FR2884887A1 - Systeme de transmission d'energie cinetique - Google Patents

Abstract

Système d'échange d'énergie entre, d'une part, des organes de conversion d'une énergie primaire et d'autre part des organes utilisateurs (9) recevant cette. énergie sous forme de mouvement mécanique,comprenant également un volant d'inertie (3) entraîné par un organe moteur (2) par l'intermédiaire d'un premier système de transmission à rapport de vitesse discret ou variable entre la vitesse de rotation du moteur (2) et celle du volant d'inertie (3), rapport ajustable suivant les ordres reçus d'un calculateur (7), comprenant encore un deuxième système de transmission à rapport de vitesse variable entre la vitesse de rotation du volant d'inertie (3) et celle de l'organe utilisateur final (9), rapport ajustable suivant les ordres reçus du calculateur (7), comprenant enfin pour le transit de la puissance pour ces deux systèmes de transmission des arrangements de générateurs d'énergie et de récepteurs d'énergie transformant cette énergie en énergie mécanique,par l'intermédiaire, éventuellement d'un système d'engrenage différentiel

Description

Les besoins de l'homme en énergie mécanique sont divers, aussi bien pour

des installations terrestres telles qu'une scierie par exemple que pour des installations mobiles telles qu'un navire, un aéronef. un train. un tramway. un camion, un véhicule de transport en commun, une automobile ou un véhicule à

deux ou trois roues. Un des principaux problèmes qui se pose est la transmission de cette énergie entre les organes source d'énergie et les organes consommateurs d'énergie. Dans les systèmes autonomes, les organes sources d'énergie transforment une énergie primaire potentielle en énergie mécanique. Cette énergie primaire potentielle est stockée sous forme solide, liquide ou gazeuse et est convertie en énergie mécanique par un processus thermique, thermodynamique, hydraulique, nucléaire ou électrique. Elle peut provenir également d'une source éolienne ou d'une chute hydraulique ou d'efforts musculaires. Dans la grande majorité des cas, on observe un optimum du rendement de cette conversion d'énergie primaire pour une puissance délivrée que l'on peut appeler puissance nominale de l'organe de conversion. Ce n'est que dans une plage restreinte autour de cette puissance nominale, par exemple, plus ou moins 5 %, dans le cas des turbines, ou plus ou moins 10% dans le cas des moteurs à pistons que ce rendement conserve une valeur voisine de l'optimum. Les organes récepteurs, par contre, ont en général pour caractéristique d'avoir à fonctionner dans une plage de vitesse et de puissance très large. Une transmission à vitesse et puissance variable est donc nécessaire. De plus, dans certains cas et c'est typique pour un véhicule automobile, il serait économique de récupérer l'énergie de freinage. Les systèmes de transmission connus obligent la plupart du temps la source d'énergie à fournir une puissance variable, l'écartant ainsi du rendement optimum et par ailleurs ils sont incapables de restituer efficacement l'énergie de freinage pour une réutilisation ultérieure. même dans le cas ou le système de transmission comporte un ensemble d'engrenages différentiel, comme dans les voitures dites hybrides décrites dans la revue américaine SPECTRUM de novembre 1977 par exemple.

Sans que cela soit limitatif une bonne illustration de ces problèmes est fournie par l'automobile: Une voiture de 1200 Kg en charge nécessite, pour une vitesse de croisière de 130 Km/h avec un vent de face de 50 km/h, une puissance d'environ 46 KW (soit 63 chevaux) auxquels il faut ajouter un Kw permanant pour les auxiliaires. soit au total 47 Kw. Il suffirait donc d'équiper cette voiture d'un tel moteur. Deux inconvénients cependant: -La mise en vitesse serait très lente -Dans une montée de pente de 5 % (avec ce même vent de face) la vitesse serait limitée à un peu plus de 100 km/h.

Il apparaît donc ce que l'on peut appeler un besoin de surpuissance transitoire.

C'est pourquoi les voitures connues à ce jour sont équipées de moteurs 10 surpuissants, environ le double de la valeur citée de 46 chevaux afin d'avoir une mise en vitesse rapide et de pouvoir conserver leur vitesse de croisière de 130 km/h sur autoroute avec une pente de 5 %. La contrepartie de cette surpuissance est que ces moteurs consomment inutilement à vitesse réduite beaucoup de carburant. ce qui entraîne dans les grandes villes, en particulier, une pollution 15 importante en plus de la simple question du coût du carburant.

lin autre exemple est celui d'une petite voiture électrique à vocation urbaine de 400 kg en charge environ. Pour circuler à 50 km/h, elle nécessite une puissance d'environ 1,6 KW.

Les accumulateurs au plomb, qui ont encore actuellement la meilleure fiabilité.

présentent une énergie massique d'environ 40 Wh par kilo. Avec 80 kg de ces batteries on peut donc stocker 11.5 x 10 joules. Cependant, sur un diagramme dit de RAGONE' (puissance possible en fonction de l'énergie stockée), les batteries sont très mal placées et ne doivent débiter qu'une faible puissance pour assurer une durée de vie estimée en général à 1 000 cycles de charge décharge.

Il convient donc, par exemple, pour la batterie de 80 kilos citée de ne pas dépasser les 1,6 KW demandés pour propulser le petit véhicule électrique urbain de 400 kg. La distance pouvant être parcourue est alors d'environ 100 kilomètres soit 2 heures de fonctionnement (à 50 km/h). Mais il est utile pour ce petit véhicule de monter les côtes sans ralentir et de pouvoir rouler à 70 km/h sur certaines voies périphériques pendant au moins 15 minutes, ce qui nécessite une surpuissance transitoire de 4 KW environ. 3

Enfin. lors des freinages, qui ont lieu le plus souvent en un temps court, les accumulateurs sont incapables d'accepter une recharge aussi rapide et l'énergie de freinage est perdue.

Le système. objet de la présente invention apporte une solution aux inconvénients exposés ci-dessus aussi bien pour des installations fixes que mobiles. Selon l'invention, ce système comporte un volant d'inertie entraîné par l'énergie de l'organe moteur. Si dans les moteurs connus on trouve quelques fois un volant d'inertie de faible dimension, c'est dans l'unique but d'assurer un fonctionnement sans à coups du moteur et non de constituer une grande réserve d'énergie.Des expériences de courte durée ont eu lieu à Zurich avec des autobus et à Grenoble avec un tramway, tirant leur énergie d'un volant d'inertie. Mais celui-ci était relancé aux stations d'arrêt par l'énergie du réseau électrique et non par une source embarquée comme pour la présente invention. De plus l'énergie de freinage était peu ou pas récupérée. Le volant d'inertie, suivant la présente invention, est calculé pour pouvoir stocker et restituer l'énergie nécessaire aux besoins transitoires de surpuissance des organes récepteurs d'énergie. Sans que les exemples suivant soient limitatifs le volant d'inertie selon l'invention peut être constitué d'un alliage métallique coulé ou forgé ou d'un composite alliant une résine à haute tenue mécanique à un filament ou un maillage en fibre de verre, de carbone, de kevlar ou autre. Ce volant peut être supporté par des roulements à billes ou à rouleaux ou par des paliers magnétiques. Avantageusement ce volant peut être également enfermé dans un carter rempli d'un gaz à faible viscosité tel que l'hydrogène ou être mis sous vide. Selon l'invention, les organes moteurs fonctionnent préférentiellement dans leur plage e5 de vitesse et de puissance où leur rendement est optimum ou bien sont à l'arrêt. Ils ne servent qu'à injecter de l'énergie sur demande et avec un rendement optimum. dans le volant d'inertie, par l'intermédiaire, selon l'invention, d'une transmission à rapports de vitesse variables ou discrets. Le volant d'inertie est alors la source d'énergie à puissance variable pour les organes récepteurs.

D'autre part, un autre système à vitesse variable mais de puissance plus grande est aussi nécessaire entre le volant d'inertie et les organes récepteurs car il doit pouvoir transmettre la surpuissance transitoire et en sens inverse l'énergie de freinage.

Selon la présente invention, un premier type de transmission à vitesse variable peut consister en un ensemble de courroies ou chaînes avec dispositif tendeur en prise avec des systèmes circulaires à diamètres ajustables par l'intermédiaire d'un calculateur qui détermine les rapports de vitesse, conformément aux besoins en fonction de la presque constance des vitesses des organes fournisseurs d'énergie d'une part et de la vitesse instantanée des organes récepteurs d'autre part.

Un autre type de transmission à vitesse variable peut consister en un ensemble de pompe hydraulique et de moteur hydraulique à vitesse variable. la pompe IO étant liée aux organes fournisseurs d'énergie et le moteur à vitesse variable aux organes récepteurs. Un calculateur commande les électrovalves d'admission du fluide hydraulique. On peut également utiliser des systèmes pneumatiques avec compresseur et récepteurs à piston ou rotatif. Toujours selon l'invention un des systèmes les plus avantageux consiste à utiliser comme type de transmission un ensemble avec générateurs électriques liés aux organes fournisseurs d'énergie alimentant un ou des moteurs liés aux organes récepteurs, selon les instructions d'un calculateur. Lorsque des machines électriques avec collecteurs et halais sont utilisées, avantageusement, suivant l'invention, ces balais peuvent être rétractés, pour éviter leur usure lorsque aucune énergie électrique ne transite par ces machines. Le volant d'inertie est un organe consommateur d'énergie vu des organes moteurs convertisseurs d'énergie primaire et devient un organe fournisseur d'énergie vu des organes récepteurs finaux.

Ces exemples de transmissions à vitesse variable ne constituent pas une liste limitative. Par ailleurs des types différents de transmission peuvent être utilisés en amont du volant d'inertie et en aval de celui-ci. Toujours selon l'invention, un système avantageusement simple consiste à intercaler entre les organes moteurs et le volant d'inertie une boîte à vitesse à rapports discrets. Ceci. par contre.

n'est pas utilisable entre le volant d'inertie et les organes récepteurs car, là. les rapports de vitesse doivent être continûment variables. Lorsque l'installation est 30 mobile, voiture automobile par exemple, lors d'un freinage. les organes de transmission couplés aux roues doivent pouvoir, selon l'invention. renvoyer la totalité de l'énergie de freinage vers le volant d'inertie, aux coefficients de rendement près.

La figure 1 de la planche 1 montre un schéma de fonctionnement d'un système selon l'invention avec un réservoir (1) d'énergie primaire qui peut être une réserve de carburant solide. liquide ou gazeux. ou bien une réserve d'air comprimé. ou bien des électrolytes pour piles à combustible. ou bien un accumulateur électrique. sans que cette liste soit limitative. Ce réservoir (1) alimente en énergie primaire un moteur (2) qui la transforme en énergie mécanique. ce moteur peut être également à base d'énergie musculaire. Un volant d'inertie (3) reçoit l'énergie du moteur (2) pour la stocker et la restituer ensuite aux organes utilisateurs. Le système de transmission entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3) est composé d'un émetteur d'énergie (4),entraîné par le moteur (2), d'un transporteur (5), d'un récepteur (6) lié au volant d'inertie (3), le rapport de vitesse étant imposé par un calculateur (7) qui reçoit les informations en provenance du moteur (2) et du volant d'inertie (3) et commande en conséquence le rapport de vitesse nécessaire entre l'émetteur d'énergie (4) lié au moteur (2) et le récepteur (6) qui est lié au volant d'inertie. Le calculateur (7) ordonne la mise en marche du moteur (2) et son arrêt lorsque la vitesse désirée du volant d'inertie (3) est atteinte. Sans que les exemples suivants soient limitatifs, l'émetteur (4) peut être un organe en rotation à diamètre éventuellement variable ou bien une pompe hydraulique ou bien un compresseur ou bien un générateur électrique à courant continu ou alternatif. L'organe transporteur (5) sera respectivement une courroie (ou chaîne) des tuyaux de technique. hydraulique ou des tuyaux pour gaz sous pression. ou des fils électriques. L'organe récepteur (6) correspondant sera respectivement un organe en rotation à diamètre éventuellement variable. un moteur hydraulique ou QS pneumatique à vitesse variable. ou un moteur électrique à courant continu ou alternatif à fréquence variable. L'organe récepteur (6) recevant des ordres de contrôle de la part du calculateur (7) peut comporter un ensemble de pilotage (8) transformant les informations reçues en impulsions de commande ayant la puissance nécessitée par les systèmes de commande des récepteurs (6). Dans le cas d'un système à courroie ou chaîne et organes à rotation à diamètre variable. l'ensemble de pilotage (8) est un actionneur mécanique faisant varier le diamètre de ces organes. Dans le cas d'un moteur hydraulique ou pneumatique. l'ensemble de pilotage (8) convertit les instructions du calculateur (7) en ordres de commande des électrovalves admettant la pression hydraulique ou pneumatique sur les récepteurs (6). Dans le cas d'une transmission électrique. l'ensemble de pilotage (8) comporte un variateur de courant tension pour le courant continu ou un ensemble à variateur pour le courant alternatif sans que ces exemples soient limitatifs. Le calculateur (7) comportant essentiellement des composants électroniques de faible consommation électrique est alimenté depuis un accumulateur commun ou non à d'autres services du système. Dans le cas où le système de transmission entre le moteur (2) et le récepteur (6) est une boite à vitesse à rapports discrets. analogue aux boites à vitesses connues des voitures existantes. le calculateur (7) commande les changements de rapport de façon à ce que le moteur (2) fonctionne préférentiellement dans sa plage de rendement optimum, quelque soit la vitesse de rotation du volant d'inertie (3). Le volant d'inertie (31 pour fournir de l'énergie à l'organe utilisateur final (9) est couplé à un système de transmission à rapport de vitesses variables de technique analogue au système précédant de transmission entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3), mais plus puissant et plus rapide pour assurer le transport de la surpuissance transitoire. l. ln émetteur d'énergie (10). lié au volant d'inertie (3) par l'intermédiaire d'un transporteur (11) alimente un organe récepteur (12) lui même lié à l'organe utilisateur (9). Le calculateur (7) reçoit les informations de vitesse en provenance du volant d'inertie (3) et de l'organe utilisateur (9) et commande le rapport de vitesse adéquat entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur final (9) pour qu'il reçoive la puissance nécessaire. Le récepteur (12) peut comporter un ensemble de pilotage (13) analogue à l'ensemble de pilotage (8). Il est à noter que dans le cas d'une transmission à courroie ou chaîne au moins l'un des deux, émetteur ou récepteur. doit être à diamètre variable.

Sur cette figure 1, l'organe utilisateur final (9) est représenté très schématiquement sous forme de roues. mais ce n'est qu'un exemple non limitatif, l'invention pouvant s'appliquer aussi bien à des installations fixes ou embarquées sur un bateau ou un aéronef.

La figure 2 est une vue en perspective d'un organe circulaire à diamètre variable destiné à recevoir une courroie ou une chaîne, constitué de deux cônes (14) et (15) qui peuvent s'interpénétrer grâce à des cannelures (16) et des dentelures (17). Le cercle d'intersection de ces deux cônes de diamètres variables en fonction de leur rapprochement constitue la ligne de prise de la courroie (ou chaîne).

La figure 3 montre un schéma apportant un complément à l'utilisation d'un système de transmission avant une plage de rapports de vitesses restreinte telle que celle à courroie ou chaîne et organes en rotation à diamètres variables sans que cet exemple soit limitatif pour permettre l'obtention de la vitesse zéro et de la marche arrière.

La source de puissance qui est le moteur (2), s'il s'agit de l'amont transmission entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3)- ou volant d'inertie (3) s'il s'agit de l'aval - transmission entre le volant d'inertie (3) et les organes utilisateurs (9)-entraîne l'émetteur d'énergie (4) (cas de l'amont) ou (10) (cas de l'aval) éventuellement à vitesse variable. Cet émetteur d'énergie (4) (cas de l'amont) ou (10) (cas de l'aval), par l'intermédiaire de l'organe transporteur. (5) (cas de l'amont) ou (Il) (cas de l'aval) met en mouvement le ou les organes récepteurs (6) (cas de l'amont) ou (12) (cas de l'aval). Un arbre (44), solidaire de l'organe émetteur (4) (cas de l'amont) ou (10) (cas de l'aval), pénètre dans un engrenage (45) inverseur du sens de rotation et fait que l'arbre (46) qui en ressort tourne en sens inverse de l'arbre (47) lié à l'organe récepteur (6) (cas de l'amont) ou (12) (cas de l'aval) . Un système d'engrenage différentiel (48) reçoit les mouvements des arbres (46) et (47). Un troisième arbre (49) qui sort de ce différentiel (48) présente comme vitesse de rotation la somme des vitesses des arbres (46) et (47) s'il s'agit d'un différentiel symétrique ou d'une combinaison- algébrique de ces mouvements s'il s'agit d'un différentiel non symétrique. L'organe utilisateur (3) (cas de l'amont) ou (9) (cas de l'aval) est lié à l'arbre (49). Le calculateur (7). par l'intermédiaire de l'ensemble de pilotage (8) (cas de l'amont) ou (13) (cas de l'aval) commande les rapports de vitesse de rotation entre les organes (4) (cas de l'amont) ou (10) (cas de l'aval) et (8) (cas de l'amont) ou (13) (cas de l'aval) respectivement.

La figure 4, planche 2, montre le schéma d'une disposition particulièrement avantageuse de l'invention pour la transmission de l'énergie entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur final (9). Elle comporte un système d'engrenages différentiel (28) comprenant un arbre principal (18) baptisé généralement solaire et deux arbres planétaires (19) et (20). L'arbre solaire (18) est mécaniquement lié au volant d'inertie (3) par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur (21). Le planétaire (19) est mécaniquement lié à un moteur- générateur (22) et éventuellement à un frein (23) par l'intermédiaire -8 - éventuellement d'un engrenage réducteur (24). Ce frein (23) peut être à friction. pneumatique. hydraulique ou électrique à courant de Foucault. sans que ces exemples soient limitatifs. Le deuxième planétaire (20) est lié à l'organe récepteur final (9) par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur (25). ('et engrenage n'est pas indispensable mais sa présence permet de faire travailler le moteur-générateur (22) dans une plage de vitesse adaptée au mieux pour lui. t n deuxième moteur-générateur (26) est lié au volant d'inertie (3) éventuellement également par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur (27). Les moteurs-générateurs (22) et (26) peuvent être de tous types tels que décrits plus haut. à courroie ou chaîne et organes circulaires à diamètre variable, hydraulique. pneumatique. électrique sans que cette liste soit limitative, mais bien entendu. doivent être compatibles l'un avec l'autre.

La figure 5 est un schéma d'une disposition analogue à la figure 4 mais destinée à mieux utiliser le système aux basses vitesses. Dans cette disposition le moteur- générateur (22) est lié à l'organe utilisateur (9) par l'intermédiaire d'un embrayage (29). L'arbre planétaire (19) ne transmet alors aucune énergie car il tourne fou. excepté dans le cas où le frein (23) est actionne pour fournir un couple supplémentaire à l'organe utilisateur (9) par l'intermédiaire du planétaire (19). Bien entendu dans ce cas, l'énergie du frein est perdue. Au delà d'une certaine vitesse dite de transition (obtenue quand les vitesses des arbres planétaires (19) et (20)sont égales). le moteur-générateur (22) est débrayé de l'organe utilisateur (9), par l'intermédiaire de l'embrayage (29) et relié à nouveau à l'arbre planétaire (20) par l'intermédiaire d'un nouvel embrayage (30). On se retrouve alors dans la configuration fonctionnelle de la ligure 4.

La figure 6 est une vue en perspective d'une disposition possible d'implantation physique du volant d'inertie (3) permettant d'éviter les réactions gyroscopiques de ce volant d'inertie (3)dans le cas de son installation sur une plate forme (31) susceptible de mouvements. Son axe de rotation (32) est maintenu par un berceau (33) pouvant tourner luimême sur des paliers (34) et (35) solidaires de 6 la plate forme (31).

Pour le recueil de l'énergie du volant d'inertie (3) un pignon (36) est solidaire de l'axe (32). II coopère avec une couronne dentée (37). dont les dents ont leurs arrêtes perpendiculaires à son axe de rotation. Cette couronne (37) est solidaire d'un deuxième berceau (38) tenu par deux paliers (39) et (40) coaxiaux aux paliers (34) et (35). Le mouvement de rotation de la couronne (37) solidaire du berceau (38) peut être recueilli par un pignon (41) implanté sur la plate forme (31) et attaqué directement par la couronne (37) qui comporte alors une deuxième série de dents dont les arrêtes sont parallèles à son axe de rotation si les deux paliers (39) ou(40) sont de part et d'autre de cette couronne (37) . Si les deux paliers (39) et(40) sont d'un même coté par rapport à cette couronne (37) . voir même confondus en seul palier, sa dentelure avec arrêtes perpendiculaires à l'axe de rotation peut être utilisée. Le mouvement peut alors être recueilli par un pignon (42) implanté sur la plate forme (31) et d'axe perpendiculaire à l'axe de O rotation de la couronne (37). Des ressorts de rappel (43) évitent les lentes dérives de position du berceau (33).

En référence à ces figures. le système décrit selon la figure 1 permet de transmettre l'énergie du moteur (2) jusqu'à l'organe utilisateur final (9) en assurant les demandes de surpuissance transitoire grâce aux échanges d'énergie rapides et importants entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur (9) autorisés par le système de transmission décrit sur cette figure 1. Il est à noter que la vitesse de rotation du volant d'inertie (3), dans la plupart des cas d'utilisation, n'est pas maximum lorsque l'organe utilisateur (9) tourne, car elle est maximum lorsque l'organe utilisateur (9) tourne en marche arrière. après être passé par la vitesse nulle. Il doit pouvoir si nécessaire absorber l'énergie de freinage. Dans le cas d'un véhicule, le calculateur (7) peut être programmé pour ne pas relancer le volant d'inertie (3) après l'ascension d'une montée afin de le rendre disponible pour absorber le maximum possible de l'énergie restituée en freinage dans la descente suivante et économiser ainsi l'énergie primaire. Cette programmation peut être avantageusement obtenue, selon l'invention, par couplage avec un ordinateur ayant en mémoire les configurations routières communément appelé ordinateur de bord, lui même pouvant recevoir des informations d'un système à satellites tel que GPS ou Galileo.

Avantageusement, selon l'invention les moteurs-générateurs (22) et (26) peuvent 30 être électriques à courant continu ou alternatif. Ce dernier cas nécessite l'emploi d'électronique de puissance. L'utilisation du courant continu permet de jouer sur les enroulements inducteurs avec une plus grande facilité.

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En référence à 1a figure 2 le calculateur (7) peut commander le rapprochement des deux cônes (14 et 15) dont l'interpénétration plus ou moins grande produit un cercle d'intersection plus ou moins grand donnant le diamètre d'entraînement désiré pour la courroie ou la chaîne.

En référence à la figure 3, si l'on prend en compte le fait que l'ajustement du rapport de vitesse de rotation entre l'organe émetteur (4) ou (10) et l'organe récepteur (6) ou (12) permet de faire varier de v a V la vitesse de l'arbre (47) on voit que le différentiel (48) reçoit deux mouvements d'arbres (46) et (47) tournant en sens inverse puisque que l'engrenage inverseur (45) a inversé le mouvement de l'arbre (44). En choisissant judicieusement le rapport entre entrée et sortie de l'engrenage (45) on peut obtenir que l'arbre (46) tourne a la vitesse v alors que l'arbre (47) tourne a la vitesse +v . Dans le cas ou le différentiel (48) est symétrique l'arbre (49) est alors a la vitesse zéro. Puis. lorsque le calculateur (7) ordonne au système de pilotage (8) ou (13) de faire varié la rapport de vitesse entre (4) et (6) (ou (l 0) et (12) ), l'arbre (49) se met a tourner. Il peut même tourner en marche arrière si l'arbre (47) prend une vitesse inférieur à v , telle que v-a . En conclusion l'arbre (49) lié a l'organe utilisateur présente une plage de vitesse de rotation allant de -a à V-a en passant par la vitesse zéro. Dans le cas d'un différentiel asymétrique, l'arbre (49) a pour vitesse de rotation une combinaison algébrique des vitesses de rotation des arbres (46) et (47) et on peut obtenir de la même façon une marche avant, une marche arrière ou une vitesse nulle de cet arbre (49) En référence à la figure 4, une disposition particulièrement avantageuse de l'invention est montrée. Elle permet de transmettre mécaniquement la plus grande partie de l'énergie cinétique du volant d'inertie (3) sans passer par des intermédiaires. En effet dans la phase propulsive. le moteur-générateur (22) fonctionnant en générateur provoque un couple résistant sur l'arbre (19) donnant un couple moteur équivalent sur l'arbre (20). De l'énergie passe ainsi directement de façon mécanique du volant d'inertie (3) à l'arbre (20). Le moteur- générateur (22) alimente dans cette phase le moteur-générateur (26) restituant ainsi de son énergie au volant d'inertie (3). 1In prenant à titre d'exemple non limitatif le cas d'un engrenage différentiel symétrique où les arbres planétaires (19) et (20) sont identiques, le couple donné par l'arbre (19) se retrouve sur l'arbre (20). L'avantage de cette disposition. en utilisant à titre d'exemple non limitatif un différentiel symétrique, le tableau ci-dessous où l'arbre solaire (18) est lié au volant d'inertie (3) . où l'arbre (20) est lié à l'organe utilisateur (9) et où l'arbre (19) est lié au moteur-générateur (22). donne un exemple de coordination des vitesses de rotation des différents éléments du système dans ce cas d'école d'un engrenage différentiel symétrique. On constate que dans la majorité des régimes de fonctionnement très peu d'énergie est échangée entre les moteurs-générateurs (22) et (26). Ce tableau est établi dans le cas d'une automobile de 1200 kilos possédant des roues de 0.6 m de diamètre. Celles-ci tournent à 1146 t/min à la vitesse du véhicule de 130 km/h. Si l'on adopte comme vitesse de rotation à ce régime 8046 t/m pour le planétaire (20) cela signifie que le réducteur (25) a un rapport de 7. En adoptant pour l'arbre solaire (18) une vitesse de rotation de 3900 t/min et un minimum de 2340 t/min. soit une variation de 40 % de la vitesse de rotation du volant d'inertie. cela correspond à 64 % de consommation de son énergie cinétique totale. Le tableau donne les différentes vitesse de rotation de l'arbre solaire (18), des planétaires (19) et (20) pour des vitesses du véhicule de 140km/h. 130 km/h. 90 km/h. 63 km/h, 30 km/h et 0 km/h. Ce tableau indique les puissances nécessaires pour assurer ces vitesses sur le plat et sur une voie avec 5 % de pente en supposant un Cx aérodynamique de 0.26 et un coefficient de frottement de 1 %. avec un vent 2 0 de face de 50 km/h.

Les puissances échangées entre les moteurs-générateurs (22) et (26) sont indiquées. Lorsque lé moteur-générateur (26) fonctionne en générateur. il y a retour d'énergie vers le volant d'inertie (3). En hiver. les pertes induites par ces échanges d'énergie peuvent servir à un complément de chauffage à celui que l'on peut tirer des circuits de refroidissement du moteur (2). Le tableau montre que le maximum exigé, à 130 km/h du moteurgénérateur (22) est de 28 KW dans les conditions régnant après un ralentissement de 40 % de la vitesse de rotation du volant d'inertie (3). Ce moteur-générateur (22) fonctionne alors en moteur (en rotation inverse) et il fournit les 28 KW à 3 366 t/min. Le moteur- générateur (26) fonctionne alors en générateur à 2340t /min. De fait cette puissance est surtout indicative car les machines électromagnétiques sont d'abord dimensionnées par le couple qu'elles peuvent assurer. Si le dimensionnement des conducteurs électriques pour la tenue thermique en régime continu pourra être fait sur la hase de 28 KW. les collecteurs. s'il v en a.

pourront être ceux de machines beaucoup plus grosses, 75 KW par exemppour résister aux surintensités nécessitées par les accélérations et le freinage. La valeur de 4 Nm par kilos de masse totale de la machine est une valeur couramment admise pour les machines électriques. Etant donné que le couple maximum en régime continu donné par le tableau ci-dessous est de 79,8 Nm, on peut estimer la masse du moteur-générateur (22) à 20 kilos environ. Par souci de standardisation, on peut utiliser le même moteur-générateur pour la machine (26).

Le tableau ci-après a été établi, en résumé, pour une automobile de 1200 kg, de 2,7 m de surface frontale, possédant un coefficient aérodynamique Cx = 0.26 et un coefficient de frottement de 1 %. Elle est munie de roue de 0,6 m de diamètre. Le vent de face est de 50 km/h.

Ce tableau est un exemple non limitatif utilisant un engrenage différentiel symétrique.

Vitesse du véhicule (km/h 140 130 90 63 30 0 111/l,V,VV JV,I 1 L/ , V,_7_ Puissance nécessaire pente 0%154,1 45,5 20,2 10 2,9 0 en Kw avec vent de 67,2 35,3 20,5 7,9 0 face de 50 Km/h pente 5 / 77,4 Vitesse de rotation!t/min 8665 8046 5570 3900 1857 0 de (20) ad/s 907 843 583 408 194 0 Vitesse de rotation t/min -865 -246 + 2230 +3900 +5943 +780 de (19) lorsque (18) rad/s -91 -26 +234 +408 +622 +817 tourne à 7800 t/min Vitesse de rotation t/min -3985 -3366 -890 +780 +2823 +468 de (19) lorsque (18) radis -417 -352 -93 +82 +296 +490 tourne à 4680 t/min Couple en Nm sur pente 0% 59,6 54 34,7 24,4 14,8 8,9 (19) et (20) avec vent pente 5% 85,3 79,8 60,4 50,1 40,5 34,6 de face 50 km/h Puissance électrique pente 0%.. 5,4 1,4 8,1 9,9 9,2 7,3 En Kw échangée pente 5% 7,8 2,1 14,1 28,3 entre (22) et (26) lorsque (18) tourne à 7800 t/min 20,5 25 Puissance électrique pente 0% 24,8 19 3,2 2 4,4 4,4 En Kw échangée pente 5% 35,8 28 5,6 4,1 17 entre (22) et (26) lorsque (18) tourne à 4680 t/min Les engrenages différentiels peuvent bien entendu être de tous types avec tous les pignons dans le même plan par exemple. Dans ce cas, il n'y a plus de symétrie, mais il faut remarquer que l'utilisation, avec changement éventuel du sens de rotation entre entrée et sortie, des engrenages réducteurs (21). (24) et (25) permet d'ajuster les coefficients désirés dans l'équation algébrique linéaire 15 20 25 qui relie les vitesses de rotation des trois arbres de sortie de [engrenage différentiel (28). Ainsi dans le système présenté figure 4. on peut indifféremment relier l'arbre solaire au volant d'inertie (3) à l'organe utilisateur (9) ou au moteur générateur (22). On peut relier de la même façon par permutation circulaire les arbres planétaires (19) et (20). l'ajustement des rapports de réduction des engrenages réducteurs (21), (24) et (25) permettant l'équilibrage algébrique du système. Avantageusement, selon l'invention. les moteurs-générateurs (22) et (26) peuvent être des machines à courant continu avec collecteur. Ceci permet de moduler les échanges d'énergie par ajustement des courants dans les inducteurs sur ordre du calculateur (7).

Lorsque aucune puissance n'est échangée entre les moteurs-générateurs (22) et (26), il est procédé, selon l'invention. à la rétraction des balais frottants sur les collecteurs afin de minimiser l'usure.

Toujours dans l'exemple, non limitatif, d'utilisation d'un différentiel symétrique, dans la phase motrice. lorsque l'organe récepteur (9) est à l'arrêt, l'arbre planétaire (19) tourne exactement au double de la vitesse de l'arbre solaire (18). A l'inverse, lorsque l'arbre planétaire (19) est à l'arrêt, le planétaire (20). ainsi donc que l'organe utilisateur (9), tournent à grande vitesse. Pour obtenir une vitesse encore plus grande, on peut demander au moteur-générateur (22) de fonctionner en moteur en tournant en sens inverse de la phase précédente en l'alimentant en énergie depuis le moteur-générateur (26) lié au volant d'inertie (3). Dans cette dernière phase, bien entendu, on ne peut plus utiliser le frein (23).

Si l'on fait circuler les courants électriques en sens inverse de ce qui vient d'être 2,5 décrit, on obtient un effet de freinage avec restitution intégrale de l'énergie de freinage au volant d'inertie (3) aux pertes près.

Tant pour l'accélération que pour le freinage, on peut surexciter pendant un temps court de trois à dix secondes en général les moteurs-générateurs, les machines à courant continu l'acceptant assez facilement surtout si l'on sur- dimensionne les collecteurs et en se plaçant dans un domaine limité de vitesses de rotation.

Pour la marche arrière, en alimentant depuis le moteur-générateur (26), fonctionnant en générateur. le moteur-générateur (22) fonctionnant en moteur.

celui-ci prend une vitesse supérieure à celle qui correspond à l'arrêt de l'organe utilisateur (9) qui se met alors à tourner en marche arrière.

En référence à la figure 5, cette disposition qui est une variante de la figure 4 permet d'éviter de trop grandes vitesses de rotation au moteurgénérateur (22) correspondant aux vitesses lentes de l'organe utilisateur (9). A la mise en vitesse, dans le cas d'école, pour faciliter l'explication, d'un engrenage différentiel symétrique, comme utilisé pour le tableau ci-avant jusqu'à ce que les vitesses des planétaires (19) et (20) soient égales, le moteur-générateur (22) (fonctionnant en moteur) est la seule source d'énergie pour l'organe utilisateur (9), énergie puisée bien entendu dans l'énergie cinétique du volant d'inertie (3) par l'intermédiaire du moteur-générateur (26) (fonctionnant en générateur). Lorsque l'égalité des vitesse entre les planétaires (19) et (20) est atteinte (vitesse dite de transition), le moteur générateur (22) est débrayé de l'arbre planétaire (19) par l'intermédiaire de l'embrayage (29) et relié à nouveau à l'arbre planétaire (20) par l'intermédiaire de l'embrayage (30). On se retrouve alors sans à coups intégralement dans la configuration fonctionnelle de la figure 4 comme vu plus haut. Pour la marche arrière, en maintenant le courant électrique correspondant à la phase de freinage après l'arrêt de l'organe utilisateur (9) celui-ci se met à tourner en arrière. On peut se dispenser des embrayages (29) et (30) , selon l'invention, en disposant de deux moteurs (22) ' associés respectivement aux engrenages réducteurs (24) et (25) directement. Celui des deux moteurs qui est mis hôrs circuit électriquement après le franchissement de la vitesse de transition a. toujours selon l'invention, ses balais rétractés.

En référence aux figures 1, 2, 4 et 5, il est utile de rappeler pour les machines à courant continu que le couple fourni par les moteurs générateurs ne dépend pour un état magnétique donné de l'inducteur que du courant traversant l'induit qui est en général le rotor et est indépendant de la vitesse de rotation (à la réaction d'induit près) que le fonctionnement soit en moteur ou en générateur. Cependant, pour la bonne tenue des collecteurs, la valeur admissible de 3 0 l'intensité électrique est plus grande à faible vitesse qu'à grande vitesse. A faible vitesse elle est limitée également par les échauffements et par les tenues aux efforts électrodynamiques des conducteurs.

Il est à noter que les échanges d'énergie entre les moteurs-générateurs sont gouvernés par les valeurs respectives des forces électromotrices et contre-électromotrices des machines en regard échangeant leur énergie. aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif. Le calculateur (7) commande pour ce faire les courants électriques dans les inducteurs de chacune de ces machines. L'exemple précédent montre que lorsque les rapports de réduction des divers engrenages sont judicieusement choisi, il est possible de transmettre des puissances allant jusqu'à 70 KW environ en n'utilisant que des moteurs-générateurs de 28 KW de puissance nominale et que dans la majorité des cas le rapport entre la puissance mécanique reçue sur l'organe utilisateur final et la puissance échangée par les moteurs-générateurs est important.

En référence à la figure 6, lorsque le volant d'inertie est embarqué sur une plate forme mobile (31) se mouvant à la surface terrestre par exemple non limitatif, on peut éviter les efforts nuisibles dus aux effets gyroscopiques en disposant, par exemple non limitatif, l'axe (32) du volant d'inertie (3) en position verticale. Les paliers (34) et (35) étant alors disposés avec leurs axes horizontaux. Si l'ensemble subit un mouvement de lacet autour de l'axe (32) aucun effet n'est ressenti. Si l'ensemble subit un mouvement de roulis coaxial à l'axe des paliers (34) et (35) le berceau (33) et le volant d'inertie (3) lui-même ne changent pas de 2 0 position. Si l'ensemble subit un mouvement de tangage d'axe perpendiculaire à l'axe (32) et à l'axe des paliers (34) et (35), le berceau (33) et le volant d'inertie (3) s'inclinent en tournant autour des paliers (33) et (34) avec un angle maximum de 90 , sans appliquer d'effort sur leur supports liés à la plate-forme (31). Les ressorts (43) assurent un retour en position normale de l'ensemble en 2'5 évitant que s'installent des dérives dues aux mouvements prolongés de la plateforme(31) et aux efforts induits par le pignons (41) ou (42) lors du soutirage de l'énergie cinétique du volant d'inertie (3).

En reprenant l'exemple examiné plus haut, d'une automobile de 1200 kg nécessitant 46 KW à 130 km/h avec un vent de face de 50 km/h, mais requérant une surpuissance de 76 KW pendant 12 secondes, pour sa mise en vitesse jusqu'à 130 km/h, le volant d'inertie devra être dimensionné pour fournir une énergie de (76 x 103-46 x103) x 12 = 3,6.10' joules.

Si la voiture ayant ainsi atteint la vitesse de 130 km/h doit grimper, toujours avec un vent de face de 50 km/h à cette vitesse, soit 36 m/s une côte à 5 %, le volant d'inertie devra de plus fournir une puissance supplémentaire de 1200 x 0,05 x 36 = 21,6 KW. En général, sur une autoroute les dénivelés à 5 % ne dépassent pas 400 m. L'énergie complémentaire demandée au volant d'inertie sera donc de 12000 x 400 = 48 x 105 J. L'énergie totale devant être rendue disponible par le volant d'inertie est donc de (48 + 3,6) x 105 = 51.6 x 105 J, que l'on peut arrondir à 52 x 105 J. Si le volant doit fournir cette énergie avec une faible variation de vitesse, ce qui est le principe même de l'invention, 20 % par exemple sans que le chiffre de % soit limitatif en plus ou moins, et en supposant, encore à titre d'exemple non exclusif que ce volant soit constitué d'un matériau, filamentaire par exemple, en fibre de verre, de Kevlar ou de carbone, comme cité plus haut, sans que cette énumération soit limitative, dont le rapport a/p soit égal à 2,5 x l 0' , a étant la contrainte admissible et p la masse spécifique du matériau, on obtient l'équation suivante pour la détermination de la masse M du volant d'inertie, sachant que l'énergie stockée dans un volant d'inertie vaut W='/2Mxa/p 52.105=' '/2 Mx 2,5.105 x (1 (1 0,2)2), soit M=116kg.

Mais. selon l'invention, comme cité plus haut, on peut avantageusement disposer entre l'organe moteur et le volant d'inertie un variateur de vitesse continu ou à rapports discrets qui permet de maintenir l'organe moteur dans sa plage de vitesse optimale alors que le volant d'inertie a ralenti de 20 %. Un second palier de ralentissement de 20 % supplémentaire peut permettre alors de f5 délivrer une énergie supplémentaire. La masse M peut alors être égale à 52x105=1/2Mx2,5.105(1- (1-0,4)2) soit M = 65 kg. Un troisième palier de 20 % est envisageable, mais il présenterait l'inconvénient d'une trop faible vitesse de l'arbre solaire (18) ce qui augmenterait excessivement les puissances électriques échangées entre les moteurs-générateurs (22) et (26).

En circulation urbaine à 50 km/h, ne nécessitant que 3 KW, la réserve d'énergie utilisable du volant d'inertie permet à l'automobile de rouler pendant 52x10' /3x103 = 1733 secondes soit 28 minutes sans faire fonctionner son organe 2884887 18 moteur consommateur d'énergie primaire, avec donc une absence totale de pollution. Il est encore à remarquer. qu'aux coefficients de rendement près. l'énergie de freinage est intégralement récupérée par le volant d'inertie. contrairement à tous les autres systèmes connus à ce jour, tels que batteries ou supercondensateurs par exemple.

Pour une automobile diesel équivalente connue de conception classique. le groupe motopropulseur pèse environ 120 kg auquel il faut ajouter 50 kg de carburant, soit 170 kg au total.

Pour une automobile selon l'invention, le bilan de masse s'établit comme suit: volant d'inertie, 65 kg, support et engrenage réducteur et différentiel, 25 kg. moteurs-générateurs 2 x 20 kg = 40 kg, moteur thermique de 47 KW. 50 kg, carburant 20 kg, soit au total 200 kg. Le supplément de poids est donc relativement faible. Les véhicules dit hybrides existant nécessitent un moteur thermique plus puissant que celui exposé dans l'invention et la récupération d'énergie dans des batteries électriques de ces voitures hybrides présente un rendement bien inférieur à la récupération dans un volant d'inertie. Le bilan des énergies leur est donc plus défavorable. La consommation des véhicules hybrides existants étant annoncée de l'ordre de 4.3 litres aux 100 km/h avec un moteur thermique à essence, on peut estimer que la consommation du véhicule selon l'invention sera de l'ordre de 3,5 litres aux I00-km/h avec un moteur diesel ayant un meilleur rendement de par son utilisation dans sa plage de rendement optimum et une conception adaptée pour cela, en notant que les moteurs thermiques des véhicules hybrides existant, devant fonctionner dans une grande plage de vitesse, présentent une certaine complexité. comme des rapports volumétriques variables de type Atkinson par exemple et donc un supplément de coût par rapport au moteur thermique cité dans l'invention. En rappelant que le système selon l'invention permet au moteur (2) de fonctionner dans la plage de vitesse et de puissance où le rendement de conversion de l'énergie primaire en énergie mécanique est optimum, il devient possible 3 0 d'utiliser des moteurs conçus pour ces conditions de fonctionneraient. C'est ainsi par exemple que le système, selon l'invention, permet d'utiliser des moteurs à pistons. Diesel ou autres, à course longue et éventuellement à nombre de cylindres réduits, 3, 2 ou l par exemple, qui ont une plage de vitesse de rendement optimum. souvent d'environ plus ou moins 10 % de la vitesse de 19 - rotation nominale. Le système selon l'invention permet également d'utiliser comme moteur (2) des turbines dont le rendement n'est souvent optimum que dans une plage de plus ou moins 5 % de la vitesse nominale.

En circulation urbaine l'automobile décrite ci-dessus présentera une consommation de moins de 2 litres au 100 Km. En tenant compte de la résistance aérodynamique, des frictions et de l'investissement en énergie cinétique, pour une mise en vitesse à 100 km/h en 10 secondes et 130 km/h en 13 secondes, le couple moyen nécessaire est de 150 Nm sur les planétaires (19) et (20) soit 2.65 fois le couple nominal en régime continu. L'intensité électrique i0 mise en jeu pendant cette phase d'accélération sera également de 2.65 fois l'intensité nominale.

Au freinage tous les efforts résistants, aérodynamiques et de frottement, s'ajoutent aux efforts de freinage commandé. Ainsi, avec la même surintensité de 2.65 fois le courant nominal, l'automobile peut passer de 100 km/h à zéro en 9 secondes. Pour un freinage d'urgence plus rapide, il faut alors utiliser les freins à friction classique de l'automobile, l'énergie étant alors perdue.

Pour reprendre maintenant l'exemple de la voiture électrique légère à usage urbain, il a été vu plus haut qu'alors qu'en régime de croisière à.. 50 km/h. 1.6 KW étaient nécessaires, il fallait pour rouler à 70 km/h, une surpuissance de 4 KW. Si l'on tient compte du fait. qu'en moyenne, cette vitesse n'est nécessaire que pendant '/4 d'heure, (900 secondes) le surplus d'énergie nécessaire. en plus de celle fournie par la puissance nominale de 1,6 KW est de (4 - 1.6) x 103 x 900 = 21,6 x 105 J. L'énergie nécessaire à la mise en vitesse à 70 km/h (19,4 m/s) est de V2 x 400 x (19,4)2 = 7,6.104. Si cette mise en vitesse a lieu en 10 seconde la puissance nominale de 1,6 KW a délivré 1600 x 10 = 1,6 x 104 Joules. Le volant doit donc délivrer à lui seul (7,6 - 1,6) x 104 = 6 x 104 J. Il faudra donc que le volant puisse stocker (21,6 + 0,6) x 10' = 22,2 x 105 J. Il ressort de ces calculs que cette petite voiture électrique urbaine sera bien adaptée à sa fonction si elle est équipée d'un volant d'inertie d'environ 30 kg délivrant son énergie en deux paliers de 20 % ou équivalent.

Il est à noter qu'avec cette réserve d'énergie la voiture de 400 kg peut se hisser à plus de 500 m, ce qui est plus que suffisant en usage urbain.

L'intérêt du système selon l'invention est donc évident puisque cette petite voiture électrique peut rouler d'heure à 70 km/h et ensuite rouler encore une heure à 50 km/h tout en relançant son volant d'inertie pendant les périodes de ralentissement ou d'arrêt aux feux rouges, ce qui lui permet de rouler à nouveau à 70 km/h pendant plus d'un quart d'heure alors que les voitures électriques connues, avec les mêmes accumulateurs, ne peuvent accomplir que la moitié de cette performance. Si l'on tient compte du fait qu'avec le système selon l'invention l'énergie de freinage est intégralement récupéré. cela double pratiquement le temps de déplacement possible en circulation urbaine.

La petite voiture urbaine ci-dessus étudiée pourrait être équipée d'un volant d'inertie de grosse dimension possédant toute l'énergie nécessaire, affranchissant donc de la présence des batteries; mais cette solution serait plus onéreuse et l'encombrement d'un tel volant d'inertie assez gênant.

Un troisième exemple d'utilisation de l'invention est donné par une rame de train à grande vitesse de 800 tonnes nécessitant pour se propulser en vitesse de croisière à 250 km/h, environ 5 Mégawatts. C'est une puissance où un turbine dite à gaz (qui fonctionne généralement au fuel) constitue un moteur de très bon rendement de Carnot (un peu au dessus de 50 %) si elle fonctionne dans sa plage de vitesse et de puissance optimales. Un tel moteur embarqué, qui avait déjà donné lieu à des applications en France sous la dénomination turbo-train , présente le gros avantage d'économiser les très coûteuses et fragiles caténaires. Par contre il présente des inconvénients majeurs: - le rendement n'étant bon qu'au régime optimum, pour les vitesses intermédiaires et au ralenti il est très mauvais.

- Lors des arrêts dans les gares il dégage une pollution importante, aussi bien olfactive que de gaz nocifs. Dans une grande gare où plusieurs trains se trouvent simultanément, c'est une situation pratiquement rédhibitoire. Le système selon l'invention porte remède à ces inconvénients: La turbine à gaz fournit la puissance nécessaire à grande vitesse.

- Pour entrer et sortir des gares la turbine est arrêtée et le volant d'inertie seul propulse le train jusqu'à une vitesse de 50 km/h par exemple et jusqu'à une distance de quelques kilomètres de la gare.

_ 21 _ L'énergie cinétique d'une masse de 800 tonnes lancée à 50 km/h soit 13,9 m/s est de: x 800 x (13,92) = 7,7.10' J. La force nécessaire à vaincre les frottements et la résistance aérodynamique à 50 km/h étant, pour ce train, d'environ 15 000 N, l'énergie nécessaire pour s'éloigner de 2 km à la vitesse de 50 km/h est donc de 15 000 x 2 000 = 3. 10' J. Les vitesses intermédiaires jusqu'à 50 km/h n'ont pas été prises en compte, elle diminue cette valeur de façon négligeable. L'énergie totale cinétique plus dynamique, ainsi demandée pour s'éloigner de 2 km à 50 km/h est donc de (7,7 + 3) x 10.' = 10,7.10 J. La masse M du volant d'inertie pouvant fournir cette énergie avec 40 % de chute de vitesse de rotation par exemple non limitatif est donnée par l'équation: '/z x M x 2. 5.105x (1 (1 0,4)2) = 10,7 x 10' . Soit M = 2230 kg.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1) Système d'échange d'énergie entre un organe, appelé moteur (2) de conversion d'énergie primaire potentielle, telle qu'un combustible, en énergie mécanique, et des organes utilisateurs (9) recevant l'énergie sous forme de mouvement mécanique, comprenant: une réserve d'énergie primaire potentielle (1), un moteur (2), un volant d'inertie (3), un premier système de transmission d'énergie entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3), à rapport de vitesses ajustable composé d'un émetteur d'énergie (4), d'un transporteur (5), d'un récepteur (6) et d'un calculateur (7) contrôlant le rapport des vitesses, comprenant enfin un deuxième système de transmission d'énergie, à rapport de vitesses ajustable, entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur final (9) , caractérisé par le fait que le moteur(2) fonctionne dans la plage de vitesse et de puissance où le rendement de conversion de l'énergie primaire en énergie mécanique est optimal ou est à l'arrêt, caractérisé encore par le fait que l'organe utilisateur (9) peut être entraîné en marche avant ou en marche arrière ou prendre la vitesse zéro alors que le moteur (2) fonctionne ou est à l'arrêt, caractérisé encore par le fait que le volant d'inertie (3) tourne à une vitesse comprise entre sa vitesse minimale d'utilisation et sa vitesse maximale autorisée par sa résistance mécanique, caractérisé encore par le fait que le calculateur (7) commande aux organes du deuxième système de transmission de donner des rapports de vitesse de rotation entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur (9) tels que la puissance et la vitesse désirées soient obtenues sur cet organe utilisateur (9) et caractérisé enfin par le fait que lorsqu'un effet de freinage est obtenu sur l'organe utilisateur (9), l'énergie cinétique de ce dernier est intégralement restituée au volant d'inertie (3), aux rendements des organes près.

2) Système suivant la revendication 1 comprenant, pour l'utilisation d'une transmission à courroies ou chaînes au moins un organe en rotation à diamètre variable composé de deux cônes (14) et (15) comportant des cannelures (16) et des dentelures (17) permettant à ces deux cônes de s'interpénétrer, les dentelures de l'un pénétrant dans les cannelures de l'autre, caractérisé aussi par le fait que le cercle d'intersection de ces deux cônes constitue la ligne de prise de la courroie ou chaîne et caractérisé enfin par le fait que le diamètre, de ce cercle d'intersection, sur commande du calculateur (7), peut varier grâce au rapprochement approprié des cônes (14) et (15).

3) Système suivant la revendication 1 comprenant, entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3) un organe (4) émetteur de l'énergie reçue du moteur (2) mettant en rotation un arbre (44), comprenant ensuite un engrenage inverseur (45) faisant tourner un arbre (46) en sens inverse de celui de l'arbre (44), comprenant encore un système d'engrenages différentiel (48) recevant le mouvement de l'arbre (46), comprenant encore un organe transporteur d'énergie (5), un arbre (47) animé par le récepteur d'énergie (6) et pénétrant dans le système d'engrenages différentiel (48), comprenant encore un arbre (49) ressortant du système d'engrenages différentiel (48) et entraînant le volant d'inertie (3), caractérisé par le fait que le système d'engrenages différentiel (48) composant algébriquement les vitesses de rotation des arbres (46), (47) et (49), il est possible d'obtenir sur l'arbre (49) des vitesses variables depuis la vitesse zéro en ajustant, suivant l'ordre du calculateur (7), le rapport de vitesse entre l'organe émetteur (4) et l'organe récepteur (6).

4) Système suivant la revendication 1 comprenant entre le volant d'inertie (3) et l'organe utilisateur (9) exactement le même arrangement de composants que pour la revendication précédente entre le moteur (2) et le volant d'inertie (3), l'organe émetteur d'énergie entraîné par le volant d'inertie (3) étant l'organe (10) et l'organe récepteur d'énergie étant l'organe (12), caractérisé par le fait que l'organe utilisateur final (9) peut prendre des vitesses de marche avant ou arrière ou la vitesse zéro, en faisant varier, suivant les ordres reçus du calculateur (7) le rapport de vitesse entre l'émetteur (10) et le récepteur (12).

5) Système suivant les revendications 1, 3 et 4, comprenant un premier et/ou un deuxième système de transmission à rapport de vitesse ajustable utilisant une courroie ou une chaîne comme moyen transporteur d'énergie (5) et/ou (11).

6) Système suivant la revendication 1 comprenant la réserve d'énergie primaire potentielle (1), le moteur (2), le volant d'inertie (3) , un système de transmission à rapport de vitesses ajustable entre ces deux organes (2) et (3), comprenant encore un engrenage réducteur (21), un premier moteur (26) pouvant également fonctionner en générateur, appelé moteur-générateur, entraîné par le volant d'inertie (3), un second engrenage réducteur (25) dont l'entrée est liée au premier arbre planétaire (20) d'un système d'engrenages différentiel (28) et la sortie à l'organe utilisateur final (9), comprenant encore un troisième engrenage réducteur (24) dont l'entrée est liée au deuxième arbre planétaire du système différentiel (28) et la sortie à un deuxième moteur générateur (22) pouvant échanger en permanence de l'énergie avec le premier moteurgénérateur (26) suivant les ordres du calculateur (7), caractérisé par le fait que le volant d'inertie (3) peut délivrer de l'énergie à l'organe utilisateur (9) pour le mettre en accélération grâce au couple résistant fourni par le moteur-générateur (22), ou en recevoir pour le freiner grâce au couple moteur, fourni alors par le moteur- générateur (22), dans les deux cas à travers le système d'engrenages différentiel (28), caractérisé encore par le fait que le couple dépend du niveau et du sens de l'échange d'énergie entre les moteurs-générateurs (22) et (26), caractérisé encore par le fait que, pour la phase motrice, le moteur-générateur (22) fonctionne, suivant un premier mode, en générateur et fournit un couple résistant, provoquant un transfert d'énergie du volant d'inertie (3) vers l'organe utilisateur (9) à travers le système différentiel (28), caractérisé encore par le fait que selon un second mode, au delà d'une vitesse déterminée par la vitesse de rotation du volant d'inertie (3), le moteur-générateur (22) fonctionne en moteur, l'organe utilisateur (9) recevant alors, à travers le système d'engrenages différentiel (28) à la fois de l'énergie du volant d'inertie (3) et du moteur-générateur (22), caractérisé par le fait que quand le frein 23 est actionné, un couple supplémentaire est fourni à l'organe utilisateur (9) lorsque le fonctionnement a lieu selon le premier mode et seulement dans ce cas et caractérisé enfin par le fait que l'on obtient un effet de freinage de l'organe utilisateur (9) en faisant circuler entre les moteurs-générateurs (22) et (26) l'énergie en sens inverse de celui régnant dans la phase motrice.

7) Système suivant les revendications 1 et 6 comprenant tous les organes de la revendication 6 et comprenant en plus un premier embrayage (29) permettant de relier mécaniquement le moteur-générateur (22) à l'organe utilisateur (9) à travers l'engrenage réducteur (25) et comportant encore un deuxième embrayage (30) permettant de relier mécaniquement le moteurgénérateur (22) à l'arbre (19) à travers l'engrenage réducteur (24), caractérisé par le fait que, dans une première phase, l'embrayage (29) étant en position embrayée et l'embrayage (30) étant alors obligatoirement débrayé, l'énergie est fournie directement à l'organe utilisateur (9) par le moteur-générateur (22) fonctionnant en moteur' et caractérisé par le fait que, dans une deuxième phase, l'embrayage (30) étant en position embrayée, l'embrayage (29) obligatoirement alors en position débrayée, l'ensemble du système se retrouve dans la configuration fonctionnelle de la revendication 6, et caractérisé encore par le fait que le passage de la première phase à la deuxième phase se fait lorsque les vitesses de rotation des arbres planétaires (19) et (20) sont égales et caractérisé enfin par le fait que l'action du frein (23) peut fournir, à travers le système différentiel (28) un couple supplémentaire sur l'utilisateur final (9).

8) Système suivant les revendications 1, 3, 4, 6 et 7 comprenant des moteurs-générateurs de type électromagnétique caractérisé par le fait que lorsque les amenées de courant sont composées de collecteurs avec balais frottants, ceux-ci sont de type rétractable et sont rétractés lorsque aucune énergie électrique ne transite par ces machines.

9) Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un volant d'inertie (3) dont l'axe (32) est maintenu dans un berceau (33) lui-même doté de paliers (34) et (35) lui permettant de pivoter autour de l'axe défini par ces paliers (34) et (35), l'axe du volant d'inertie (3) étant muni d'un pignon (36) solidaire du volant d'inertie (3), ce pignon (36) coopérant avec une couronne dentée (37) solidaire d'un deuxième berceau (38) porté par des paliers (39) et (40) coaxiaux aux paliers (34) et (35) de façon que la couronne (37) et son berceau (38) puissent être animés d'un mouvement de rotation complet sans gêner le débattement du volant d'inertie (3), caractérisé par le fait que la rotation du berceau (38) est le mouvement mécanique permettant de soutirer de l'énergie cinétique au volant d'inertie (3), caractérisé également par le fait que l'ensemble possède trois degrés de liberté assurant une immunité contre les efforts gyroscopiques de rotation en lacet, roulis et tangage et caractérisé enfin par le fait que des ressorts de rappel (43) permettant au volant d'inertie (3) de toujours revenir vers sa position initiale après des perturbations susceptibles d'entraîner des dérives de position.

10) Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un véhicule à deux ou plusieurs roues, tel que bicyclette, motocyclette, scooter, automobile, autocar, autobus ou camion.

11) Système suivant la revendication 10 comprenant un calculateur (7) conçu pour recevoir les instructions d'un programme préétabli pour interdire au moteur (2) de relancer le volant d'inertie (3) après l'ascension d'une dénivellation importante pour permettre la récupération de l'énergie de la descente qui suivra ainsi que l'énergie cinétique du véhicule.

12) Système suivant la revendication 11 comprenant une connexion du calculateur (7) à un système de navigation par satellite caractérisé par le fait que le calculateur (7) peut prendre des décisions quant au régime à imposer au volant d'inertie (3) en fonction de la position géographique du véhicule.

13) Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un aéronef.

14) Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait qu'il à la propulsion d'un navire.

15) Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant des moteurs (2) constitués de turbines à gaz et des organes utilisateurs d'énergie (9) constitués de roues pour chemin de fer ou voie guidée, caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un train sur rails ou voie guidée, caractérisé encore par le fait que la ou les turbines à gaz sont stoppées lors des arrêts en gare et pendant les entrées et sorties de gare sur quelques kilomètres.

(37) et son berceau (38) puissent être animés d'un mouvement de rotation complet sans gêner le débattement du volant d'inertie (3). caractérisé par le fait que la rotation du berceau (38) est le mouvement mécanique permettant de soutirer de l'énergie cinétique au volant d'inertie (3). caractérisé également par le fait que l'ensemble possède trois degrés de liberté assurant une immunité contre les efforts gyroscopiques de rotation en lacet. roulis et tangage et caractérisé enfin par le fait que des ressorts de rappel (43) permettent au volant d'inertie (3) de toujours revenir vers sa position initiale après des perturbations susceptibles d'entraîner des dérives de position.

9) Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un véhicule à deux ou plusieurs roues. tel que bicyclette. motocyclette. scooter. automobile. autocar. autobus ou camion.

1qSystème suivant la revendication 9 comprenant un calculateur (7) conçu pour recevoir les instructions d'un programme préétabli pour interdire au moteur (2) de relancer le volant d'inertie (3) après l'ascension d'une dénivelée importante pour permettre la récupération de l'énergie de la descente qui suivra ainsi que l'énergie cinétique du véhicule.

11)Système suivant la revendication 10 comprenant une connexion du YO calculateur (7) à un système de navigation par satellite caractérisé par le fait que le calculateur (7) peut prendre des décisions quant au régime à imposer au volant d'inertie (3) en fonction de la position géographique du véhicule. 1g)Svstème suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un navire.

Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un aéronef.

13)Svstème suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant des moteurs (2) constitués de turbines à gaz et des organes utilisateurs d'énergie (9) constitués de roues pour chemin de fer ou voie guidée. caractérisé par le fait qu'il participe à la propulsion d'un train sur rail ou voie guidée. caractérisé encore par le fait que la ou les turbines à gaz sont stoppées lors des arrêts en gare et pendant les entrées et sorties de gare sur quelques kilomètres.