OA22004A - Dispositif de Filature à Pédale et à Énergie Solaire. - Google Patents

Abstract

La présente invention porte sur un dispositif de filature innovant, conçu pour transformer efficacement diverses fibres telles que le coton, la laine et les fibres synthétiques en fil de haute qualité. Ce « Dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire » (Figure 1) combine un mécanisme à pédale (1), un moteur électrique (B), et une alimentation électrique via une source d'énergie solaire (C, D et E), offrant une flexibilité exceptionnelle. Les résultats montrent que ce dispositif, avec un variateur de vitesse (A) atteignant 1 000 tours/min, assure une filature rapide, produisant un fil de 30 deniers avec une capacité de production allant jusqu'à 500 mètres/heure selon les fibres, comme illustré dans le Tableau 2. Les performances et l'efficacité énergétique du dispositif sont détaillées dans le Tableau 1, où l'utilisation de l'énergie solaire permet une vitesse de filature de 800 tours/min avec une consommation énergétique de 100 Wh pour une durée de filature de 2,5 heures, offrant ainsi un équilibre optimal entre efficacité énergétique et qualité du fil. Comparativement, l'énergie électrique conventionnelle atteint une vitesse supérieure de 1 000 tours/min mais consomme 120 Wh, produisant un fil de qualité inférieure à 20 deniers. Le mécanisme à pédale, bien que plus lent à 600 tours/min, offre une solution sans consommation électrique, idéale pour des contextes où l'énergie est limitée. En alliant performance, durabilité, et adaptabilité, ce dispositif de filature soutient une production textile responsable et innovante, essentielle pour répondre aux défis environnementaux actuels. <img file="OA22004A_A0001.tif"/>

Description

Description détaillée de l’invention

La présente invention concerne un dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire innovant destiné à la transformation de fibres textiles naturelles en fils de haute qualité. Ce dispositif combine un mécanisme à pédale et électrique à alimentation à l’énergie solaire, offrant ainsi une solution efficace et écologique pour les artisans et petites unités de production textiles. Fabriqué à partir de matériaux locaux robustes et adaptés aux conditions locales, il est spécialement conçu pour les régions où l'accès à l'électricité est limité ou coûteux, répondant aux besoins des producteurs de textiles de manière autonome et efficace.

Les dispositifs de filature trouvent leurs origines dans les techniques artisanales de filature manuelle, où des outils tels que les fuseaux et les rouets étaient couramment utilisés pour transformer les fibres textiles en fils. Ces méthodes, bien que rudimentaires, étaient largement adoptées par les communautés rurales, nécessitant un travail physique intense pour des rendements souvent limités. L’avènement de la révolution industrielle a marqué un tournant majeur avec des inventeurs comme Richard Arkwright, qui en 1769, brevète la « water frame », le métier à filer hydraulique, une machine qui assurait la forte torsion nécessaire à la fabrication des fils de chaîne, en remplaçant les doigts humains par des cylindres de bois et de métal. Samuel Crompton inventa en 1779, une machine à filer le coton qui permit d’obtenir un fil à la fois fin et résistant, la «mule-jenny », nouvelle version de la «Spinning Jenny », avec pour résultat l'abaissement du coût de la matière première pour les tisserands. D’un côté, ces innovations ont certes augmenté la productivité, mais elles ont également rendu la filature dépendante d’une alimentation électrique continue. D’un autre côté, ces machines sophistiquées restent inaccessibles dans de nombreuses régions rurales, en particulier là où l’accès à l'électricité demeure un défi. C'est pour répondre à ces contraintes que notre dispositif de filature solaire a été conçu, alliant l'efficacité des machines modernes à l'utilisation d'énergies renouvelables. Cette initiative vise à offrir aux artisans une solution autonome, écologique et économiquement viable, adaptée à leur environnement de travail, tout en perpétuant la tradition de filature. En combinant les mécanismes à pédale manuel et électrique à alimentation solaire, la présente invention permet aux artisans de produire des fils de haute qualité tout en réduisant leur dépendance à l'électricité, renforçant ainsi leur capacité de production et améliorant leurs conditions de travail.

D'autres dispositifs de filature, tels que les rouets électriques ou les machines industrielles, existent sur le marché. Cependant, ces solutions présentent des limites évidentes: elles sont souvent coûteuses, énergivores, et nécessitent une source d'électricité fiable, ce qui les rend inaccessibles pour les populations rurales et les petites unités de production textiles dans les pays en développement comme le Cameroun. De plus, les machines électriques traditionnelles nécessitent un entretien régulier et des compétences techniques pour fonctionner efficacement ; ce qui présente un obstacle supplémentaire pour les artisans locaux. En comparaison, le dispositif de filature solaire objet de la présente invention offre une solution innovante et adaptée aux réalités des communautés rurales. Il est conçu pour fonctionner de manière autonome grâce à son système d'alimentation solaire et à son mécanisme à pédale, ne nécessitant ainsi aucune source d'énergie externe coûteuse. De plus, l'utilisation de matériaux locaux et durables rend ce dispositif plus accessible, abordable, et facile à entretenir. Cela permet de promouvoir un développement socio-économique durable, en offrant aux artisans la possibilité d'augmenter leur production et d'améliorer leurs conditions de vie. En outre, en réduisant la dépendance à l'énergie électrique, ce dispositif contribue à atténuer les impacts environnementaux liés à la consommation d'énergie, tout en créant des opportunités de revenus et en préservant les savoir-faire artisanaux locaux.

Le dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire objet de la présente invention est un équipement hybride combinant les mécanismes manuels à pédale et électrique à alimentation solaire pour transformer efficacement les fibres textiles en fis de haute qualité (Figure 1). Sa conception robuste repose sur un cadre en bois exotique « Eyong, Padouk africain » ou « Padouk rouge » assemblé par des vices de rappels pour garantir une stabilité optimale. Le système de pédale en fonte assure un entraînement manuel fluide, tandis qu'un moteur monophasé (220V, 50Hz, !500tr/min, 120W) commandé par un varîateur de vitesse alimenté à l'énergie solaire offre un mouvement rotatif précis. Cette alimentation solaire est un système solaire photovoltaïque comportant deux panneaux photovoltaïques de lOOWc qui alimentent une batterie au lithium-ion haute densité énergétique de 12V / lOOAh. Cette source d’énergie confère au dispositif de filature une autonomie de 10 heures en moyenne de filature continue et lui assure ainsi une efficacité énergétique optimale. (Figure 3). Le dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire est équipé d'une poulie double gorges de contrôle qui permet de basculer entre les modes manuels à pédale et électrique en toute simplicité. En outre, la conception ergonomique du système à pédale rend l'opération manuelle moins fatigante, garantissant ainsi une expérience de filature agréable pour l'utilisateur. L’ensemble de ces composants est enveloppé dans une structure élégante et durable, prête à être utilisée dans des environnements de production variés, que ce soit en atelier artisanal ou en petite industrie textile.

Le processus de fabrication d’un dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire commence par la découpe des composants principaux, y compris le cadre en bois d'ébène « Padouk africain » ou « Padouk rouge» et les éléments mécaniques en fonte. Chaque pièce est soigneusement mesurée et taillée pour assurer un ajustement précis. Une fois les composants découpés, le cadre est assemblé pour former une structure stable et durable. Le mécanisme à pédale est ensuite installé, reliant les pédales en fonte au système de transmission par courroies, garantissant une efficacité de 95% dans le transfert de puissance. Le système d’énergie solaire photovoltaïque avec sa batterie lithium-ion de 12V / lOOAh est fixé prêt du dispositif de filature. Il alimente le moteur monophasé commandé par un varîateur de vitesse intégré dans une unité compacte. Ce moteur transmet son mouvement de rotation au dispositif de filature par l’intermédiaire d’un système poulies — courroies. Ce système assure une production de fil constante et de haute qualité, minimisant le risque d'usure. Enfin, le dispositif est testé pour s'assurer de son bon fonctionnement en mode manuel et électrique, garantissant ainsi une expérience utilisateur optimale comme illustré dans la Figure 2 représentant les vues de face et de droite de l’équipement. Le tout est emballé de manière ergonomique pour faciliter son transport et son utilisation dans divers environnements de production textile.

Pour utiliser le dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire, l'artisan commence par préparer les fibres textiles, qu'elles soient naturelles ou synthétiques, en les nettoyant et en les cardant si nécessaire. Une fois les fibres prêtes, elles sont placées dans le dispositif. Ce dernier est alimenté par un système solaire photovoltaïque, qui capte l'énergie solaire pour alimenter le moteur électrique (B). L'utilisateur peut choisir entre le mécanisme à pédale (1) ou le mécanisme électrique, offrant ainsi une grande flexibilité d'utilisation. Le fonctionnement du dispositif permet une transformation efficace des fibres en fils de haute qualité, tout en optimisant la consommation énergétique.

L’artisan peut ajuster la tension du fil grâce au frein à ressorts (9), qui régule l'enroulement sur la bobine (7), et contrôler la vitesse de rotation via le varîateur de vitesse (A), garantissant ainsi une qualité optimale du fil produit. Le Tableau 1 met en évidence l'efficacité du dispositif, montrant que ce dernier, avec une vitesse de filature de 800 tours/min et une consommation énergétique de 100 Wh, permet une durée de filature de 2,5 heures tout en maintenant une qualité de fil acceptable de 30 deniers et un faible taux de déchets de 2%. En comparaison, les systèmes de filature à énergie électrique conventionnelle offrent une vitesse de rotation plus élevée de I 000 tours/min, mais consomment davantage d'énergie (120 Wh) et produisent un fil de qualité inférieure (20 deniers), bien que le taux de déchets soit légèrement plus bas (1,5%). Cette comparaison souligne les avantages du dispositif solaire en termes de durabilité et d'efficacité économique, surtout dans des régions où l'accès à l'électricité est limité ou coûteux. Le Tableau 2 compare les performances du dispositif de filature à énergie solaire avec celui d’une méthode traditionnelle (le rouet), qui, bien qu'économe en énergie, nécessite plus de temps et d'effort physique, ce qui limite leur productivité et la qualité du fil produit.

Ainsi, le dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire représente une solution innovante et durable, combinant efficacité énergétique, qualité de production et adaptabilité, répondant aux besoins des artisans, en particulier dans les zones rurales. Il offre une opportunité d’améliorer la productivité tout en réduisant les coûts énergétiques et l'empreinte écologique.

Les figures et dessins annexés illustrent l’invention :

• La Figure 1 représente le dispositif complet de filature à pédale et électrique à énergie solaire.

• La Figure 2 représente les vues arrière et de droite du dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire, montrant toutes ses parties élémentaires.

• La Figure 3 est le schéma du système solaire photovoltaïque pour l'alimentation du dispositif.

• La Figure 4 représente le schéma de l’épinglier muni de son système de freinage à double ressort.

En référence à ces figures, Le dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire combine une technologie moderne d'alimentation solaire avec un mécanisme de filage efficace et respectueux de l’environnement. Le processus commence avec l’énergie solaire captée par les panneaux photovoltaïques (D), qui transforment la lumière du soleil en électricité, stockée dans des batteries (C) (Figure 3). Cette énergie est convertie en courant alternatif par l'onduleur (E) et utilisée pour alimenter le moteur électrique (B), qui fait tourner la roue (3) et la broche (il) par action de la pédale électrique (13). La broche, à son tour, torsade les fibres pour les transformer en fil. L'utilisateur peut également activer le mode pédale mécanique (I), en actionnant les pédales, qui transmettent le mouvement à la roue via un mécanisme de transmission (12). Ce mécanisme permet une régulation du mouvement, que ce soit en mode manuel ou électrique. Le frein (9), grâce à un système de ressorts, régule l'enroulement du fil sur la bobine (7) fixée sur un moyeu (8), en contrôlant la vitesse d’enroulement et en garantissant une tension optimale pour éviter la rupture du fil (Figure 4). Le guide-fil (10) dirige les fibres vers la broche, assurant une filature régulière, tandis que le variateur de vitesse (A) permet de moduler la vitesse de la broche pour adapter la torsion du fil selon les besoins. Ce système intégré, alliant pédale, moteur électrique, et frein à ressorts, offre une solution durable, autonome et précise pour la production de fil, réduisant ainsi l'effort physique tout en exploitant les avantages de l’énergie solaire. La navette (6) munie de crochets (14) permettent de créés l’effet torsion et orientation des fils produits pour une meilleure qualité du fil.

L'objectif principal de la conception de ce dispositif est d'augmenter la productivité de la filature tout en réduisant la consommation énergétique. Un second objectif est d'utiliser des sources d'énergie renouvelables, contribuant ainsi à une approche durable de la fabrication textile. Le dispositif offre une grande flexibilité pour le traitement de différentes fibres, en particulier la fibre de coton, garantissant une qualité de fil élevée avec un faible taux de déchets.

Claims (10)

1. Revendications

   1. Dispositif de filature à pédale et électrique à énergie solaire, comprenant :

   des panneaux photovoltaïques (D) pour la capture de l’énergie solaire, un onduleur (E) pour convertir l’énergie continue en énergie alternative, des batteries (C) pour stocker l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques, un moteur électrique (B) alimenté par l’énergie solaire pour entraîner la roue (3) et la broche (11) par action de la pédale électrique (13), un variateur de vitesse (A) pour ajuster la vitesse de rotation de la broche (11) et la torsion des fibres, un mécanisme de transmission (12) reliant la pédale mécanique (1) à la roue (3) dans un mode manuel.
2. 2. Dispositif selon la revendication I, où le moteur électrique (B) permet de remplacer ou compléter le mouvement fourni par la pédale mécanique (1), avec un mode automatique de rotation de la broche (11) grâce à l’énergie solaire.
3. 3. Dispositif selon la revendication I ou 2, comprenant un frein (9) à ressorts, intégré à la bobine (7) pour réguler la vitesse d'enroulement du fil, permettant une gestion de la tension du fil durant l’enroulement.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, où le frein (9) applique un couple de ressorts variable en fonction de la vitesse de rotation de la bobine (7), assurant un contrôle précis de l’enroulement du fil.
5. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’urv guide-fil (10) permet de diriger les fibres de manière uniforme vers la broche (11), assurant ainsi une production de fil régulier et de qualité.
6. 6. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un système de régulation de la vitesse (A) permettant à l’utilisateur de contrôler la vitesse de la broche ( 11 ) et donc la torsion appliquée aux fibres, pour ajuster l’épaisseur et la texture du fil.
7. 7. Dispositif selon la revendication 1, où le système photovoltaïque (C, D, et E) permettant d’utiliser le dispositif de filature sans effort physique majeur de l'artisan et pendant une longue période (environ 10 heures) par jour.
8. 8. Dispositif selon la revendication I, où l'ensemble des composants du système (panneaux solaires, onduleur, moteur électrique, frein à ressorts, etc.) est logé dans un châssis (2) conçu pour optimiser l’espace, faciliter l’accès aux différentes parties, et assurer la stabilité et la durabilité de l’ensemble.
9. 9. Dispositif caractérisé par le fait que l'ensemble du dispositif peut fonctionner à la fois en mode entièrement manuel (pédale) et électrique (énergie solaire), offrant une 5 flexibilité d'utilisation en fonction des ressources disponibles.
10. 10. Dispositif selon la revendication 1, comportant un moteur électrique (B) et un variateur de vitesse (E), pouvant être utilisé dans les régions où l’électricité conventionnel (réseau ENEO) existe et dans celles où elle est absente avec un système solaire photovoltaïque.