions, and a first mechanical subassembly formed in particular of a vibrating blade, by example of flexible material, and at least one ramp provided with two opposite stress surfaces.
  • the vibrating blade has a fixed end secured to a frame and a free end provided with a projection. This blade is also able to oscillate in a preferred plane of flexion around its rest position.
  • the ramp is secured to the movable body and is particularly shaped to allow:
  • a first continuous sequence defined by the positioning of the free end of the blade in a state of bending stress via the sliding of the projection along one stress surfaces, followed by the instantaneous release of this state of stress at the end of this sliding.
  • the mechanical device of the invention integrates at least one ramp intended for the application of a mechanical pulse of predetermined force and amplitude on the blade.
  • the sliding of the projection along one of the stress surfaces of the ramp must induce the spacing of the blade relative to its rest position and therefore the application of a mechanical stress on the blade .
  • the stress applied to the blade is preferably continuous and increasing throughout the sliding of the projection on the ramp.
  • the instantaneous release of this state of stress which results in the arrival of the projection at the end of ramp, makes it possible to obtain movements of beats of the blade around its rest position and in its plane of flexion. privileged.
  • the ramp may also be shaped to allow the projection to slide along the other constraint surface as the moving body moves in the other opposite direction.
  • This solution is particularly well suited to electric generators made in the form of control point, such as remote control, switch, opening detector.
  • the ramp may also be shaped to allow a second sequence when moving the moving body in the other opposite direction.
  • This second sequence is defined in particular by the positioning of the free end of the blade in another state of flexural stress via the sliding of its projection along the other stress surface of the ramp, followed by the instantaneous release of this other state of stress at the end of said sliding along said other stress surface.
  • the stress state of the first sequence results in the spacing of the free end of the blade relative to its rest position in a first direction of bending.
  • the other state of stress of the second sequence results in the separation of the free end of the blade relative to its rest position in a second direction of flexion opposite to the first direction of bending.
  • the mechanical device may further comprise a second mechanical subassembly of structure substantially similar to the first mechanical subassembly.
  • the first and second mechanical subassemblies each comprise a vibrating blade and at least one ramp.
  • the blades of the first and second mechanical subassemblies are able to oscillate in the same preferred bending plane around their respective rest position
  • the first and second subassemblies are arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry perpendicular to this plane of flexion, and have a simultaneous and symmetrical operation with respect to the plane of symmetry during the displacement of the movable body in the two opposite directions.
  • each of the first and second mechanical subassemblies may further comprise at least one support secured to the movable body. This support may be provided with a proximal surface substantially parallel to the plane of flexion, from which the stress surfaces extend perpendicularly.
  • Each stress surface may have a substantially linear profile
  • the opposed stress surfaces of each ramp may be substantially parallel to each other.
  • Each stress surface may also have a substantially curved profile to accommodate a particular stress profile.
  • one of the ends of the ramps may have a steeper slope to accentuate the breakage of effort due to release and provide feedback to the level of the feeling of the finger of the user.
  • each of the stress surfaces forms a non-zero angle ⁇ with respect to one of the main surfaces of the blade in the rest position.
  • the angle ⁇ may be such that the force applied to the blade during the sliding of the projection according to the first and / or second sequence (s) is increasing.
  • the length of the stress surface ie the distance traveled by the projection during its sliding
  • the angle a ie the angle that is desired apply to the blade, or depending on the effort to be provided at the control member. It is thus possible to make the application of a mechanical pulse of predetermined amplitude and force, independent of the characteristics of the action of the user on the control member.
  • the application of the mechanical pulse on the blades can be avoided by the use of a ramp of less rigid material, namely flexible or flexible, to limit any state of bending stress of the blades during the return path of the moving body.
  • This material may be for example a thin foil, for example about 0.2 mm stainless steel spring.
  • the ramp is secured to the movable body by one of its ends, the other of its ends being free and flexible, the ramp having a flexible zone and being provided with at least one lateral recess through which the protrusion passes during the displacement of the movable body;
  • the movable body is further provided with a holding surface opposite said other constraint surface of the ramp, said holding surface being shaped for:
  • the projection is allowed to slide along said other constraint surface of the ramp and the free end of the ramp is free to deform under the stress applied by the projection.
  • the free end of the ramp is brought into contact with the holding surface, thus conferring sufficient rigidity to the ramp to allow the application a mechanical impulse to the blade.
  • the flexible zone of the ramp may be located at the edges of the recess.
  • the edges of the lateral recess preferably form a damping zone capable of preventing the oscillation of the blade at the end of the sliding of the projection induced by the displacement of the movable body in the other direction.
  • the projection is positioned between the ramp and the holding surface, thus forcing the free end of the ramp to bend and thereby limit any state of stress to the blade .
  • the projection passes through the lateral recess which, because of its flexible edges, prevents any sudden release of the blade during the return of the mobile body in its initial position.
  • the ramps can be obtained by means of a pre-cut plate and constrained at the time of attachment to the movable body so as to form the ramps described above.
  • the device may comprise a flexible plate formed of a common portion from which two distinct portions extend.
  • the common portion is intended to be fixed to the movable body and the free end of the two distinct portions is preferably fixed to the movable body or brought into contact with the movable body in a configuration in which the two distinct portions are constrained in two opposite directions. .
  • These two distinct and constrained portions form the ramps of the two mechanical subsets respectively.
  • this solution can also be adapted to produce a device incorporating a single mechanical subset. In this case, it suffices to cut the plate to form the contours of the ramp and to constrain the plate at the time of attachment to the movable body to obtain the appropriate angle of the ramp relative to the blade.
  • the movable body may be coupled to a drive means adapted to ensure its displacement in the two opposite directions in response to the actuation of the control member.
  • the movable body can move either in translation or in rotation.
  • Each of the projections may be a separate element of the blade, secured to the free end of the blade.
  • the projection may also be an integral part of the blade and may for example be made in the form of an extrusion, or obtained by making a recess of a portion of the blade.
  • the projections can be obtained by machining the blade or by adding a piece adapted to the end of the blade.
  • each of the projections may therefore extend transversely or longitudinally from the free end of the blade to which it is attached.
  • each of the blades has at least one projection that can extend laterally and / or longitudinally from their free end, said projection being adapted to cooperate with an external mechanism for the application of a mechanical stress on said free end.
  • the external mechanism is particularly shaped to ensure the application of a pulse force on the free end of the blades, that is to say the application of a predetermined force and amplitude of stress and instant release blades.
  • the projections can be obtained by machining the blade or by adding a piece adapted to the end of the blade.
  • the movable body can move in translation along an axis normal to a plane defined by the directions of the projections.
  • the normal axis is substantially parallel or included in the plane of symmetry.
  • the movable body can move in translation along a translation axis substantially parallel to the longitudinal direction of the blades in the rest position.
  • the movable body can move in translation along an axis of translation substantially perpendicular to the longitudinal direction of the blades in the rest position.
  • the device of the invention may allow the return of the movable body in its initial position. It is possible to take advantage of this return of the moving body to apply another mechanical pulse on the blade, but it is also possible to adapt the device to avoid any application of such a mechanical pulse on the blade during this return.
  • each of the first and second mechanical subassemblies may further comprise:
  • a support secured to the movable body and provided with a proximal surface substantially parallel to the plane of flexion and from which the stress surfaces extend perpendicularly, this support being rotatably mounted in the plane of flexion between a position of initial rotation and a final rotational position;
  • a holding block provided with at least one holding surface arranged facing said other constraint surface of said corresponding ramp, said holding surface being shaped to allow, during the displacement of the moving body in said opposite direction, the simultaneous sliding of the projection along said other stress surface and said holding surface, said simultaneous sliding inducing a pivoting of the support to its final rotational position, and the absence of bending stress on said blade.
  • the projection comes into contact with the holding surface and the said other constraint surface.
  • the projection is enclosed between these two surfaces.
  • the holding surface is preferably fixed, and the blade tends to return to its rest position, the sliding of the projection on these two surfaces induces the rotation of the support (and therefore the ramp). Therefore, there is therefore no mechanical stress on the blade capable of generating a mechanical pulse and therefore an oscillation of the blade during the return of the movable body in its initial position.
  • the movable body can move in rotation in at least one of the two opposite directions around an axis of rotation contained in the bending plane and oriented perpendicular to the plane of symmetry.
  • the displacement of the movable body is pivotal about a pivot axis substantially parallel to the plane of flexion of the blades. This configuration is particularly suitable for producing an electric generator in the form of a toggle switch.
  • the movable body moves in rotation in at least one of the two opposite directions about an axis of rotation contained in the plane defined by the directions of the projections and in the plane of symmetry.
  • the movable body rotates in two opposite directions around an axis of rotation contained in the bending plane and oriented in the longitudinal direction of the blade at rest.
  • the movable body may comprise a support provided with a surface substantially perpendicular to the plane of bending, from which extend the stress surfaces of the ramps. In this case, the axis of rotation is perpendicular to this surface.
  • Each of the first and second mechanical subassemblies further comprises a plurality of ramps arranged on said movable body and allowing a predefined succession of first and second sequences during the displacement of the movable body in each of the two opposite directions.
  • each of the first and second mechanical subassemblies may comprise a plurality of ramps arranged on the movable body and allowing an alternation of first and / or second sequences during the displacement of the movable body in the respective two opposite directions.
  • the ramps are here arranged sawtooth.
  • each of the first and second mechanical subsets may comprise a plurality of ramps arranged on the movable body and allowing a succession of first sequences during the displacement of the movable body in one of the opposite directions and a succession of second sequences during moving the moving body in the opposite direction.
  • the ramps are here arranged parallel to each other.
  • each of the first and second subassemblies further comprises an annular support secured to the movable body and having a central axis of symmetry. This annular support is delimited radially by an inner annular face of which extends a plurality of ramps. The moving body moves in two directions opposite this central axis of symmetry, and each mechanical subassembly is disposed within this annular support.
  • At least one piezoelectric element can be deposited on at least one of the main faces of the blade.
  • the oscillation of the blade induces the deformation of the piezoelectric element or elements and therefore the generation of electrical energy.
  • the blade itself may be a piezoelectric material. In this case, it is understood that it is not necessary to add additional piezoelectric elements since the blade can itself play the role of the piezoelectric element.
  • the device may further comprise electronic means for recovering and processing the energy generated by the mechanical system, able to generate an electric voltage suitable for supplying a load.
  • FIG. 1A is a partial schematic representation of a mechanical device according to a variant of the invention.
  • FIG. 1B is a partial schematic representation of a portion of the device of FIG. 1A;
  • FIGS. 3A to 3F are partial schematic representations of the mechanical device of FIG. 1A, according to different operating steps;
  • FIG. 4 is a partial schematic representation of the mechanical device according to another variant
  • FIG. 5 is a partial schematic representation of the mechanical device according to another variant
  • FIG. 6 is a partial schematic representation of the mechanical device according to another variant
  • FIG. 7 is a partial schematic representation of the mechanical device according to another variant.
  • FIGS. 8A to 8F are partial schematic representations of the mechanical device of FIG. 7, according to various operating steps;
  • FIG. 9A is a partial schematic representation of a mechanical device according to another variant of the invention.
  • FIG. 9B is a partial schematic representation of a portion of the device of FIG. 9A;
  • FIG. 10 is a partial schematic representation of a mechanical device according to another variant of the invention.
  • FIG. 11 is a partial schematic representation of a mechanical device according to another variant of the invention.
  • FIG. 12A is a partial schematic representation of a mechanical device according to another variant of the invention.
  • FIG. 12B is a partial schematic representation of a portion of the device of FIG. 12A;
  • FIG. 13 is a partial schematic representation of a mechanical device according to another variant of the invention.
  • FIG. 14 is a partial schematic representation of a mechanical device according to another embodiment of the invention, wherein the ramps form a single piece cut;
  • FIG. 15 is a perspective view of the blank of FIG. 14. Detailed discussion of particular embodiments
  • the mechanical devices presented below both include blades.
  • two mechanical subsets can be identified in the mechanical devices presented hereinafter.
  • These two subassemblies have similar or identical structures, and are arranged to operate simultaneously and symmetrically.
  • each of these mechanical sub-assemblies are formed in particular of a blade cooperating with at least one ramp. It is of course possible to adapt the structures presented below for operation with a single blade.
  • FIGS. 1A and 1B The general structure of a mechanical device according to a first variant is shown in FIGS. 1A and 1B.
  • This mechanical device comprises in particular a frame 1 on which are fixed first and second blades 20, 21 vibrating, and a body 3 movable relative to the frame 1 and the first and second blades 20, 21.
  • Each of the first and second blades 20, 21 thus has a fixed end 200, 210 secured to the frame 1 and a free end 201, 211.
  • the first and second blades 20, 21 can therefore be forced in two opposite directions and are therefore suitable for oscillate around their respective rest positions in a common Pf 5 bending plane.
  • the free end 201, 211 of each of the first and second blades 20, 21 is provided with a projection 40, 41 extending transversely.
  • the movable body 3 is in particular formed of a support 30 provided with a proximal surface 300 substantially parallel to the bending plane P.sub.1.
  • the first ramp 60 is intended to cooperate with the first blade 20 and is provided with two opposite stressing surfaces 600, 601 which extend substantially perpendicular to the proximal surface 300
  • the second ramp 61 is intended to cooperate with the second blade 21 and is also provided with two opposed stress surfaces 610,
  • the movable body 3 is disposed near the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21, and is able to move in two opposite directions.
  • the mobile body 3 moves in translation along an axis of translation 0 contained in the plane of symmetry Ps and oriented in the longitudinal direction of the blades 20, 21.
  • the displacement of the moving body 3 in this variant tends to bring or move the movable body 3 of the frame 1.
  • the first ramp 60 is fixedly mounted on the support 30 and is arranged to allow the sliding of the projection 40 of the first blade 20 on its surfaces. Stresses 600, 601 during the displacement of the movable body 3.
  • the second ramp 61 is fixedly mounted on the support 30 and is arranged to allow the sliding of the projection 41 of the second blade 21 on its surfaces. constraints 610, 611 during the displacement of the movable body 3.
  • the displacement in translation of the movable body 3 can in particular be limited by two stops 80, 81.
  • the displacement of the movable body can be ensured by any drive means coupled to an element control.
  • the displacement of the mobile body 3 can be ensured by a set of sleeves 50, 51 secured to the support 30 and
  • each ramp may have a substantially linear profile ( Figure 2A), and the opposite stress surfaces may be substantially parallel to each other.
  • Each of the stress surfaces may form a non-zero angle ⁇ with respect to one of the major surfaces of the blade.
  • the angle formed between the stress surface 600 and the plane of symmetry Ps is preferably less than 45 ° to avoid excessive friction and shocks at initiation.
  • each ramp 60, 61 may have a length d substantially equal to a few millimeters, and preferably at least equal to two millimeters. In general, the angle ⁇ and the distance d determine the amplitude of the mechanical pulse applied to the blade. Of course, as illustrated in Figures 2B and 2C, each ramp 60, 61 may also have a substantially curved profile.
  • first mechanical subassembly is formed by the first blade 20 in cooperation with the first ramp 60
  • second mechanical subassembly is formed by the second blade 21 in cooperation with the second ramp 61.
  • second and first mechanical subassemblies are arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry Ps and operate simultaneously and symmetrically with respect to the plane of symmetry Ps.
  • the operation for each of the first and second subassemblies is translated by :
  • a first sequence defined by the positioning of the free end 201, 211 of the blade 20, 21 in a state of flexural stress via the sliding of the projection 40, 41 along one of the stress surfaces 600, 611 and the instantaneous release of this state of stress at the end of this sliding;
  • the blade is constrained, preferably increasing as a function of the value of the angle a, for a period of time defined in particular by the length d of the stress surface on which the protrusion slides.
  • the movable body moves in translation between an initial position and a final position in a first direction Da tending to bring the movable body 3 of the frame 1 and in a second direction Dr opposite the first direction Da and tending to move the movable body 3 away from the frame 1.
  • the movable body 3 is in its initial position when it reaches one of the stops 81 and the movable body is in its final position when it reaches the other stop 80.
  • the distance between the two stops 80, 81 must be such that it allows the protrusion to leave the ramp at the end of each slide.
  • the displacement of the moving body according to the first sequence can be according to the first direction Da or the second direction Dr.
  • the first and second ramps 60, 61 come closer to the free ends 201, 211 of the respective first and second blades, and therefore of the projections 40, 41.
  • the first and second ramps 60, 61 are then positioned in the space between the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21.
  • each projection 40, 41 slides along one of the stress surfaces 600, 611 of the ramp 60, 61 associated therewith.
  • the first and second ramps 60, 61 are positioned so that when moving in the first direction Da, the sliding of the projections 40, 41 induces the spacing of the first and second blades 20, 21 between them.
  • the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21 flex in opposite directions with respect to the plane of symmetry Ps.
  • Each of the first and second blades 20, 21 is therefore placed in a state of constraint. .
  • each projection 40, 41 slides on the other constraint surface 601, 610 of the ramp 60, 61 associated with it. In this case, the sliding of the projections on the ramps induces the approach of the free ends of the blades together.
  • the projections 40, 41 reach the end of the ramp (FIG. 3F)
  • the first and second blades 20, 21 are again released from their state of stress and are then free of stress. swing around their respective rest positions.
  • the return of the movable body 3 in its initial position can be initiated automatically via means elastically or manually via the actuation of the movable member by the user.
  • the movement of the movable member may be completely different from that of the moving body.
  • a rotation of the control member may cause a translation of the movable body, or a rotation of the movable body. This can be achieved by implementing a rack and pinion motion transmission system.
  • the ramps 60, 61 can also be arranged in such a way as to allow the blades 20, 21 to move closer together as the moving body 3 moves in the first direction Da and to allow the spacing blades 20, 21 between them during the displacement of the movable body 3 in the second direction Dr. The rest of the structure remains unchanged.
  • FIG. 5 illustrates another variant of the mechanical device which authorizes the application of a succession of mechanical pulses on the blades during displacements of the movable body in each of the opposite directions.
  • the structure of the mechanical device is similar to that of FIG. 1A with the difference that the support of the mobile body comprises a plurality of distributed ramps and arranged so as to allow the application of a succession of mechanical impulses on each of the blades during the movements of the moving body in each of the opposite directions.
  • the first mechanical subassembly is formed by the first blade 20 in cooperation with a first series of ramps 60a, 60b, 60c, for example three ramps, arranged in a sawtooth pattern on the support 30.
  • the second mechanical subassembly is formed by the second blade 21 in cooperation with a second series of ramps 61a, 61b, 61c, for example three ramps, also arranged in a sawtooth on the support 30.
  • the first and second subassembly operating simultaneously and symmetrically with respect to the plane of symmetry Ps, during the displacement in translation of the movable body 3 in the first direction Da, the first and second blades 20, 21 will deviate from each other, then oscillate a first time, then get closer to each other, swing a second time, again move away from each other, and finally swing a third time. Operation is reversed when moving the moving body in the second direction Dr.
  • the first and second mechanical subassemblies perform a succession of first and second sequences during the displacement of the movable body in one or other of the opposite directions.
  • the ramps may have angles ⁇ and distances d different from each other as a function of the degree of advance of the moving body in the opposite directions, but also as a function of the mechanical coupling between the movable member and the drive means.
  • FIG. 6 The support is made in the form of an annular support 32 secured to the movable body and has a central axis of symmetry.
  • the movable body 3 then moves in rotation in two opposite directions about the central axis of symmetry of the annular support 32.
  • This annular support 32 is defined in particular radially by an inner annular face of which extend the ramps 60, 61.
  • the first and second blades 20, 21 are disposed inside the annular support, and the projections 40, 41 preferably extends longitudinally free ends 201, 211 of the blades 20, 21 Similarly to the variant illustrated in FIG.
  • FIGS. 7 to 8F illustrate another variant of the mechanical device in which the mechanical pulse is applied only in one of the moving directions of the moving body.
  • the mobile body 3 moves in translation along the first and second directions Da, Dr.
  • the first mechanical subassembly comprises the first blade 20 cooperating with a first ramp 60 fixed to a first support 30a secured to the movable body 3.
  • This first support 30a is provided with a proximal surface 300a substantially parallel to the plane of flexion of the blades, and is rotatably mounted in the bending plane Pf of the first blade 20 between an initial position and a final position.
  • this first support 30a is coupled to an elastic means 31a tending to bring back the first support 30a in the initial rotational position.
  • the first ramp is provided with two opposed stressing surfaces 600, 601.
  • the first subassembly further comprises a first holding surface 90 arranged vertically above the other constraint surface 601 of the first ramp 60.
  • this stress surface is preferably attached to a holding block 9 secured to the movable body 3.
  • this first holding surface 90 is preferably shaped to allow, during the displacement of the movable body 3 in the second direction Dr, the sliding simultaneous projection 40 along the other stress surface 601 and the first holding surface 90, this simultaneous sliding inducing a pivoting of the support to its final rotational position.
  • the second mechanical subassembly is formed by a second support 30b secured to the movable body 3.
  • This second support 30a is also provided with a proximal surface 300b substantially parallel to the plane of flexion of the blades, and is also mounted movably in rotation in the bending plane Pf of the second blade 21 between an initial position and a final position.
  • this second support 30b is also coupled to a resilient means 31b tending to bring the second support 30b in initial rotational position.
  • a second ramp 61 is secured to this second support 30b and is intended to cooperate with the projection 41 of the second blade 21.
  • This second ramp is also provided with two opposite stress surfaces 610, 611.
  • the second mechanical subassembly further comprises a second holding surface 91 disposed in line with one of the constraining surfaces 610 of the blade 21, and secured to the holding block 9.
  • the first and second holding surfaces 90, 91 are arranged between the first and second ramps 60, 61.
  • These first and second subassemblies are thus arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry Ps which is perpendicular to the plane of flexion of the blades.
  • These first and second subassemblies operate simultaneously and symmetrically with respect to the plane of symmetry Ps, during the displacement of the movable body 3.
  • the first and second ramps 60, 61 come closer to the free ends 201, 211 of the respective first and second blades (FIG. ), and therefore projections 40, 41.
  • the first and second ramps 60, 61 are then positioned in the space between the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21.
  • Each projection 40, 41 slides (FIG. 8B) then along one of the stress surfaces 600, 611 of the ramp 60, 61 which is associated with it, which induces the spacing of the first and second blades 20, 21 between them.
  • the first and second blades 20, 21 are therefore placed in a respective state of stress.
  • each projection 40, 41 comes into contact with the respective holding surface 90, 91 and the other surface constraint 601, 610 of the ramp 60, 61 associated therewith. Each projection 40, 41 thus slides between the holding surface 90, 91 and said other constraint surface 601, 6011.
  • the holding surfaces 90, 91 are preferably fixed, the sliding of the projections 40, 41 induces the rotation of the first and second supports 30a, 30b ( Figure 8F). No force is then applied to the blades 20, 21, and there is therefore no mechanical stress capable of causing the blades 20, 21 to oscillate. In other words, the movable body is simply brought back to its position. initially without applying mechanical stress to the blades.
  • FIGS. 9A and 9B illustrate another variant of the mechanical device that also makes it possible to apply a mechanical pulse only in one of the moving directions of the moving body.
  • the first and second blades 20, 21 always each have a fixed end 200, 210 secured to the frame 1, and the free end 201, 211 of each of the first and second blades 20, 21 is always provided with a projection 40, 41 extending laterally.
  • the movable body 3 moves in translation along the first and second directions Da, Dr.
  • the first subassembly thus comprises a support 33 secured to the movable body 3, and a first ramp 62 made of flexible or flexible material, designed to cooperate with the projection 40 of the first blade 20.
  • the first ramp 62 is in particular secured to the support 33 at one of its ends.
  • the first ramp 62 is provided with a lateral recess 620 allowing the passage of the projection 40 to pass into this lateral recess 620 during the displacement of the movable body 3 in the first direction Da, thereby generating a pulse.
  • This lateral recess 620 allows an easing of the ramp 62.
  • the ramp 62 being flexible material, it is therefore able to deform under the effect of the force applied by the projection.
  • This solution has the particular advantage of preventing any state of stress of the blade during the return of the movable body in its initial position.
  • the free end of the ramp is brought into contact with the holding surface 331, thus conferring sufficient rigidity on the ramp to allow the application of a mechanical impulse to the blade.
  • the projection is positioned between the other constraint surface 622 of the ramp and the holding surface 331, thus constraining the free end of the ramp to bend and thus limit any state of stress to the blade.
  • the protrusion comes out of the flexible zone which, because of its flexible edges, prevents any stresses of the blade during the return of the movable body in its initial position.
  • the second mechanical subassembly (not completely visible in FIGS. 9A and 9B) is therefore formed of structures similar to the first mechanical subassembly. These first and second mechanical subassemblies are arranged symmetrically and operate simultaneously and symmetrically.
  • FIG. 10 Another variant of the mechanical device is illustrated in FIG. 10.
  • the projections 40, 41 extend, this time longitudinally, from the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21, and the mobile body 3 moves in translation. along an axis of translation Z substantially perpendicular to the plane of flexion Pf of the blades.
  • a first ramp 63a extends from the support 34 of the movable body 3, and each of the constraint surfaces of this first ramp 63a forms a non-zero angle with respect to the main face of the first blade 20 in the rest position .
  • a second ramp 63b also extends from the support 34 of the movable body 3, and each of the stress surfaces of this second ramp 63b forms a non-zero angle with respect to the main face of the second blade 20 in the rest position. It is thus considered that the first mechanical subassembly is formed of the first blade 20 and the first ramp 63a, and that the second mechanical subassembly is formed of the second blade 21 and the second ramp 63b. These two mechanical subassemblies are thus arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry perpendicular to the bending plane Pf, and operate symmetrically with respect to this plane of symmetry during the displacement of the movable body along the Z translation axis. Generally speaking, the operation for each of the first and second subsets is thus translated by:
  • FIG. 11 Another variant of the mechanical device is illustrated in FIG. 11.
  • the projections 40, 41 extend longitudinally from the free ends 201, 211 of the first and second blades 20, 21.
  • the mobile body 3 is in the form of a switch flip-flop device comprising a plane support pivotally mounted around an axis of rotation 350.
  • the axis of rotation 350 is substantially parallel to the plane of flexion Pf of the blades, and substantially perpendicular to the plane of symmetry Ps.
  • One of the ends of the planar support 35 includes first and second ramps 64a, 64b. Each of these ramps 64a, 64b is therefore provided with opposite stress surfaces forming a non-zero angle with the main faces of the blades.
  • the ramps 64a, 64b are rotated in a plane perpendicular to the plane of bending.
  • the pivoting of the movable body 3 about the axis of rotation 350 allows the application of mechanical pulses on the blades 20, 21.
  • the support by a user on the end of the flat support 35 bearing the ramps 64a, 64b induces the pivoting of the plane support 35 from its initial rotational position to its final rotational position.
  • the blades and the ramps cooperate with each other to apply to each of the blades 20, 21 a mechanical pulse.
  • a return means may be coupled to the plane support 35 to ensure the automatic return of the plane support 35 in its initial rotational position in the absence of support by the user.
  • FIGS. 12A and 12B Another variant of the mechanical device is illustrated in FIGS. 12A and 12B.
  • the projections 40, 41 extend longitudinally from the free ends of the blades 20, 21.
  • the movable body 3 is able to move, via the actuation of a drive member 72, in two opposite directions about an axis. rotation R contained in the bending plane Pf and oriented in the longitudinal direction of the blades 20, 21 at rest.
  • the movable body 3 further comprises a first ramp 65a cooperating with the first blade 20 and a second ramp 65b cooperating with the second blade 21.
  • each blade 20, 21 can cooperate with several ramps 66a, 66b so as to generate a succession of mechanical pulse, regardless of the direction of initial orientation.
  • FIG. 14 shows another variant of the invention in which the ramps form a single piece and are obtained by means of a pre-cut plate and constrained at the time of its attachment to the movable body 3 so as to form the ramps described in FIG. above.
  • This plate may be a thin flat sheet pre-cut ( Figure 15) so as to form a common portion 67 from which extend two separate portions 68a, 68b. These two distinct portions 68a, 68b are intended to form the ramps 60, 61.
  • the common portion 67 and the free ends 680a, 680b of the two distinct portions 68a, 68b are fixed to the movable body 3 in a configuration in which the two distinct portions 68a, 68b are forced in two opposite directions to obtain the appropriate angle ⁇ between the ramps and the blades 20, 21.
  • the common portion 67 can be secured to the moving body 3 via a gripping means 301.
  • each of the distinct portions 68a, 68b can be provided with a notch 681a, 681b intended to cooperate with respective hooking points 302 of the movable body 3.
  • each of the separate portions 68a, 68b may also be provided with a lateral recess 682a, 682b preferably made between the common portion 67 and the notch 680a, 680b and through which the protrusion passes s moving the moving body in one of the opposite directions.
  • the various mechanisms presented above make it possible to implement compact and robust devices for the application of mechanical impulse, namely placing stress then sudden release, amplitude and predetermined force to a vibrating blade.
  • the structures presented allow in particular the application of a large number of successive mechanical pulses on the blade, but also a displacement of return type of the movable body on which are fixed the ramps. These different structures are therefore suitable solutions to provide good oscillation of the blades, and therefore a high efficiency in terms of electric power generation.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

Dispositif mécanique destiné à la génération d'une énergie électrique comprenant au moins un corps mobile (3) apte à se déplacer dans deux directions opposées, et un premier sous-ensemble mécanique formé d'une lame vibrante (20) et d'au moins une rampe (60) munie de deux surfaces de contrainte opposées (600, 601). La lame vibrante (20) a une extrémité fixe (200) solidarisée à un bâti (1) et une extrémité libre (201) munie d'une saillie (40), et est apte à osciller dans un plan privilégié de flexion (Pf). La rampe (60) est solidarisée au corps mobile (3) et est conformée pour autoriser lors du déplacement du corps mobile (3) dans l'une des directions opposées, au moins une première séquence définie par le positionnement de l'extrémité libre (201) de la lame (20) dans un état de contrainte en flexion via le coulissement de la saillie (40) le long de l'une des surfaces de contrainte (600), suivi de la libération instantanée de cet état de contrainte à la fin dudit coulissement.

Description

DISPOSITIF MECANIQUE DESTINE A LA GENERATION D'UNE ENERGIE
ELECTRIQUE
Domaine technique
L'invention se rapporte au domaine des générateurs d'énergie électrique intégrant un système mécanique adapté pour la mise en oscillation d'un dispositif mécanique, telle qu'une lame, par l'application d'une impulsion mécanique.
Etat de la technique antérieure
Un générateur électrique est un dispositif comprenant un système mécanique apte à produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie, et en particulier à partir d'une énergie mécanique. Cette énergie électrique peut par exemple être consécutive à la déformation d'éléments piézoélectriques ou à la variation d'un champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde.
Par exemple, dans un générateur d'énergie électrique par effet piézoélectrique, l'énergie mécanique utilisée pour induire la déformation d'éléments piézoélectriques, est convertie en une énergie électrique. En effet, un matériau piézoélectrique se polarise électriquement sous l'action d'une contrainte mécanique. Ainsi, une déformation exercée sur ce matériau piézoélectrique génère des charges que l'on peut mesurer électroniquement. Un tel générateur piézoélectrique est par exemple décrit dans le document WO 2010/007309, et intègre notamment une ou plusieurs lame(s) vibrante(s), chacune ayant une extrémité libre pouvant osciller sous l'effet d'une impulsion mécanique exercée par un dispositif mécanique. Des éléments piézoélectriques rapportés sur les faces des lames, se déforment sous l'effet de ces oscillations, provoquant ainsi l'apparition d'une énergie électrique aux bornes de chacun des éléments piézoélectriques. L'énergie électrique ainsi produite peut être traitée pour s'adapter à l'alimentation électrique d'une charge telle qu'un module radio, un capteur ou des composants électroniques.
Le document US 2009/0134747 décrit également un générateur piézoélectrique dans lequel l'élément piézoélectrique n'est pas rapporté sur une face d'une lame, mais est enserré entre deux lames. L'oscillation de ces deux lames induit une déformation de l'élément piézoélectrique et donc la génération d'une énergie électrique. Dans cette solution, l'oscillation de ces lames est provoquée par un organe réalisé sous forme de coin, ou de flèche, qui assure l'écartement des lames et le relâchement instantanée de ces dernières. En outre, si l'on souhaite appliquer plusieurs impulsions successives, il est nécessaire de mettre en œuvre un système rotatif complexe et encombrant. Cette solution n'est donc pas adaptée à tous types d'applications, et notamment à celles nécessitant un générateur piézoélectrique de petite taille.
Exposé de l'invention
La présente invention a ainsi pour but de proposer un dispositif mécanique destiné à la génération d'une énergie électrique, de type intégrant au moins une lame vibrante et un système mécanique apte à assurer l'application d'au moins une impulsion mécanique sur cette lame. En particulier, le système mécanique est notamment apte à appliquer au moins une impulsion mécanique de force et d'amplitude prédéterminées sur la lame en réponse à un organe de commande actionné par un utilisateur. Le dispositif mécanique de la présente invention a notamment l'avantage d'être compact et d'autoriser l'application d'un grand nombre d'impulsions mécaniques successives sur la lame.
L'invention a ainsi pour objet un dispositif mécanique destiné à la génération d'une énergie électrique comprenant au moins un corps mobile apte à se déplacer dans deux directions opposées, et un premier sous-ensemble mécanique formé notamment d'une lame vibrante, par exemple en matériau flexible, et d'au moins une rampe munie de deux surfaces de contrainte opposées. La lame vibrante a une extrémité fixe solidarisée à un bâti et une extrémité libre munie d'une saillie. Cette lame est en outre apte à osciller dans un plan privilégié de flexion autour de sa position de repos. Par ailleurs, la rampe est solidarisée au corps mobile et est notamment conformée pour autoriser :
- lors du déplacement du corps mobile dans l'une des directions opposées, une première séquence continue définie par le positionnement de l'extrémité libre de la lame dans un état de contrainte en flexion via le coulissement de la saillie le long de l'une des surfaces de contrainte, suivi de la libération instantanée de cet état de contrainte à la fin de ce coulissement.
En d'autres termes, le dispositif mécanique de l'invention intègre au moins une rampe destinée à l'application d'une impulsion mécanique de force et d'amplitude prédéterminée sur la lame. On comprend aisément que le coulissement de la saillie le long de l'une des surfaces de contrainte de la rampe doit induire l'écartement de la lame par rapport à sa position de repos et donc l'application d'une contrainte mécanique sur la lame. En particulier, la contrainte appliquée sur la lame est de préférence continue et croissante tout au long du coulissement de la saillie sur la rampe. En outre, la libération instantanée de cet état de contrainte, qui se traduit par l'arrivée de la saillie en bout de rampe, permet d'obtenir des mouvements de battements de la lame autour de sa position de repos et dans son plan de flexion privilégié. On comprend donc qu'il est possible de prévoir plusieurs rampes distinctes agencées de manière à autoriser l'application d'une succession d'impulsions selon la première séquence lors du déplacement du corps mobile dans l'une de ses directions. Par ailleurs, la rampe peut également être conformée pour autoriser le coulissement de la saillie le long de l'autre surface de contrainte, lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction opposée.
Cette solution est de ce fait différente de la solution de l'art antérieur présentée ci- avant puisqu'elle autorise un déplacement du corps mobile dans deux directions opposées. En effet, la solution décrit dans le document US 2009/0134747 n'autorise pas un mouvement réversible de l'organe d'écartement du fait de la structure de l'ensemble. Au contraire, dans la présente invention, si l'on considère que le corps mobile se déplace d'une position initiale vers une position finale dans l'une des directions opposées, la présente solution offre la possibilité de ramener le corps mobile dans sa position initiale via son déplacement dans l'autre direction opposée. Le dispositif mécanique est alors rendu de nouveau prêt pour l'application d'une nouvelle impulsion mécanique sur la lame selon la première séquence. Bien entendu, le retour du corps mobile dans sa position initiale peut être assuré manuellement par l'utilisateur via l'actionnement d'un organe de commande couplé au corps mobile, ou automatiquement via des moyens de rappel.
Cette solution est notamment bien adaptée aux générateurs électriques réalisés sous la forme de point de commande, tel que télécommande, interrupteur, détecteur d'ouverture.
Dans une variante, la rampe peut en outre être conformée pour autoriser une deuxième séquence lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction opposée. Cette deuxième séquence est notamment définie par le positionnement de l'extrémité libre de la lame dans un autre état de contrainte en flexion via le coulissement de sa saillie le long de l'autre surface de contrainte de la rampe, suivi de la libération instantanée de cet autre état de contrainte à la fin dudit coulissement le long de ladite autre surface de contrainte.
Cette variante autorise notamment l'application successive d'impulsions mécaniques via un mouvement de va-et-vient du corps mobile. De préférence, l'état de contrainte de la première séquence se traduit par l'écartement de l'extrémité libre de la lame par rapport à sa position de repos selon une première direction de flexion. L'autre état de contrainte de la deuxième séquence se traduit par l'écartement de l'extrémité libre de la lame par rapport à sa position de repos selon une deuxième direction de flexion opposée à la première direction de flexion.
Par ailleurs, indépendamment de la possibilité d'appliquer d'une autre impulsion mécanique sur la ou les lames lors du retour du corps mobile dans sa position initiale, il est également possible de prévoir de deux sous-ensembles mécaniques sensiblement similaires et disposés symétriquement.
En d'autres termes, il est possible de réaliser un système mécanique intégrant deux lames, de manière à augmenter le rendement du générateur. Pour ce faire, et afin de limiter l'encombrement global du dispositif, il est prévu un deuxième sous-ensemble mécanique disposé symétriquement au premier sous-ensemble mécanique par rapport à un plan de symétrie qui est perpendiculaire au plan de flexion des lames.
Ainsi, selon une autre variante, le dispositif mécanique peut en outre comprendre un deuxième sous-ensemble mécanique de structure sensiblement similaire au premier sous- ensemble mécanique. Les premier et deuxième sous-ensembles mécaniques comprennent chacun une lame vibrante et au moins une rampe. Par ailleurs, selon cette variante :
- les extrémités fixes des lames des premier et deuxième sous-ensembles sont fixées au même bâti,
- les lames des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques sont aptes à osciller dans un même plan privilégié de flexion autour de leur position de repos respectif,
- les premier et deuxième sous-ensembles sont agencés symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à ce plan de flexion, et présentent un fonctionnement simultané et symétrique par rapport au plan de symétrie lors du déplacement du corps mobile dans les deux directions opposées.
En d'autres termes, les lames vibrantes sont de structure sensiblement similaire entre elles et les rampes sont de structure sensiblement similaire entre elles. On comprend donc que dans cette variante, le déplacement du corps mobile induit un fonctionnement, décrit ci-avant, symétrique et sensiblement identique entre les lames des deux sous- ensembles mécaniques. En pratique, chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques peut en outre comprendre au moins un support solidarisé au corps mobile. Ce support peut être muni d'une surface proximale sensiblement parallèle au plan de flexion, à partir de laquelle s'étendent perpendiculairement les surfaces de contrainte.
Chaque surface de contrainte peut présenter un profil sensiblement linéaire, les surfaces de contraintes opposées de chaque rampe peuvent être sensiblement parallèles entre elles. Chaque surface de contrainte peut également présenter un profil sensiblement courbe pour s'adapter à un profil d'effort particulier. Par exemple, l'une des extrémités des rampes peut présenter une pente plus raide pour accentuer la rupture d'effort dû au lâcher et procurer un retour d'information au niveau de la sensation du doigt de l'utilisateur. De même, il est possible d'ajuster la forme de la rampe pour éviter une attaque trop brusque de la saillie sur la rampe. Avantageusement, chacune des surfaces de contrainte forme un angle a non nul par rapport à une des surfaces principales de la lame en position de repos.
Par exemple, l'angle a peut être tel que la force appliquée à la lame pendant le coulissement de la saillie selon la première et/ou la deuxième séquence(s) est croissante.
En pratique, la longueur de la surface de contrainte (à savoir la distance parcourue par la saillie lors de son coulissement), l'angle a, ainsi que le profil de la rampe peuvent être choisis en fonction de la contrainte que l'on souhaite appliquer à la lame, ou encore en fonction de l'effort à fournir au niveau de l'organe de commande. On peut ainsi rendre l'application d'une impulsion mécanique d'amplitude et de force prédéterminées, indépendante des caractéristiques de l'action de l'utilisateur sur l'organe de commande.
Selon une autre variante, l'application de l'impulsion mécanique sur les lames peut être évitée par l'utilisation d'une rampe en matériau moins rigide, à savoir souple ou flexible, pour limiter tout état de contrainte en flexion des lames durant le trajet retour du corps mobile. Ce matériau peut être par exemple un clinquant de faible épaisseur, par exemple environ 0,2 mm en inox ressort.
Par exemple, pour chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques : - la rampe est solidarisée au corps mobile par l'une de ses extrémités, l'autre de ses extrémités étant libre et flexible, la rampe présentant une zone flexible et étant munie d'au moins un évidement latéral au travers duquel passe la saillie lors du déplacement du corps mobile ; - le corps mobile est en outre muni d'une surface de maintien en regard de ladite autre surface de contrainte de la rampe, ladite surface de maintien étant conformée pour :
- bloquer la flexion de l'extrémité libre de la rampe lors du déplacement du corps mobile dans une des directions opposées, et
- lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction opposée, autoriser le coulissement simultané de la saillie le long de ladite autre surface de contrainte et de ladite surface de maintien.
En d'autres termes, la saillie est autorisée à coulisser le long de ladite autre surface de contrainte de la rampe et l'extrémité libre de la rampe est libre de se déformer sous la contrainte appliquée par la saillie.
En effet, dans cet exemple, lors du déplacement du corps mobile dans l'une des directions, l'extrémité libre de la rampe est mise en contact avec la surface de maintien, conférant ainsi une rigidité suffisante à la rampe pour autoriser l'application d'une impulsion mécanique à la lame. En outre, la zone flexible de la rampe peut être située au niveau des bords de l'évidement. Ainsi, les bords de l'évidement latéral forment de préférence une zone d'amortissement apte à éviter l'oscillation de la lame à la fin du coulissement de la saillie induit par le déplacement du corps mobile dans l'autre direction. En pratique, lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction, la saillie se positionne entre la rampe et la surface de maintien, contraignant ainsi l'extrémité libre de la rampe à fléchir et à limiter ainsi tout état de contrainte à la lame. Par ailleurs, à la fin de ce déplacement de l'organe mobile dans l'autre direction, la saillie passe au travers de l'évidement latéral qui, du fait de ses bords flexibles, empêche tout relâchement brusque de la lame lors du retour du corps mobile dans sa position initiale.
Dans un mode de réalisation particulier, et notamment dans le cas d'un dispositif intégrant les deux sous-ensembles mécaniques, les rampes peuvent être obtenues au moyen d'une plaque prédécoupée et contrainte au moment de sa fixation sur le corps mobile de manière à former les rampes décrit ci-avant.
Par exemple, le dispositif peut comprendre une plaque flexible formée d'une portion commune à partir de laquelle s'étendent deux portions distinctes. La portion commune est destinée à être fixée au corps mobile et l'extrémité libre des deux portions distinctes est de préférence fixée au corps mobile ou mise en contact avec le corps mobile selon une configuration dans laquelle les deux portions distinctes sont contraintes dans deux directions opposées. Ces deux portions distinctes ainsi contraintes forment les rampes des deux sous-ensembles mécaniques respectivement. Bien entendu, cette solution peut également être adaptée pour réaliser un dispositif intégrant un seul sous-ensemble mécanique. Il suffit dans ce cas de découper la plaque pour former les contours de la rampe et de contraindre la plaque au moment de sa fixation sur le corps mobile pour obtenir l'angle adéquat de la rampe par rapport à la lame.
Le corps mobile peut être couplé à un moyen d'entraînement apte à assurer son déplacement dans les deux directions opposées en réponse à l'actionnement de l'organe de commande. En pratique, le corps mobile peut se déplacer soit en translation, soit en rotation.
Chacune des saillies peut être un élément distinct de la lame, solidarisée sur l'extrémité libre de la lame. La saillie peut également faire partie intégrante de la lame et peut par exemple être réalisée sous la forme d'une extrusion, ou obtenu en réalisant un évidement d'une portion de la lame. En pratique, les saillies peuvent être obtenues par usinage de la lame ou par l'ajout d'une pièce adaptée à l'extrémité de la lame.
En fonction du mouvement du corps mobile et de la disposition des rampes, chacune des saillies peut dès lors s'étendre transversalement ou longitudinalement de l'extrémité libre de la lame à laquelle elle est rapportée.
Avantageusement, chacune des lames présente au moins une saillie qui peut s'étendre latéralement et/ou longitudinalement de leur extrémité libre, ladite saillie étant apte à coopérer avec un mécanisme extérieur destinée à l'application d'une contrainte mécanique sur ladite extrémité libre. Le mécanisme extérieur est notamment conformé pour assurer l'application d'une force impulsionnelle sur l'extrémité libre des lames, c'est-à-dire à l'application d'une contrainte de force et d'amplitude prédéterminées et au relâchement instantanée des lames. En pratique, les saillies peuvent être obtenues par usinage de la lame ou par l'ajout d'une pièce adaptée à l'extrémité de la lame. Ainsi, le corps mobile peut se déplacer en translation selon un axe normal à un plan défini par les directions des saillies. De préférence, l'axe normal est sensiblement parallèle ou inclus dans le plan de symétrie.
En particulier, selon une première variante, le corps mobile peut se déplacer en translation selon un axe de translation sensiblement parallèle à la direction longitudinale des lames en position de repos. Selon une deuxième variante, le corps mobile peut se déplacer en translation selon un axe de translation sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale des lames en position de repos. Comme explicité ci-dessus, le dispositif de l'invention peut autoriser le retour du corps mobile dans sa position initiale. Il est possible de profiter de ce retour du corps mobile pour appliquer une autre impulsion mécanique sur la lame, mais il est également possible d'adapter le dispositif pour éviter toute application d'une telle impulsion mécanique sur la lame lors de ce retour. Ainsi, dans ce dernier cas de figure, il est possible d'adapter le dispositif pour éviter soit l'état de contrainte en flexion des lames lors du trajet retour du corps mobile, soit tout relâchement brusque des lames à la fin de ce trajet retour. Par exemple, chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques peut en outre comprendre :
- un support solidarisé au corps mobile et muni d'une surface proximale sensiblement parallèle au plan de flexion et à partir de laquelle s'étendent perpendiculairement les surfaces de contrainte, ce support étant monté mobile en rotation dans le plan de flexion entre une position de rotation initiale et une position de rotation finale ;
- un moyen élastique tendant à ramener ce support en position de rotation initiale, et
- un bloc de maintien muni d'au moins une surface de maintien agencée en regard de ladite autre surface de contrainte de ladite rampe correspondante, ladite surface de maintien étant conformée pour autoriser, lors du déplacement du corps mobile dans ladite autre direction opposée, le coulissement simultanée de la saillie le long de ladite autre surface de contrainte et de ladite surface de maintien, ledit coulissement simultané induisant un pivotement du support vers sa position de rotation finale, et l'absence de contrainte en flexion sur ladite lame.
En d'autres termes, lors du déplacement du corps mobile, et donc de la rampe et du bloc de maintien, dans ladite autre direction opposée, la saillie entre en contact avec la surface de maintien et ladite autre surface de contrainte. La saillie est donc enserrée entre ces deux surfaces. La surface de maintien étant de préférence fixe, et la lame ayant tendance à revenir à sa position de repos, le coulissement de la saillie sur ces deux surfaces induit la rotation du support (et donc la rampe). De ce fait, il n'y a donc aucune contrainte mécanique sur la lame susceptible d'engendrer une impulsion mécanique et donc une oscillation de la lame lors du retour du corps mobile dans sa position initiale. Selon une autre variante, le corps mobile peut se déplacer en rotation dans au moins une des deux directions opposées autour d'un axe de rotation contenu dans le plan de flexion et orienté perpendiculairement au plan de symétrie. En d'autres termes, le déplacement du corps mobile est un pivotement autour d'un axe de pivotement sensiblement parallèle au plan de flexion des lames. Cette configuration est notamment bien adaptée à la réalisation de générateur électrique sous la forme d'un interrupteur à bascule.
Selon une autre variante, le corps mobile se déplace en rotation dans au moins une des deux directions opposées autour d'un axe de rotation contenu dans le plan définie par les directions des saillies et dans le plan de symétrie. Par exemple, le corps mobile se déplace en rotation dans deux directions opposées autour d'un axe de rotation contenu dans le plan de flexion et orienté selon la direction longitudinale de la lame au repos. Par exemple, le corps mobile peut comprendre un support muni d'une surface sensiblement perpendiculaire au plan de flexion, à partir de laquelle s'étendent les surfaces de contraintes des rampes. L'axe de rotation est dans ce cas perpendiculaire à cette surface.
Chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques comprend en outre une pluralité de rampes agencées sur ledit corps mobile et autorisant une succession prédéfinie de première et deuxième séquences lors du déplacement du corps mobile dans chacune des deux directions opposées.
Par exemple, chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques peut comprendre une pluralité de rampes agencées sur le corps mobile et autorisant une alternance de première et/ou deuxième séquences lors du déplacement du corps mobile dans les deux directions opposées respectives. En d'autres termes, les rampes sont ici agencées en dents de scie.
Par exemple, chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques peut comprendre une pluralité de rampes agencées sur le corps mobile et autorisant une succession de premières séquences lors du déplacement du corps mobile dans l'une des directions opposées et une succession de deuxièmes séquences lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction opposées. En d'autres termes, les rampes sont ici agencées parallèlement entre elles. Selon une autre variante, chacun des premier et deuxième sous-ensembles comprend en outre un support annulaire solidarisé au corps mobile et présentant un axe de symétrie central. Ce support annulaire est délimité radialement par une face annulaire interne de laquelle s'étend une pluralité de rampes. Le corps mobile se déplace dans deux directions opposées autour cet axe de symétrie central, et chaque sous-ensemble mécanique est disposé à l'intérieur de ce support annulaire.
En pratique, dans les variantes présentées ci-dessus, au moins un élément piézoélectrique peut être déposé sur au moins l'une des faces principales de la lame. Ainsi, l'oscillation de la lame induit la déformation du ou des éléments piézoélectriques et donc la génération d'une énergie électrique. Par exemple, il est possible de déposer un élément piézoélectrique sur chacune des faces principales opposées de la lame. Bien entendu, la lame peut elle-même être en matériau piézoélectrique. Dans ce cas, on comprend qu'il n'est pas utile d'ajouter des éléments piézoélectriques supplémentaires puisque la lame peut jouer elle-même le rôle de l'élément piézoélectrique.
Avantageusement, le dispositif peut en outre comprendre des moyens électroniques de récupération et de traitement de l'énergie générée par le système mécanique, aptes à générer une tension électrique adaptée pour l'alimentation d'une charge.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
- la figure 1A est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une variante de l'invention ;
- la figure 1B est une représentation schématique partielle d'une portion du dispositif de la figure 1A ;
- les figures 2A à 2C sont des vues en plan des différents profils des rampes ;
- les figures 3A à 3F sont des représentations schématiques partielles du dispositif mécanique de la figure 1 A, selon différentes étapes de fonctionnement ;
- la figure 4 est une représentation schématique partielle du dispositif mécanique selon une autre variante ;
- la figure 5 est une représentation schématique partielle du dispositif mécanique selon une autre variante ;
- la figure 6 est une représentation schématique partielle du dispositif mécanique selon une autre variante ;
- la figure 7 est une représentation schématique partielle du dispositif mécanique selon une autre variante ;
- les figures 8A à 8F sont des représentations schématiques partielles du dispositif mécanique de la figure 7, selon différentes étapes de fonctionnement ; - la figure 9A est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention ;
- la figure 9B est une représentation schématique partielle d'une portion du dispositif de la figure 9A ;
- la figure 10 est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention ;
- la figure 11 est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention ;
- la figure 12A est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention ;
- la figure 12B est une représentation schématique partielle d'une portion du dispositif de la figure 12A ;
- la figure 13 est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention ;
- la figure 14 est une représentation schématique partielle d'un dispositif mécanique selon une autre variante de l'invention, dans laquelle les rampes forment une seule et unique pièce découpée ;
- la figure 15 est une vue en perspective de la pièce découpée de la figure 14. Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
Différentes variantes du dispositif mécanique de l'invention sont présentées ci- après. Les dispositifs mécaniques présentés ci-après comprennent tous deux lames. De ce fait, de manière pratique, on peut identifier deux sous-ensembles mécaniques dans les dispositifs mécaniques présentés ci-après. Ces deux sous-ensembles présentent des structures similaires ou identiques, et sont agencés de manière à fonctionner simultanément et symétriquement. Globalement, chacun de ces sous-ensembles mécaniques sont notamment formé d'une lame coopérant avec au moins une rampe. Il est bien évidemment possible d'adapter les structures présentées ci-après pour un fonctionnement avec une seule lame.
La structure générale d'un dispositif mécanique selon une première variante est présentée sur les figures 1 A et 1B. Ce dispositif mécanique comprend notamment un bâti 1 sur lequel sont fixées des première et deuxième lames 20, 21 vibrante, ainsi qu'un corps 3 mobile par rapport au bâti 1 et aux première et deuxième lames 20, 21. Chacune des première et deuxième lames 20, 21 possède donc une extrémité fixe 200, 210 solidarisée au bâti 1 et une extrémité libre 201, 211. Les première et deuxième lames 20, 21 peuvent donc être contraintes dans deux directions opposées et sont donc aptes à osciller autour de leur position de repos respectif dans un plan de flexion Pf 5 commun. L'extrémité libre 201, 211 de chacune des première et deuxième lames 20, 21 est munie d'une saillie 40, 41 s'étendant transversalement.
Le corps mobile 3 est notamment formé d'un support 30 muni d'une surface proximale 300 sensiblement parallèle au plan de flexion Pf. Des première et deuxième
10 rampes 60, 61 distinctes sont fixées à cette surface proximale 300. La première rampe 60 est destinée à coopérer avec la première lame 20 et est munie de deux surfaces de contrainte opposées 600, 601 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement de la surface proximale 300. De même, la deuxième rampe 61 est destinée à coopérer avec la deuxième lame 21 et est également munie de deux surfaces de contraintes opposées 610,
15 611 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement de la surface proximale 300.
Le corps mobile 3 est disposé près des extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21, et est apte à se déplacer dans deux directions opposées. Dans cette première variante, le corps mobile 3 se déplace en translation selon un axe de 0 translation T contenu dans le plan de symétrie Ps et orienté dans la direction longitudinale des lames 20, 21. En d'autres termes, le déplacement du corps mobile 3 dans cette variante tend à rapprocher ou à éloigner le corps mobile 3 du bâti 1. La première rampe 60 est montée fixe sur le support 30 et est agencée de manière à autoriser le coulissement de la saillie 40 de la première lame 20 sur ses surfaces de contraintes 600, 601 lors du 5 déplacement du corps mobile 3. De même, la deuxième rampe 61 est montée fixe sur le support 30 et est agencée de manière à autoriser le coulissement de la saillie 41 de la deuxième lame 21 sur ses surfaces de contraintes 610, 611 lors du déplacement du corps mobile 3.
30 Comme illustré sur les figures 1A et 1B, le déplacement en translation du corps mobile 3 peut notamment être limité par deux butées 80, 81. En outre, le déplacement du corps mobile peut être assuré par tout moyen d'entraînement couplé à un organe de commande. Par exemple, comme illustré sur les figures 1A et 1B, le déplacement du corps mobile 3 peut être assuré par un jeu de manches 50, 51 solidarisés au support 30 et
35 couplé à l'organe de commande, ainsi que par des moyens de guidage 70, 71 en translation. Ces moyens de guidage 70, 71 peuvent notamment être des goupilles 700, 710 solidarisées entre les deux butées 80, 81 et sur lesquelles le support 30 coulisse. Comme illustré sur les figures 2A à 2C, les rampes peuvent présenter différents profils en fonction du profil d'effort à appliquer sur la lame. Par exemple, chaque rampe peut présenter un profil sensiblement linéaire (figure 2A), et les surfaces de contraintes opposées peuvent être sensiblement parallèles entre elles. Chacune des surfaces de contrainte peut former un angle a non nul par rapport à l'une des surfaces principales de la lame. En pratique, l'angle a formé entre la surface de contrainte 600 et le plan de symétrie Ps est de préférence inférieure à 45° pour éviter les frottements trop important et les chocs à l'amorçage. En outre, chaque rampe 60, 61 peut présenter une longueur d sensiblement égale à quelques millimètres, et de préférence au moins égale à deux millimètres. De manière générale, l'angle a et la distance d déterminent l'amplitude de l'impulsion mécanique appliquée sur la lame. Bien entendu, comme illustré sur les figures 2B et 2C, chaque rampe 60, 61 peut également présenter un profil sensiblement courbe.
Dans cette première variante, on considère que le premier sous-ensemble mécanique est formé par la première lame 20 en coopération avec la première rampe 60, et que le deuxième sous-ensemble mécanique est formé par la deuxième lame 21 en coopération avec la deuxième rampe 61. Ces deuxième et premier sous-ensemble mécanique sont agencés symétriquement par rapport au plan de symétrie Ps et fonctionnent de manière simultanée et symétriquement par rapport au plan de symétrie Ps. De façon générale, le fonctionnement pour chacune des premier et deuxième sous- ensembles se traduit par :
- lors du déplacement du corps mobile 3 dans l'une des directions opposées, une première séquence définie par le positionnement de l'extrémité libre 201, 211 de la lame 20, 21 dans un état de contrainte en flexion via le coulissement de la saillie 40, 41 le long de l'une des surfaces de contrainte 600, 611 et la libération instantanée de cet état de contrainte à la fin de ce coulissement ; et
- lors du déplacement du corps mobile 3 dans l'autre direction opposée, une deuxième séquence définie par le positionnement de l'extrémité libre 201, 211 de la lame 20, 21 dans un autre état de contrainte en flexion via le coulissement de la saillie 40, 41 le long de l'autre surface de contrainte 601, 610, et la libération instantanée de cet autre état de contrainte à la fin du coulissement.
Ainsi, pour chacun des sous-ensembles mécaniques, la lame est contrainte, de préférence de façon croissante en fonction de la valeur de l'angle a, pendant un laps de temps défini notamment par la longueur d de la surface de contrainte sur laquelle la saillie coulisse. Lorsque la saillie arrive en bout de rampe après avoir parcouru la distance d, elle est instantanément éjectée hors de la rampe. Cette éjection libère la lame de son état de contrainte. La lame peut alors osciller librement autour de sa position de repos dans son plan de flexion.
Le fonctionnement du dispositif mécanique selon cette première variante est illustré plus en détail par les figures 3A à 3F. Dans cette première variante, le corps mobile se déplace en translation entre une position initiale et une position finale dans une première direction Da tendant à rapprocher le corps mobile 3 du bâti 1 et dans une deuxième direction Dr opposée à la première direction Da et tendant à éloigner le corps mobile 3 du bâti 1. Par ailleurs, le corps mobile 3 est dans sa position initiale lorsqu'il atteint l'une des butées 81 et le corps mobile est dans sa position finale lorsqu'il atteint l'autre butée 80. Bien entendu, la distance entre les deux butées 80, 81 devra être telle qu'elle autorise la saillie à quitter la rampe à la fin de chaque coulissement.
Bien entendu, le déplacement du corps mobile selon la première séquence peut être selon la première direction Da ou la deuxième direction Dr.
Ainsi, lorsque le corps mobile 3 quitte sa position initiale suivant la première direction Da (figure 3a), les première et deuxième rampes 60, 61 se rapprochent des extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames respectives, et donc des saillies 40, 41. Les première et deuxième rampes 60, 61 sont alors positionnées dans l'espace compris entre les extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21.
Le corps mobile continuant son déplacement dans la première direction Da (figure 3B), chaque saillie 40, 41 coulisse le long de l'une des surfaces de contraintes 600, 611 de la rampe 60, 61 qui lui est associée. Dans cette première variante, les première et deuxième rampes 60, 61 sont positionnées de sorte que lors du déplacement dans la première direction Da, le coulissement des saillies 40, 41 induit l'écartement des première et deuxième lames 20, 21 entre elles. En d'autres termes, les extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21 fléchissent dans des directions opposées par rapport au plan de symétrie Ps. Chacune des première et deuxième lames 20, 21 est donc mise dans un état de contrainte.
Les saillies 40, 41 arrivant ensuite en bout de rampe (figure 3C), elles sont alors (figure 3D) brutalement éjectées de la rampe. Les première et deuxième lames 20, 21 sont donc libérés de leur état de contrainte et sont alors libre d'osciller autour de leur position de repos respectif. Le corps mobile 3 peut continuer sa course jusqu'à sa position finale. Dans le sens retour, c'est-à-dire lors du déplacement du corps mobile dans la deuxième direction Dr (figure 3E), chaque saillie 40, 41 coulisse sur l'autre surface de contrainte 601, 610 de la rampe 60, 61 qui lui est associée. Dans ce cas de figure, le coulissement des saillies sur les rampes induit le rapprochement des extrémités libres des lames entre-elles. De même, lorsque les saillies 40, 41 arrivent en bout de rampe (figure 3F), elles quittent brutalement la rampe 60, 61. Les première et deuxième lames 20, 21 sont à nouveau libérés de leur état de contrainte et sont alors libres d'osciller autour de leur position de repos respectif. Bien entendu, alors que le déplacement du corps mobile dans la première direction
Da doit être initié par l'actionnement de l'organe mobile par un utilisateur, le retour du corps mobile 3 dans sa position initiale, c'est-à-dire son déplacement dans la deuxième direction Dr, peut être initié automatiquement via des moyens élastiques ou manuellement via l'actionnement de l'organe mobile par l'utilisateur.
En outre, en fonction des moyens d'entraînement mis en œuvre, le mouvement de l'organe mobile peut être complètement différent de celui du corps mobile. Par exemple, une rotation de l'organe de commande peut entraîner une translation du corps mobile, ou une rotation du corps mobile. Ceci peut être obtenu par la mise en œuvre d'un système de transmission de mouvement à base de pignon et de crémaillère.
Ceci a notamment l'avantage de permettre l'application d'une impulsion mécanique d'amplitude et de force prédéterminées, indépendantes des caractéristiques de l'action de l'utilisateur sur l'organe de commande.
Dans une autre variante présentée à la figure 4, les rampes 60, 61 peuvent également être agencées de manière à autoriser le rapprochement des lames 20, 21 entre elles lors du déplacement du corps mobile 3 dans la première direction Da et à autoriser l'écartement des lames 20, 21 entre elles lors du déplacement du corps mobile 3 dans la deuxième direction Dr. Le reste de la structure reste inchangée.
La figure 5 illustre une autre variante du dispositif mécanique qui autorise l'application d'une succession d'impulsions mécanique sur les lames lors des déplacements du corps mobile dans chacune des directions opposées. Dans cette variante, la structure du dispositif mécanique est similaire à celle de la figure 1A à la différence que le support du corps mobile comprend une pluralité de rampes réparties et agencées de manière à autoriser l'application d'une succession d'impulsion mécanique sur chacune des lames durant les déplacements du corps mobile dans chacune des directions opposées. Ainsi, dans la variante illustrée à la figure 5, le premier sous-ensemble mécanique est formé par la première lame 20 en coopération avec une première série de rampes 60a, 60b, 60c, par exemple trois rampes, disposées en dent de scie sur le support 30. Le deuxième sous-ensemble mécanique est formé par la deuxième lame 21 en coopération avec une deuxième série de rampes 61a, 61b, 61c, par exemple trois rampes, également disposées en dent de scie sur le support 30. Les premier et deuxième sous-ensemble fonctionnant de manière simultanée et symétrique par rapport au plan de symétrie Ps, lors du déplacement en translation du corps mobile 3 dans la première direction Da, les première et deuxième lames 20, 21 vont donc s'écarter entre elles, puis osciller une première fois, puis se rapprocher entre elles, osciller une deuxième fois, à nouveau s'écarter entre elles, et enfin osciller une troisième fois. Le fonctionnement est inversé lors du déplacement du corps mobile dans la deuxième direction Dr.
En d'autres termes, dans cette configuration, les premier et deuxième sous- ensembles mécaniques réalisent une succession de première et deuxième séquences lors du déplacement du corps mobile dans l'une ou l'autre des directions opposées.
Bien entendu, les rampes peuvent présenter des angles a et distances d différentes entre elles en fonction du degré d'avancement du corps mobile dans les directions opposées, mais également en fonction du couplage mécanique entre l'organe mobile et les moyens d'entraînement.
Selon ce même principe d'application d'une succession d'impulsions, il est également possible de disposer ces séries de rampes sur un support annulaire. Cette variante est illustrée à la figure 6. Le support est donc réalisé sous la forme d'un support annulaire 32 solidarisé au corps mobile et présente un axe de symétrie central. Le corps mobile 3 se déplace alors en rotation dans deux directions opposées autour de l'axe de symétrie central du support annulaire 32. Ce support annulaire 32 est notamment délimité radialement par une face annulaire interne de laquelle s'étendent les rampes 60, 61. Par ailleurs, dans ce cas de figure, les première et deuxième lames 20, 21 sont disposées à l'intérieur du support annulaire, et les saillies 40, 41 s'étend de préférence longitudinalement des extrémités libres 201, 211 des lames 20, 21. Similairement à la variante illustrée par la figure 5, la rotation du support annulaire 32 autour de son axe de symétrie central permet donc l'application d'une succession d'impulsions sur les deux lames 20, 21. Les figures 7 à 8F illustrent une autre variante du dispositif mécanique dans laquelle l'impulsion mécanique n'est appliquée que dans une des directions de déplacement du corps mobile. Dans cette autre variante, le corps mobile 3 se déplace en translation selon les première et deuxième directions Da, Dr.
Le premier sous-ensemble mécanique comprend la première lame 20 coopérant avec une première rampe 60 fixée à un premier support 30a solidarisé au corps mobile 3. Ce premier support 30a est muni d'une surface proximale 300a sensiblement parallèle au plan de flexion des lames, et est monté mobile en rotation dans le plan de flexion Pf de la première lame 20 entre une position initiale et une position finale. En outre, ce premier support 30a est couplé à un moyen élastique 31a tendant à ramener le premier support 30a en position de rotation initiale. La première rampe est munie de deux surfaces de contrainte opposées 600, 601. Le premier sous-ensemble comprend en outre une première surface de maintien 90 agencée à l'aplomb de l'autre surface de contrainte 601 de la première rampe 60. Cette première surface de contrainte est de préférence fixée à un bloc de maintien 9 solidarisé au corps mobile 3. En outre, cette première surface de maintien 90 est de préférence conformée pour autoriser, lors du déplacement du corps mobile 3 dans la deuxième direction Dr, le coulissement simultanée de la saillie 40 le long de l'autre surface de contrainte 601 et de la première surface de maintien 90, ce coulissement simultané induisant un pivotement du support vers sa position de rotation finale.
Le deuxième sous-ensemble mécanique est quant à lui formé par un deuxième support 30b solidarisé au corps mobile 3. Ce deuxième support 30a est également muni d'une surface proximale 300b sensiblement parallèle au plan de flexion des lames, et est également monté mobile en rotation dans le plan de flexion Pf de la deuxième lame 21 entre une position initiale et une position finale. En outre, ce deuxième support 30b est également couplé à un moyen élastique 31b tendant à ramener le deuxième support 30b en position de rotation initiale. Une deuxième rampe 61 est solidarisée à ce deuxième support 30b et est destinée à coopérer avec la saillie 41 de la deuxième lame 21. Cette deuxième rampe est également munie de deux surfaces de contrainte opposées 610, 611. Tout comme le premier sous-ensemble mécanique, le deuxième sous-ensemble mécanique comprend en outre une deuxième surface de maintien 91 disposée à l'aplomb de l'une des surfaces de contrainte 610 de la lame 21, et solidarisée au bloc de maintien 9. De préférence, les premier et deuxième surfaces de maintien 90, 91 sont disposés entre les première et deuxième rampes 60, 61. Ces premier et deuxième sous-ensembles sont ainsi agencés symétriquement par rapport au plan de symétrie Ps qui est perpendiculaire au plan de flexion des lames. Ces premier et deuxième sous-ensembles fonctionnent de manière simultanée et symétrique par rapport au plan de symétrie Ps, lors du déplacement du corps mobile 3.
Plus précisément, et en référence aux figures 8A à 8F, lors du déplacement du corps mobile dans la première direction Da, les première et deuxième rampes 60, 61 se rapprochent des extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames respectives (figure 8 A), et donc des saillies 40, 41. Les première et deuxième rampes 60, 61 sont alors positionnées dans l'espace compris entre les extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21. Chaque saillie 40, 41 coulisse (figure 8B) alors le long de l'une des surfaces de contraintes 600, 611 de la rampe 60, 61 qui lui est associée, ce qui induit l'écartement des première et deuxième lames 20, 21 entre elles. Les première et deuxième lames 20, 21 sont donc mise dans un état de contrainte respectif. Les saillies 40, 41 arrivant ensuite en bout de rampe (figure 8C), elles sont alors (figure 8D) brutalement éjectées de la rampe. Les première et deuxième lames 20, 21 sont donc libérés de leur état de contrainte respectif et sont alors libre d'osciller autour de leur position de repos respectif. Dans le sens retour, c'est-à-dire lors du déplacement du corps mobile dans la deuxième direction Dr (figure 8E), chaque saillie 40, 41 entre en contact avec la surface de maintien 90, 91 respective et l'autre surface de contrainte 601, 610 de la rampe 60, 61 qui lui est associée. Chaque saillie 40, 41 coulisse ainsi entre la surface de maintien 90, 91 et ladite autre surface de contrainte 601, 6011. Les surfaces de maintien 90, 91 étant de préférence fixe, le coulissement des saillies 40, 41 induit la rotation des premier et deuxième supports 30a, 30b (figure 8F). Aucune force n'est alors appliquée aux lames 20, 21, et il n'y a donc aucune contrainte mécanique susceptible d'engendrer une oscillation des lames 20, 21. En d'autres termes, le corps mobile est simplement ramené à sa position initiale sans appliquer de contrainte mécanique sur les lames.
Les figures 9A et 9B illustrent une autre variante du dispositif mécanique permettant également d'appliquer une impulsion mécanique uniquement dans une des directions de déplacement du corps mobile. Dans cette autre variante, les première et deuxième lames 20, 21 ont toujours chacune une extrémité fixe 200, 210 solidarisée au bâti 1, et l'extrémité libre 201, 211 de chacune des première et deuxième lames 20, 21 est toujours munie d'une saillie 40, 41 s'étendant latéralement. En outre, le corps mobile 3 se déplace en translation selon les première et deuxième directions Da, Dr. Comme illustré sur les figures 9 A et 9B, le premier sous-ensemble comprend donc un support 33 solidarisé au corps mobile 3, et une première rampe 62 en matériau flexible ou souple, destinée à coopérer avec la saillie 40 de la première lame 20. La première rampe 62 est notamment solidarisée au support 33 à l'une de ses extrémités. La première rampe 62 est munie d'un évidement latéral 620 autorisant le passage de la saillie 40 dans cet évidement latéral 620 lors du déplacement du corps mobile 3 dans la première direction Da, générant ainsi une impulsion.. Cet évidement latéral 620 permet un assouplissement de la rampe 62. La rampe 62 étant en matériau souple, elle est donc apte à se déformer sous l'effet de la force appliquée par la saillie.
Cette solution a notamment l'avantage d'empêcher tout état de contrainte de la lame lors du retour du corps mobile dans sa position initiale. En particulier, lors du déplacement du corps mobile dans la direction dite d'impulsion Da, l'extrémité libre de la rampe est mise en contact avec la surface de maintien 331, conférant ainsi une rigidité suffisante à la rampe pour autoriser l'application d'une impulsion mécanique à la lame. En outre, pour le retour, c'est-à-dire lors du déplacement du corps mobile dans la direction Dr, la saillie se positionne entre l'autre surface de contrainte 622 de la rampe et la surface de maintien 331, contraignant ainsi l'extrémité libre de la rampe à fléchir et limiter ainsi tout état de contrainte à la lame. Par ailleurs, à la fin de ce déplacement de l'organe mobile dans la direction de retour Dr, la saillie sort de la zone flexible qui, du fait de ses bords flexibles, empêche tout contraintes de la lame lors du retour du corps mobile dans sa position initiale.
Comme dans les autres variantes, le deuxième sous-ensemble mécanique (non totalement visible dans les figures 9A et 9B) est donc formé de structures similaire au premier sous-ensemble mécanique. Ces premier et deuxième sous-ensembles mécanique sont agencés symétriquement et fonctionnent de manière simultanée et symétrique.
Une autre variante du dispositif mécanique est illustrée à la figure 10. Les saillies 40, 41 s'étendent cette fois-ci longitudinalement des extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21, et le corps mobile 3 se déplace en translation selon un axe de translation Z sensiblement perpendiculaire au plan de flexion Pf des lames. Selon cette variante, une première rampe 63a s'étend du support 34 du corps mobile 3, et chacune des surfaces de contrainte de cette première rampe 63a forme un angle non nul par rapport à la face principale de la première lame 20 en position de repos. Une deuxième rampe 63b s'étend également du support 34 du corps mobile 3, et chacune des surfaces de contrainte de cette deuxième rampe 63b forme un angle non nul par rapport à la face principale de la deuxième lame 20 en position de repos. On considère ainsi que le premier sous-ensemble mécanique est formé de la première lame 20 et de la première rampe 63a, et que le deuxième sous-ensemble mécanique est formé de la deuxième lame 21 et de la deuxième rampe 63b. Ces deux sous-ensemble mécanique sont donc agencés symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire au plan de flexion Pf, et fonctionnent symétriquement par rapport à ce plan de symétrie lors du déplacement du corps mobile selon l'axe de translation Z. De façon générale, le fonctionnement pour chacune des premier et deuxième sous-ensembles se traduit donc par :
- lors du déplacement du corps mobile 3 dans l'une des directions opposées, le positionnement des extrémités libres 201, 211 des lames 20, 21 dans un état de contrainte en flexion via le coulissement des saillies 40, 41 le long des surfaces de contrainte respectives, puis la libération instantanée de cet état de contrainte ; et
- lors du déplacement du corps mobile 3 dans l'autre direction opposée, le positionnement des extrémités libres 201, 211 des lames 20, 21 dans un autre état de contrainte en flexion via le coulissement des saillies 40, 41 le long des autres surfaces de contrainte respectives, puis la libération instantanée de cet autre état de contrainte.
Une autre variante du dispositif mécanique est illustrée à la figure 11. Les saillies 40, 41 s'étendent longitudinalement des extrémités libres 201, 211 des première et deuxième lames 20, 21. Le corps mobile 3 se présente sous la forme d'un interrupteur à bascule comprenant un support plan 35 monté pivotant autour d'un axe de rotation 350. L'axe de rotation 350 est sensiblement parallèle au plan de flexion Pf des lames, et sensiblement perpendiculaire au plan de symétrie Ps. L'une des extrémités du support plan 35 comprend des première et deuxième rampes 64a, 64b. Chacune de ces rampes 64a, 64b est donc munie de surfaces de contrainte opposées formant un angle non nul avec les faces principales des lames. Lors de la rotation du support plan 35 autour de l'axe de rotation 350 entre sa position de rotation initiale et sa position de rotation finale, les rampes 64a, 64b sont mues en rotation dans un plan perpendiculaire au plan de flexion. Ainsi, le pivotement du corps mobile 3 autour de l'axe de rotation 350 permet l'application d'impulsions mécaniques sur les lames 20, 21. Par exemple, l'appui par un utilisateur sur l'extrémité du support plan 35 portant les rampes 64a, 64b, induit le pivotement du support plan 35 de sa position de rotation initiale vers sa position de rotation finale. Lors de ce pivotement, les lames et les rampes coopèrent entre elles pour appliquer sur chacune des lames 20, 21 une impulsion mécanique. Un moyen de rappel peut être couplé au support plan 35 pour assurer le retour automatique du support plan 35 dans sa position de rotation initiale en l'absence d'appui par l'utilisateur. Une autre variante du dispositif mécanique est illustrée aux figures 12A et 12B. Les saillies 40, 41 s'étendent longitudinalement des extrémités libres des lames 20, 21. Le corps mobile 3 est apte à se déplacer, via l'actionnement d'un organe d'entraînement 72, dans deux directions opposées autour d'un axe de rotation R contenu dans le plan de flexion Pf et orienté selon la direction longitudinale des lames 20, 21 au repos. Le corps mobile 3 comprend en outre une première rampe 65a coopérant avec la première lame 20 et une deuxième rampe 65b coopérant avec la deuxième lame 21. Comme illustré sur les figures 12A et 12B, ces rampes 65a, 65b présentent un profil courbe. Ainsi, la mise en rotation du corps mobile autour de l'axe R induit le positionnement des lames 20, 21 dans un état de contrainte propre, suivie de la libération instantanée de ces lames 20, 21. Bien entendu, comme illustré sur la figure 13, chaque lame 20, 21 peut coopérer avec plusieurs rampes 66a, 66b de manière à générer une succession d'impulsion mécanique, indépendamment du sens d'orientation initial. La figure 14 présente une autre variante de l'invention dans laquelle les rampes forment une seule et unique pièce et sont obtenue au moyen d'une plaque prédécoupée et contrainte au moment de sa fixation sur le corps mobile 3 de manière à former les rampes décrit ci-avant. Cette plaque peut être une tôle fine et plane prédécoupée (figure 15) de sorte à former une portion commune 67 à partir de laquelle s'étendent deux portions distinctes 68a, 68b. Ces deux portions distinctes 68a, 68b sont destinées à former les rampes 60, 61. La portion commune 67 et les extrémités libres 680a, 680b des deux portions distinctes 68a, 68b sont fixées au corps mobile 3 selon une configuration dans laquelle les deux portions distinctes 68a, 68b sont contraintes dans deux directions opposées pour obtenir l'angle a adéquat entre les rampes et les lames 20, 21. En particulier, comme on peut le voir sur la figure 13, la portion commune 67 peut être solidarisée au corps mobile 3 via un moyen d'enserrement 301. L'extrémité libre 680a de chacune des portions distinctes 68a, 68b peut être pourvue d'une encoche 681a, 681b destinée à coopérer avec des points d'accroché 302 respectifs du corps mobile 3. Par ailleurs, chacune des portions distinctes 68a, 68b peuvent également être pourvues d'un évidement latéral 682a, 682b réalisé de préférence entre la portion commune 67 et l'encoche 680a, 680b et au travers duquel passe la saillie lors du déplacement du corps mobile dans l'une ou l'autre des directions opposées.
Les différents mécanismes présentées ci-dessus permettent de mettre en œuvre des dispositifs compactes et robustes pour l'application d'impulsion mécanique, à savoir mise en contrainte puis relâchement brusque, d'amplitude et de force prédéterminée à une lame vibrante. Les structures présentées autorisent notamment l'application d'un grand nombre d'impulsions mécaniques successives sur la lame, mais également un déplacement de type aller/retour du corps mobile sur lequel sont fixées les rampes. Ces différentes structures sont donc des solutions adaptées pour offrir une bonne oscillation des lames, et donc un haut rendement en termes de génération d'énergie électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif mécanique destiné à la génération d'une énergie électrique comprenant un corps mobile (3) apte à se déplacer dans deux directions opposées, et un premier sous- ensemble mécanique formé d'une lame vibrante (20) et d'au moins une rampe (60) munie de deux surfaces de contrainte opposées (600, 601),
- ladite lame vibrante (20) ayant une extrémité fixe (200) solidarisée à un bâti (1) et une extrémité libre (201) munie d'une saillie (40), ladite lame (20) étant apte à osciller dans un plan privilégié de flexion (Pf),
- ladite rampe (60) étant solidarisée au corps mobile (3) et est conformée pour autoriser, lors du déplacement du corps mobile (3) dans l'une des directions opposées, une première séquence définie par le positionnement de l'extrémité libre (201) de la lame (20) dans un état de contrainte en flexion via le coulissement de la saillie (40) le long de l'une des surfaces de contrainte (600), suivi de la libération instantanée de cet état de contrainte à la fin dudit coulissement.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la rampe (60) est en outre conformée pour autoriser, lors du déplacement du corps mobile (3) dans l'autre direction opposée, une deuxième séquence définie par le positionnement de l'extrémité libre (201) de la lame (20) correspondante dans un autre état de contrainte en flexion via le coulissement de sa saillie (40) le long de l'autre surface de contrainte (601) de ladite rampe (60), suivi de la libération instantanée de cet autre état de contrainte à la fin dudit coulissement le long de ladite autre surface de contrainte (601).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième sous-ensemble mécanique de structures sensiblement similaires audit premier sous-ensemble mécanique, les premier et deuxième sous-ensembles mécaniques comprenant chacun une lame vibrante (20, 21) et au moins une rampe (60, 61), et en ce que :
- les extrémités fixes (200, 210) des lames (20, 21) des premier et deuxième sous- ensembles sont fixées au même bâti (1),
- les lames (20, 21) des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques sont aptes à osciller dans le même plan privilégié de flexion (Pf), autour de leur position de repos respectif,
- les premier et deuxième sous-ensembles sont agencés symétriquement par rapport à un plan de symétrie (Ps) perpendiculaire audit plan de flexion (Pf), et présentent un fonctionnement simultané et symétrique par rapport au plan de symétrie (Ps) lors du déplacement du corps mobile dans les deux directions opposées.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chacun 5 des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques :
- la rampe (62) est solidarisée au corps mobile par l'une de ses extrémités, l'autre de ses extrémités étant libre et flexible, la rampe (62) présentant une zone flexible et étant munie d'au moins un évidement latéral (620) au travers duquel passe la saillie (40, 41) lors du déplacement du corps mobile ;
10 - le corps mobile (3) est en outre muni d'une surface de maintien (331) en regard de ladite autre surface de contrainte (622) de la rampe (62), ladite surface de maintien étant conformée pour :
- bloquer la flexion de l'extrémité libre de la rampe lors du déplacement du corps mobile dans une des directions opposées, et
15 - lors du déplacement du corps mobile dans l'autre direction opposée, autoriser le coulissement simultané de la saillie (40) le long de ladite autre surface de contrainte (622) et de ladite surface de maintien (331).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une 20 plaque flexible formée d'une portion commune (67) à partir de laquelle s'étendent deux portions distinctes (68a, 68b), la portion commune (67) ) étant fixées au corps mobile (3) et l'extrémité libre des deux portions distincts (68a, 68b) étant en contact avec le corps mobile (3) selon une configuration dans laquelle les deux portions distinctes (68a, 68b) sont contraintes dans deux directions opposées, lesdites deux portions distinctes (68a, 25 68b) contraintes formant les rampes (60, 61) des deux sous-ensembles mécaniques respectivement.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques comprend en outre :
30 - un support (30a, 30b) solidarisé au corps mobile (3) et muni d'une surface proximale (300a, 300b) sensiblement parallèle au plan de flexion (Pf) et à partir de laquelle s'étendent perpendiculairement les surfaces de contrainte (600, 601), ledit support (30a, 30b) étant monté mobile en rotation dans le plan de flexion (Pf) entre une position de rotation initiale et une position de rotation finale ;
35 - un moyen élastique (31a, 31b) tendant à ramener le support (30a, 31b) en position de rotation initiale, et
- un bloc de maintien (9) muni d'au moins une surface de maintien (90, 91) agencée en regard de ladite autre surface de contrainte (601, 611) de ladite rampe (60, 61) correspondante, ladite surface de maintien (90, 91) étant conformée pour autoriser, lors du déplacement du corps mobile dans ladite autre direction opposée, le coulissement simultanée de la saillie (40, 41) le long de ladite autre surface de contrainte (601, 611) et de ladite surface de maintien (90, 91), ledit coulissement simultané induisant un pivotement du support (30a, 30b) vers sa position de rotation finale, et l'absence de contrainte en flexion sur ladite lame.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps mobile (3) se déplace en translation selon un axe (T) normal à un plan (Psa) défini par les directions des saillies.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps mobile (3) se déplace en rotation dans au moins une des deux directions opposées autour d'un axe de rotation contenu dans le plan de flexion (Pf) et orienté perpendiculairement au plan de symétrie (Ps).
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps mobile (3) se déplace en rotation dans au moins une des deux directions opposées autour d'un axe de rotation contenu dans le plan (Psa) défini par les directions des saillies et dans le plan de symétrie (Ps).
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chacun des premier et deuxième sous-ensembles mécaniques comprend en outre une pluralité de rampes (60a, 60b, 60c, 61a, 61b, 61c) agencées sur ledit corps mobile (3) et autorisant une succession prédéfinie de première et deuxième séquences lors du déplacement du corps mobile (3) dans chacune des deux directions opposées.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chacune des saillies fait partie intégrante de la lame ou est un élément distinct de la lame et rapportée sur l'extrémité libre de la lame.
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