TITRE : Fil textile configuré pour générer un courant électrique par frottement

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un fil textile configuré pour générer un courant électrique par frottement sur un matériau annexe.

Art antérieur

Il est connu de récupérer un courant électrique généré par triboélectricité pour charger une batterie. Notamment, ce principe de récupération d'un courant électrique peut être appliqué à un textile.

Il est par exemple connu d'utiliser un textile comprenant deux matériaux conducteurs sous forme de couches agencées pour être frottées ensemble de manière à déplacer des charges électriques. Chaque matériau est connecté à une borne d'un système de récupération d'énergie électrique transformant le courant alternatif reçu en un courant continu apte à être stocké par une batterie.

Les matériaux conducteurs peuvent être chacun recouverts par une couche diélectrique, par exemple réalisée par enduction, le tout constituant des fils textiles.

Dans ce contexte, il apparaît difficile de fabriquer un vêtement comprenant ces deux couches de matériaux.

En effet, le fait de disposer de deux couches de matériaux qui doivent frotter l'une sur l'autre est peu pratique. De plus, l'enduction diélectrique peut également limiter les frottements car elle est relativement lisse par nature.

Ces caractéristiques impliquent une variabilité d'efficacité dans la récupération d'énergie.

De plus, les fils textiles comprenant les matériaux conducteurs enduits sont constitués de fils relativement gros et donc peu adaptés à une utilisation polyvalente comme par exemple dans le domaine de l'habillement.

La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention

A cet effet, la présente invention concerne un fil textile configuré pour générer un courant électrique par frottement sur un matériau annexe, le fil textile comprenant :

- un fil d'âme central qui est électriquement conducteur et qui est configuré pour être raccordé à une électrode de connexion d'un dispositif de chargement de batterie,

- au moins un fil de couverture qui est isolant électrique et qui est enroulé en hélice autour du fil d'âme central.

En d'autres termes, le fil textile est un nanogénérateur triboélectrique.

Lorsque le fil textile est frotté sur le matériau annexe, des charges électriques sont générées par triboélectricité au niveau de l'au moins un fil de couverture. Ces charges électriques transitent ensuite dans le fil d'âme central car il est raccordé à une électrode d'un dispositif de chargement d'une batterie.

Le fil textile obtenu est fin du fait de sa constitution simple. Le fait d'utiliser un matériau annexe pour la génération de charges électriques permet par exemple de constituer un vêtement avec seulement une couche réalisée en fil textile. Cette couche est apte à être frottée à un autre vêtement comprenant le matériau annexe.

Le fil textile peut également être utilisé dans toutes sortes d'applications impliquant des frottements avec un matériau annexe applicable à plus de domaines, notamment l'habillement.

Le fait que l'au moins un fil de couverture soit enroulé en hélice engendre un fil textile souple permettant de réaliser par exemple des vêtements confortables.

L'enroulement en hélice implique également un frottement plus important que si la surface extérieure du fil textile était lisse. La surface externe du présent fil textile est rugueuse. Le déplacement de charges électriques est ainsi plus important ce qui améliore la création de courant.

Il est ainsi possible d'engendrer davantage de courant qu'en utilisant un fil enduit qui a une surface externe lisse. Le fil textile présente une structuration externe, c'est-à-dire une géométrie de sa surface externe, qui est particulière et définit une succession de creux et de bosses avec l'enroulement en hélice.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture est configuré pour engendrer une couverture autour du fil d'âme central. Ainsi le fil textile présente un diamètre externe sensiblement constant et supérieur au diamètre externe du fil d'âme centrale. De préférence, lorsqu'il y a deux fils de couverture, un premier fil de couverture est en contact et enroulé en hélice autour du fil d'âme central, et, un deuxième fil de couverture est enroulé autour de l'ensemble constitué par le fil d'âme central et le premier fil de couverture.

Ainsi chaque fil de couverture définit une couche disposée autour du fil d'âme central.

Selon un aspect de l'invention, l'hélice de l'au moins un fil de couverture présente des spires jointives ou espacées d'une distance inférieure au diamètre et de préférence au rayon de l'au moins un fil de couverture.

En particulier, la distance séparant deux spires consécutives de l'hélice de l'au moins un fil de couverture est négligeable par rapport au rayon de l'au moins un fil de couverture.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture est enroulé en hélice circulaire autour du fil d'âme central. De préférence, le fil d'âme central présente un diamètre sensiblement constant. De préférence, le fil textile est sensiblement cylindrique. En particulier, Le fil textile présente un diamètre compris entre 50 pm et 5 mm et préférablement entre 100 pm et 3 mm.

Selon un aspect de l'invention, l'enroulement en hélice de l'au moins un fil de couverture est réalisé de sorte à limiter un glissement de spires le long du fil d'âme central.

De préférence, les spires de l'au moins un fil de couverture sont disposées autour du fil d'âme central de sorte à couvrir la totalité de la surface externe du fil d'âme central. Cette disposition permet de ne pas avoir de fuite de charge et donc d'améliorer la génération de courant.

En particulier, les spires sont jointives avec un unique fil de couverture. Les spires peuvent être jointives ou espacées avec plusieurs fils de couverture, une couche supérieure comblant les ouvertures entre les spires de la couche inférieure.

Selon un aspect de l'invention, l'enroulement en hélice des fils de couverture est réalisé dans le même sens, le creux engendré entre deux spires d'une couche inférieure définissant un emplacement dans lequel est reçu le fil de couverture de la couche supérieure.

Cette disposition permet de définir la structuration externe du fil textile sans avoir recours à des procédés supplémentaires comme l'enduction ou l'ensimage qui peuvent être difficilement industrialisables. La structure du fil textile permet une optimisation de la génération de courant tout en ayant une finesse et une souplesse pour son utilisation dans les machines de tissage et de tricotage adaptées pour produire des vêtements en série.

Selon un aspect de l'invention, l'enroulement en hélice de l'au moins un fil de couverture est défini par un pas constant ou variable. Lorsque plusieurs fils de couverture sont utilisés, les pas peuvent être différents d'un fil de couverture à l'autre. Le pas peut également être constant par portions, chaque portion étant caractérisée par un pas différent.

Selon un aspect de l'invention, le fil de couverture est un fil de section sensiblement cylindrique et comprend au moins deux filaments.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture est un diélectrique.

Cette disposition améliore la capture de charges électriques si on compare l'au moins un fil de couverture enroulé à un enduit constitué d'un mélange qui n'est pas totalement diélectrique.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture est constitué d'une seule matière diélectrique.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture comprend au moins un élément non triboélectriquement neutre, préférentiellement du polytétrafluoroéthylène, du polychlorure de vinyle, de l'élasthanne, de l'alcool polyvinylique, du coton, de la cellulose, de la soie, du polyester et/ou du polyamide, et particulièrement de type PA 6, PA 6-6, PA 11, PA 6-10, PA 10-10 et/ou PA 12.

La ou les matières utilisées pour l'au moins un fil de couverture permettent une bonne capture des charges électriques.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture est orienté selon un angle d'hélice compris entre 0° et 70° par rapport à un axe d'extension du fil d'âme central.

L'angle d'hélice est défini comme étant l'angle entre l'axe d'extension et la direction d'extension du fil de couverture concerné. Cette orientation améliore la souplesse du fil textile tout en lui conférant une certaine rugosité améliorant la capture de charges électriques par frottement sur la matériau annexe.

Selon un aspect de l'invention, l'angle d'hélice est compris entre 5° et 45°, de préférence entre 10°et 35° et en particulier entre 15° et 30°.

Ainsi, l'angle d'hélice du premier fil de couverture peut être différent de l'angle d'hélice du deuxième fil de couverture. Les angles d'hélice peuvent également être identiques selon les variantes de réalisation. Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture présente une section ronde, ovale, oblongue, trilobée, quadrilobée et/ou avec une dimension prépondérante par rapport à une autre dimension transversale.

De préférence, l'au moins un fil de couverture avec la dimension prépondérante par rapport à l'autre dimension transversale est un fil dit « fil plat ».

Selon un aspect de l'invention, la section de l'au moins un fil de couverture est susceptible de présenter localement de légères déformations par rapport à une section parfaitement ronde, ovale, oblongue et/ou avec une dimension prépondérante par rapport à une autre dimension transversale.

Selon un aspect de l'invention, la section de l'au moins un fil de couverture peut varier sur la longueur dudit fil.

Selon un aspect de l'invention, l'au moins un fil de couverture comprend un premier fil de couverture et un deuxième fil de couverture, le premier fil de couverture étant enroulé en hélice autour du fil d'âme central selon un premier sens d'enroulement et le deuxième fil de couverture étant enroulé en hélice autour du fil d'âme central et du premier fil de couverture selon un deuxième sens d'enroulement.

Cette disposition permet un bon calage du fil textile, le deuxième fil de couverture maintenant en position le premier fil. Ainsi les éventuels glissements entre les fils de couverture et le fil d'âme central sont fortement limités. La limitation des glissements permet une meilleure récupération d'énergie.

Selon un aspect de l'invention le premier fil de couverture et le deuxième fil de couverture sont en un même matériau. Selon un autre aspect de l'invention, le premier fil de couverture et le deuxième fil de couverture sont en matériaux différents.

Selon un aspect de l'invention, le premier sens d'enroulement est opposé au deuxième sens d'enroulement.

Cette disposition limite davantage les glissements entre le fil d'âme central, le premier fil de couverture et le deuxième fil de couverture. La récupération d'énergie électrique est donc plus importante et la variabilité due aux glissements diminue.

Selon un aspect de l'invention, un des premier et deuxième fils présente un sens d'enroulement dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre selon un sens opposé.

Selon un autre aspect de l'invention, le premier sens d'enroulement est identique au deuxième sens d'enroulement.

De préférence, le premier fil de couverture et le deuxième fil de couverture présentent un même sens d'enroulement et des angles d'hélice différents. Cette disposition permet d'avoir un bon calage des fils de couverture les uns par rapport aux autres.

Selon un aspect de l'invention, le fil d'âme central est métallique ou en un matériau organique recouvert de métal et/ou chargé d'éléments conducteurs.

Selon un aspect de l'invention, le fil d'âme central est en aluminium, argent, cuivre ou inox.

Selon un autre aspect de l'invention, les matériaux organiques sont des polymères ou des fibres usuellement employées dans le domaine textile comme le coton, la soie ou le lin.

De préférence, les matériaux organiques sont recouverts et/ou chargés de métaux tels que l'aluminium, l'argent, le cuivre ou l'inox.

De préférence, les matériaux organiques sont recouverts et/ou chargés de semi-conducteurs comme le carbone et/ou des dérivés du carbone.

Alternativement, le fil d'âme central est un polymère intrinsèquement conducteur.

Selon un aspect de l'invention, le fil textile tel que décrit ci-avant est élaboré par guipage.

Le fil textile est ainsi apte à être élaboré par des machines de guipage classique car il présente un diamètre et une souplesse comparable à ceux d'un fil textile classique.

Selon un aspect de l'invention, le fil textile est agencé sous forme d'une bobine.

La présente invention concerne également, une étoffe formée pour tout ou partie par tissage et/ou tricotage et/ou tressage d'au moins un fil textile tel que décrit ci-avant.

Cette disposition permet également d'utiliser un métier classique pour l'élaboration d'une étoffe à partir du fil textile.

L'étoffe peut ainsi être intégrée à un vêtement, par exemple entre le buste et le bras, ou entre les jambes d'un pantalon ou sur une coudière, de manière à frotter sur un matériau annexe tel qu'un autre textile.

Il est possible de décliner cette intégration à tout support à base textile sur lequel il y a des frottements (moquettes et autres revêtements de sol, assises de sièges, etc.).

La présente invention concerne en outre un système de récupération d'énergie électrique générée par triboélectricité, comprenant une étoffe telle que décrite ci-avant et un dispositif de chargement de batterie pourvu d'une électrode de connexion raccordée électriquement à l'au moins un fil d'âme central de l'étoffe et d'une électrode de référence.

Le fait de disposer d'une électrode de référence permet de récupérer un courant électrique alternatif lorsque le fil textile est frotté au matériau annexe. Il n'est donc pas nécessaire de disposer de deux fils textiles distincts, chacun étant connecté à une électrode du dispositif de chargement.

L'électrode de référence présente un potentiel connu et/ou apte à être contrôlé par le dispositif de chargement.

Selon un aspect de l'invention, le système de récupération d'énergie comprend un redresseur de courant, tel qu'un pont de diode, agencé pour transformer le courant alternatif obtenu du fil textile frotté en un courant continu apte à charger une batterie.

La présente invention concerne en outre un système d'acquisition d'un signal électrique généré par triboélectricité comprenant une étoffe telle que décrite ci- avant et un circuit d'acquisition pourvu d'un module de reconnaissance d'un signal obtenu par contact sur l'étoffe, d'un module de communication apte à transmettre des données sans fil et d'une alimentation interne configurée pour alimenter en énergie électrique le système d'acquisition.

Cette disposition permet d'utiliser l'étoffe comme commande à distance. Le courant généré n'a pas pour but d'être stocké, mais de servir de « bouton » intégré au textile.

De préférence, le système d'acquisition est agencé pour que le contact d'un doigt de l'utilisateur sur l'étoffe produise un signal apte à être acquis par le système d'acquisition.

Selon un aspect de l'invention, le module de communication est un module de type Bluetooth, Wifi ou d'un type équivalent permettant de transmettre des données à distance.

Selon un aspect de l'invention, le système d'acquisition est pourvu d'une électrode de connexion raccordée électriquement à l'au moins un fil d'âme central de l'étoffe et d'une électrode de référence.

Selon un aspect de l'invention, le système d'acquisition comprend au moins deux étoffes telles que décrites ci-avant, le module de reconnaissance et le module de communication étant aptes à distinguer les signaux provenant de chacune des étoffes concernées.

Cette disposition améliore la commande à distance puisqu'un même système d'acquisition permet d'envoyer au moins deux signaux différents. Les différents aspects définis ci-dessus non incompatibles peuvent être combinés.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés.

[Fig. 1] est une vue schématique de côté d'un fil textile comprenant un fil d'âme central, un premier fil de couverture et un deuxième fil de couverture.

[Fig. 2] est une vue schématique d'un système de récupération d'énergie électrique générée par triboélectricité.

[Fig.3] est une vue schématique d'un système d'acquisition d'un signal généré par triboélectricité.

[Fig. 4] est une vue schématique de côté du fil textile selon une variante.

[Fig. 5] est une photographie du fil textile selon la variante de la figure 4.

Description en référence aux figures

Comme illustré à la figure 1, un fil textile 1 comprend un fil d'âme central 3, un premier fil de couverture 5 et un deuxième fil de couverture 7.

Le fil textile 1 est agencé pour générer un courant électrique par frottement sur un matériau annexe 9 visible à la figure 2. En d'autres termes, le fil textile 1 est un nanogénérateur triboélectrique. Le fil textile 1 est élaboré par guipage et peut être stocké sous forme de bobine.

Le fil d'âme central 3 est électriquement conducteur. Il peut être métallique ou en un matériau organique recouvert de métal et/ou chargé d'éléments conducteurs.

Ainsi, le fil d'âme central 3 peut être en aluminium, argent, cuivre ou inox.

Les matériaux organiques peuvent être des polymères ou des fibres usuellement employées dans le domaine textile (coton, soie ou lin).

Les matériaux organiques peuvent être recouverts et/ou chargés de métaux (tels que l'aluminium, l'argent, le cuivre ou l'inox) et/ou de semi-conducteurs (carbone et ses dérivés).

Alternativement, le fil d'âme central 3 peut être un polymère intrinsèquement conducteur. Le fil d'âme central 3 présente un diamètre sensiblement constant et s'étend selon un axe d'extension 11.

Chaque fil de couverture 5, 7 est un isolant électrique et en particulier un diélectrique. Chaque fil de couverture 5, 7 peut être constitué en une seule matière ou comprendre plusieurs constituants.

Chaque fil de couverture 5, 7 est enroulé en hélice autour du fil d'âme central 3. Il s'agit d'une hélice circulaire ou sensiblement circulaire selon les éventuelles légères variations du diamètre du fil d'âme central 3.

Chaque fil de couverture 5, 7 présente un angle d'hélice 13, 15 correspondant compris entre 0° et 70°. L'angle d'hélice est défini comme étant l'angle entre l'axe d'extension 11 et la direction d'extension du fil de couverture 5, 7 concerné.

Selon un aspect de l'invention, ces angles d'hélice 13, 15 sont compris entre 5° et 45°, de préférence entre 10° et 35° et en particulier entre 15° et 30°. Ces angles d'hélices 13, 15 peuvent être égaux ou différents.

Ainsi, l'angle d'hélice 13 du premier fil de couverture 5 peut être différent de l'angle d'hélice 15 du deuxième fil de couverture 7. Les angles d'hélice 13, 15 peuvent également être identiques selon les variantes de réalisation.

Chaque fil de couverture 5, 7 présente des spires 17, 19 correspondantes jointives ou espacées d'une distance 21, 23 correspondante inférieure à son diamètre 25, 27.

Chaque fil de couverture 5, 7 comprend au moins un élément non triboélectriquement neutre, préférentiellement du polytétrafluoroéthylène (PTFE), du polychlorure de vinyle (PVC), de l'élasthanne, de l'alcool polyvinylique, du coton, de la cellulose, de la soie, du polyester et/ou du polyamide (PA), et particulièrement de type PA 6, PA 6-6, PA 11 et/ou PA 6-10.

Comme illustré à la figure 1, le premier fil de couverture 5 est enroulé en hélice autour du fil d'âme central 3 selon un premier sens d'enroulement 29 et le deuxième fil de couverture 7 est enroulé en hélice autour du fil d'âme central 3 et du premier fil de couverture 5 selon un deuxième sens d'enroulement 31.

Ici, le premier sens d'enroulement 29 est opposé au deuxième sens d'enroulement 31.

Selon des variantes de réalisation non représentées, le premier sens d'enroulement 29 peut être identique au deuxième sens d'enroulement 31.

Par exemple, deux fils de couverture 5, 7 avec le même sens d'enroulement mais des angles d'hélice 13, 15 différents permettront d'avoir un bon calage des fils de couverture 5, 7 les uns par rapport aux autres. Comme illustré à la figure 2, une étoffe 33 est formée par tissage et/ou tricotage et/ou tressage d'au moins un fil textile 1. Dans l'exemple présenté, l'étoffe 33 comprend une pluralité de fils textiles 1.

L'étoffe peut être composée en tout ou partie de fil textile. L'étoffe peut ainsi être en partie en fils « classiques » c'est-à-dire des fils non triboélectriques comprenant du coton, polyester et/ou d'autres matières habituellement utilisées dans le domaine textile.

Un système de récupération 35 d'énergie électrique générée par triboélectricité comprend l'étoffe 33 et un dispositif de chargement de batterie 37. Une batterie 39 en chargement coopérant avec le système de récupération 35 est également représentée.

Le dispositif de chargement de batterie 37 comprend une électrode de connexion 41 raccordée aux fils d'âmes centraux 3 de la pluralité de fils textiles 1 de l'étoffe 33 et une électrode de référence 43.

L'électrode de référence 43 est à un potentiel connu et/ou est apte à être contrôlée par le dispositif de chargement de batterie 37.

Le dispositif de chargement de batterie 37 comprend également un redresseur de courant 45 tel qu'un pont de diodes. Ainsi le courant alternatif produit par le frottement de l'étoffe 33 sur le matériau annexe 9 est transformé en un courant continu apte à charger la batterie 39.

Le système de récupération 35 ainsi constitué est simple puisqu'il n'y a qu'une épaisseur textile, l'étoffe 33, qui est apte à produire de l'énergie électrique par frottement sur tout matériau annexe 9.

Le fil textile 1 peut ainsi être utilisé pour tous types d'applications car il est de structure simple ce qui implique une taille réduite équivalente à celle utilisée dans la plupart des applications textiles.

La figure 3 présente une autre utilisation du fil textile 1. Un système d'acquisition 47 d'un signal électrique généré par triboélectricité comprend l'étoffe 33, un circuit d'acquisition 49 pourvu d'un module de reconnaissance 51 d'un signal obtenu par contact sur l'étoffe 33, d'un module de communication 53 apte à transmettre des données sans fil et d'une alimentation interne 55 configurée pour alimenter en énergie électrique le système d'acquisition 47.

L'étoffe 33 est ainsi utilisée comme commande à distance. Le courant généré n'a pas pour but d'être stocké, mais de servir de « bouton ». Le système d'acquisition 47 est agencé pour que le contact d'un doigt de l'utilisateur sur l'étoffe 33 produise un signal apte à être acquis par le système d'acquisition 47.

Le module de communication 53 est un module de type Bluetooth, Wifi ou d'un type équivalent permettant de transmettre des données à distance. Le système d'acquisition 47 est pourvu d'une électrode de connexion 41 raccordée électriquement à l'au moins un fil d'âme central 3 de l'étoffe 33 et d'une électrode de référence 43.

Egalement, le système d'acquisition 47 peut comprendre deux étoffes 33 de manière à ce que le module de reconnaissance 51 et le module de communication 53 soient aptes à distinguer deux signaux provenant de chacune des deux étoffes 33.

Un même textile peut ainsi transmettre à distance une ou plusieurs commandes à un terminal annexe comme par exemple un Smartphone.

Comme illustré aux figures 4 et 5, selon une variante, l'enroulement en hélice des fils de couverture 5, 7 est réalisé dans le même sens, le creux engendré entre deux spires du premier fil de couverture 5 définissant un emplacement dans lequel est reçu le deuxième fil de couverture 7.

Les spires des fils de couvertures 5, 7 sont disposées autour du fil d'âme central 3 de sorte à couvrir la totalité de la surface externe du fil d'âme central 3 dans le but de ne pas avoir de fuite de charge et donc d'améliorer la génération de courant.

Les spires sont légèrement espacées mais le fait de disposer de deux fils de couverture 5, 7 permet de couvrir la totalité de la surface externe du fil d'âme central 3. L'enroulement en hélice des fils de couverture 5, 7 est défini par un pas constant ou variable. Ici on a représenté un pas constant.

Les fils de couverture 5, 7 peuvent comprendre une pluralité de filaments comme illustré à la figure 5. Le principe est le même que lorsque chaque fil de couverture 5, 7 est un fil unique, les filaments étant agencés sensiblement parallèlement.

La figure 4 est schématique de sorte à laisser apparaître les différentes épaisseurs. Au contraire, la figure 5 est une photo qui laisse apparaître de légères irrégularités de la surface externe du fil textile 1 obtenues lors de l'enroulement successif des deux fils de couvertures 5, 7.

Ces irrégularités de la surface externe du fil textile 1 améliorent les frottements avec le matériaux annexe 9 et ainsi la génération de courant. L'utilisation du fil textile 1 pour la confection de vêtements n'est cependant pas impactée du fait des dimensions bien inférieures des irrégularités par rapport à la dimension du fil textile 1.