FR2968147A1

FR2968147A1 - Generateur de puissance electrique a oscillation discoidale a aimants permanents commande par un moteur "octoneo"

Info

Publication number: FR2968147A1
Application number: FR1004644A
Authority: FR
Inventors: Francois Cliville
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-01

Abstract

La présente invention concerne un générateur de puissance électrique à oscillations discoïdales et à aimants permanents actionné par un bloc thermique « Octonéo » , moteur deux temps à explosion à huit pistons coulissant dans huit cylindres opposés deux à deux inscrits dans un octogone et décrit dans la demande de brevet N°10/04643, destiné notamment à assurer la propulsion hybride électrique de véhicules de transport (routier, ferroviaire, fluvial, maritime, aérien léger à hélices) le fonctionnement d'engins de chantier de tous types (pelle mécanique, scrapeur, transporteur, compresseur, groupe électrogène), le fonctionnement d'équipements industriels (groupes hydrauliques, compresseurs, groupes électrogènes, dispositifs de manutention . Ce dispositif cylindrique enserre le bloc thermique lui aussi cylindrique décrit dans le brevet parent N°10/04643. Il dispose de moyens de production d'énergie électrique modulaire de contrôle électromécanique de la variation des entrefers , de contrôle et modulation électronique de l'énergie électrique destinée aux batteries au lithium et aux machines électriques de propulsion, de contrôle électronique de l'énergie électrique destinée à l'alimentation en 50Hz du réseau EDF en cas de panne de secteur, de régulation de la température de fonctionnement par flux d'air, de connexion modulaire à tous les dispositifs électriques (6), de récupération de l'énergie cinétique due aux oscillations du dispositif, d'isolation par écran thermique de la chaleur dégagée par le bloc « Octonéo »

Description

BREVET D'INVENTION

Le 30 10 2010 Sous le N°: --/ Monsieur François Clivillé-Lejeune GPHY.Systèmes Invention et développement de groupes propulseurs hybrides 1 2968147 GPHY Systèmes Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents commandé par un moteur « Octonéo » Invention de Monsieur François Clivillé- Lejeune 2 Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents commandé par un moteur « Octonéo » La présente invention concerne un générateur de puissance électrique à oscillations discoïdales et à aimants permanents actionné par un bloc thermique « Octonéo » (brevet parent N° ) destiné notamment à assurer la propulsion hybride de véhicules de transport (routier, ferroviaire, fluvial, maritime, aérien), le fonctionnement d'engins de chantier de tous types (pelle mécanique, scrapeur, transporteur, compresseur, groupe électrogène), le fonctionnement d'équipements industriels (groupes hydrauliques, compresseurs, groupes électrogènes, dispositifs de manutention divers). Tous les constructeurs de groupes propulseurs pour véhicules de transport de marchandises et de personnes par voies terrestre, aérienne, fluviale et maritime sont où seront à court et moyen terme amenés à intégrer dans leur programme stratégique le principe d'hybridation, qu'elle soit électrique, pneumatique, hydraulique ou autre. Le dispositif décrit ci-après concerne l'hybridation électrique.

De nombreuses tentatives développées par les particuliers et les constructeurs depuis les années 1970 concernant les générateurs électriques dits linéaires n'ont pu aboutir avec une grande majorité de brevets retirés ou tombés dans le domaine public. De nombreux verrous technologiques ont empêché le développement et la 25 fabrication en grandes séries : - interface et guidage mécaniques complexes, - rendement masse puissance médiocre - encombrement important, - liaison avec le dispositif de commande complexe 30 - difficulté à récupérer l'énergie cinétique avec fatigue prématurée et casse des systèmes de rappel pneumatiques hydrauliques ou mécaniques, - circuits magnétiques complexes et peu performants, - électronique de puissance obligatoire, complexe et coûteuse. 35 La présente invention a pour objet principal la réalisation d'un générateur de puissance électrique à oscillations discoïdales et à aimants permanents qui permet, grâce à sa structure modulaire, à son architecture discoïdale, à son dispositif de contrôle de la valeur des entrefers et à son intégration très 40 poussée dans le bloc thermique « Octonéo », de délivrer une puissance régulée entre 40kW et 100kW pour une masse de 80Kg à une fréquence constante de l'ordre de quelques dizaines d'Hertz (50Hz dans l'exemple présenté à titre d'exemple et non limitatif). A la connaissance du demandeur, il n'existe pas encore à l'heure actuelle, 45 de réalisations de ce type dans le secteur de la construction des générateurs de puissance électrique. Selon l'invention, une caractéristique fondamentale du générateur est que la production de puissance électrique est obtenue à partir de l'oscillation d'un ou plusieurs disques superposés équipés aimants permanents néodyme bore 3 fixés aux anneaux de transmission du bloc « Octonéo » (brevet parent N° --) . La valeur de cette oscillation est de (360° divisé par 26) soit 13,846° et est toujours identique à celle produite par le bloc thermique fournissant l'énergie mécanique. Le nombre d'aimants par disque est de 39.

Selon l'invention, en symétrie de part et d'autre de chaque disque, des noyaux en fer doux feuilleté bobinés de fil de cuivre vernis en forme de U constituent un ensemble de deux fois vingt modules indépendants formant ainsi vingt circuits magnétiques étanches. Ces modules sont fixés sur des structures en alliage léger amagnétique très rigides.

Selon l'invention, le positionnement de ces structures est assuré par cinq ensembles mécaniques synchronisés de type colonne. Les déplacements sont symétriques par rapport au disque permettant ainsi de garantir la même valeur d'entrefer de part et d'autre de ce disque. La modification de la valeur de l'entrefer permet de réguler la puissance fournie en fonction du taux de charge (de 40% à 1 00%) du bloc thermique à fréquence de cycles constante. Afin de garantir un entrefer minimum de 0,08mm, les noyaux bobinés sont rectifiés au niveau des faces en vis-à-vis avec les aimants assemblés. Selon l'invention, les cinq colonnes assurant le positionnement des supports des noyaux bobinés sont soutenues et guidées par une carcasse en 20 composite assemblée constituée de trois éléments principaux : - une embase fixée sur l'embase du bloc « Octonéo » équipée de moyens de ventilation et de cinq roulements rigides à deux rangées de billes pour supporter les colonnes de contrôle de la valeur des entrefers, 25 - une paroi équipée de cinq fenêtres permettant l'accès aux colonnes de contrôle et des moyens de connection des modules de production de puissance électrique, - un couvercle fixé au couvercle du bloc « Octonéo » équipé de moyens de ventilation, de cinq roulements rigides à une rangée de 30 billes pour guider les colonnes de contrôle de la valeur des entrefers et des moyens de commande des cinq colonnes. Selon l'invention, grâce à une électronique de puissance adaptée, le générateur doit pouvoir : - alimenter des batteries nouvelle génération, 35 - alimenter les moteurs synchrones reliés aux roues motrices, - être connecté et fournir du courant alternatif 50Hz au réseau ERDF en cas de besoin.

40 L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier de l'invention pris à titre d'exemple et nullement limitatif. Selon un mode particulier de l'invention, les aimants néodyme bore (1c) intégrés dans le disque en composite (1) sont des assemblages de trois 45 éléments possédant des profils particuliers : - le corps fritté et profilé en néodyme bore (1f), - une plaquette en fer doux collée en deux points sur la face supérieure (1g), - une plaquette en fer doux collée en deux points sur la face 50 inférieure (1g), 4 Ce type d'assemblage permet de manière avantageuse la rectification des faces inférieures et supérieures (1g) en fer doux sans risque de détérioration de l'aimant fritté néodyme bore (1f). Le positionnement des aimants assemblés (1 c) est assuré en les insérant avec inversion séquentielle des pôles dans deux moules en demi coquille et par injection d'un composite chargé de fibres à polymérisation contrôlée en prenant soin de limiter la température à 70°C (voir figure 01). Selon un mode particulier de l'invention, ces disques en composite (1) sont fixés sur les anneaux de transmission (1a) du bloc « Octonéo » puis soumis à une rectification afin d'obtenir une planéité et un parallélisme des faces inférieures et supérieures des aimants assemblés de l'ordre de plus ou mois 0,02mm par rapport à la référence (1e) qui est la face d'appui de la butée à aiguille supérieure de l'anneau de transmission (1a). Cet usinage permet avantageusement de réduire la valeur minimum de l'entrefer à 0,08mm.

Selon un mode particulier de l'invention, la production de puissance électrique est assurée par des noyaux bobinés en fer doux feuilleté collé possédant un profil en U. Face à face et symétriques par rapport au disque composite, les couples de noyaux bobinés (1 h) forment des circuits magnétiques fermés, simples et subissant très peu de pertes. Ces modules sont indépendants et facilement remplaçables. L'inversion des polarités liée aux oscillations du disque composite et des aimants provoque des variations du flux parcourant les circuits magnétiques et donc la génération d'une tension telle que (e = -do/dt ) dans chaque module. Le circuit magnétique est conçu sur le principe de la concentration du flux à 1,5 Tesla dans la section bobinée par rapport aux 1,3 Tesla générés au niveau de la surface des aimants permanents néodyme bore. Afin de garantir un entrefer minimum de 0,08mm, les noyaux (1h) bobinés (1i) sont rectifiés au niveau des faces en vis-à-vis avec les aimants assemblés (1 c). L'objectif du principe de concentration est d'optimiser le rapport masse puissance en diminuant la masse des noyaux en fer doux feuilletés.

Deux aimants permanents aux polarités inverses excitent donc deux noyaux bobinés formant ainsi un circuit magnétique fermé (voir figure 02). Selon un mode particulier de l'invention, les modules sont emboîtés dans un profil adapté et fixés par bridage sur une structure (7f) en fonderie d'alliage léger amagnétique usinée et très rigide. Ces structures (7f) sont positionnées de façon symétrique par rapport à chaque disque (1) en composite. Le positionnement de ces structures (7f) est assuré par cinq ensembles mécaniques synchronisés de type colonne. Les déplacements respectifs sont symétriques par rapport au disque en composite (1) permettant ainsi de garantir la même valeur d'entrefer de part et d'autre de ce disque. La modification de la valeur de l'entrefer permet de réguler la puissance fournie en fonction du taux de charge (de 40% à 100%) du bloc thermique à fréquence de cycles constante (voir figure 03). Selon un mode particulier de l'invention, chaque colonne de contrôle est composée de deux arbres (7a et 7b) liés par un joint de transmission (7c) sans jeu. Deux filetages au pas métrique fin inversés sont usinés sur les deux arbres (7a et 7b). Chaque arbre est équipé d'une bague à pas métrique fin à gauche (7g) et d'une bague à pas métrique fin à droite (7h). Une fois assemblés, les arbres (7a et 7b) équipés de leurs douilles filetées (7g et 7h) forment les cinq colonnes de contrôle qui sont emboîtées dans les structures (7f) supportant les noyaux bobinés. 5 Selon un mode particulier de l'invention, la phase de montage suivante consiste à mettre en contact sans blocage les brides (7i) sur les douilles filetées (7g et 7h) en les vissant sur les supports (7f). Sont assemblés en suivant : - l'embase (2) équipée des roulements rigides à deux rangées de billes (7d) sur l'embase du bloc thermique Octonéo, - les parois (3) débarrassées des trappes d'accès aux colonnes de contrôle (3a), - le couvercle équipé des roulements rigides à une rangée de billes (7e) sur le couvercle du bloc thermique Octonéo, Selon un mode particulier de l'invention, la dernière étape consiste à amener les faces des noyaux bobinés en contact avec les faces des aimants assemblés en faisant pivoter les douilles filetées sur les arbres bloqués en rotation par le dispositif de commande constitué des poulies (5a et 5b) de la courroie (5c) du dispositif de tension (5d) et du moteur pas à pas (5). Une fois les quatre supports des noyaux bobinés en contact avec les disques assemblés (1), il faut bloquer par les trappes d'accès (3a) les vis de fixation de toutes les brides (7i) (voir figures 04). Selon un mode particulier de l'invention, les ressorts à lames (3c) chargés de récupérer l'énergie cinétique des disques composites (1) sont insérés par des fentes appropriées (3b) usinées dans la paroi (3) et fixés par vissage à l'extérieur de la paroi (3) (voir figure 05 et 06). Pour faciliter le démarrage du bloc thermique, il est possible d'adapter un dispositif d'escamotage des ressorts à commande électromagnétique. Ce dispositif éventuel ne fait l'objet d'aucune description.

Selon un mode particulier de l'invention, l'atmosphère interne au générateur partagée avec le bloc thermique octonéo est polluée par un brouillard d'huile. En effet, les anneaux de transmission (1a) sont positionnés entre des butées à aiguilles non étanches et assurent un écran thermique efficace entre le bloc thermique et le générateur. La ventilation régulée à 70°C de ce dernier fait donc appel à un système étanche comprenant : - des moyens d'introduction du flux d'air refroidi dans l'embase, - des moyens d'extraction motorisés et servorégulés du flux d'air chaud dans le couvercle, - un échangeur air-air avec moto ventilateur thermo commandé à 35 l'extérieur du générateur. Selon un mode particulier de l'invention, la tension alternative de 50Hz produite par le générateur sort avec un signal de tension en V avec une valeur de crête limitée à 1000V (voir figure 07). Les deux disques composites assemblés (1) sont déphasés d'une demi oscillation ce qui permet de lisser le 40 signal. L'électronique de puissance doit assurer trois fonctions : - alimenter le pack de batterie dernière génération (LMP, lithium métal polymères) sous une tension continue de 500v à 700V suivant les options choisies par chaque constructeur, - alimenter les moteurs synchrones ou asynchrones des roues 45 motrices suivant les options choisies par chaque constructeur, - alimenter en 50Hz le réseau ERDF en cas de demande. Compte tenu du fait que la puissance électrique fournie par le générateur a une structure du même type que celle des machines tournantes utilisées actuellement par les constructeurs, l'étude de l'électronique de puissance ne 50 fait l'objet d'aucun développement spécifique et est laissée à leur initiative. 6 2968147 Sommaire des figures

La figure 01 est une vue axonométrique du disque composite fixé sur l'anneau de transmission 5 La figure 02 est une vue schématique des circuits magnétiques fermés La figure 03 est une vue axonométrique du disque composite fixé sur l'anneau de transmission avec de part et d'autre les deux structures en alliage léger amagnétique supportant les noyaux bobinés La figure 04 est une vue schématique de la colonne assemblée de contrôle des 10 entrefers La figure 05 est une vue axonométrique en croquis du ressort de rappel du système de récupération de l'énergie cinétique des disques composites La figure 06 est une vue axonométrique de la carcasse assemblée du générateur équipée du dispositif de commande du contrôle des entrefers 15 La figure 07 représente la courbe de tension par rapport au temps. La figure 08 est une vue axonométrique de dessus du générateur intégré au bloc thermique Octonéo en transparence La figure 09 est une vue axonométrique de dessous du générateur intégré au bloc thermique Octonéo en transparence 7

Claims

REVENDICATIONS1 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents dont la caractéristique fondamentale est : - que la production de puissance électrique est obtenue à partir de l'oscillation d'un ou plusieurs disques superposés équipés d'aimants permanents néodyme bore fixés aux anneaux de transmission du bloc « Octonéo » (brevet parent N° ) . - que la valeur de cette oscillation est de (360° divisé par 26) soit 13,846° 10 et est toujours identique à celle produite par le bloc thermique fournissant l'énergie mécanique. - que le nombre d'aimants par disque est de 39. - qu'en symétrie de part et d'autre de chaque disque, des noyaux en fer doux feuilleté bobinés de fil de cuivre vernis en forme de U constituent un 15 ensemble de deux fois vingt modules indépendants formant ainsi vingt circuits magnétiques étanches. - que ces modules sont fixés sur des structures en alliage léger amagnétique très rigides.
2 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants 20 permanents selon la revendication 1 caractérisée par le fait que des aimants néodyme bore (1c) intégrés dans le disque en composite (1) sont des assemblages de trois éléments tels qu'un corps fritté et profilé en néodyme bore (1f), une plaquette en fer doux collée en deux points sur la face supérieure du corps fritté(1g), une plaquette en fer doux collée en deux points sur la face 25 inférieure du corps fritté(1g) et possédant chacun des profils particuliers. Les avantages de ce type d'assemblage sont : - que la rectification des faces inférieures et supérieures (1g) en fer doux ne risque pas de provoquer la détérioration de l'aimant fritté néodyme bore (1f) - que le positionnement des aimants assemblés (1c) est assuré en les 30 insérant avec inversion séquentielle des pôles dans deux moules en demi coquille et par injection d'un composite chargé de fibres à polymérisation contrôlée en prenant soin de limiter la température à 70°C (voir figure 01).
3 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents selon les revendications 1 et 2 caractérisées par le fait que ces 35 disques en composite (1) sont fixés sur les anneaux de transmission (1a) du bloc « Octonéo » puis soumis à une rectification afin d'obtenir une planéité et un parallélisme des faces inférieures et supérieures des aimants assemblés de l'ordre de plus ou mois 0,02mm par rapport à la référence (1e) qui est la face d'appui de la butée à aiguille supérieure de l'anneau de transmission (1a) 40 - que cet usinage permet avantageusement de réduire la valeur minimum de l'entrefer à 0,08mm.
4 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents selon la revendication 1 à 3 caractérisées par le fait que: - que la production de puissance électrique est assurée par des noyaux 45 bobinés en fer doux feuilleté collé possédant un profil en U. - que face à face et symétriques par rapport au disque composite, les couples de noyaux bobinés (1h) forment des circuits magnétiques fermés, simples et subissant très peu de pertes - que ces modules sont indépendants et facilement remplaçables.- que l'inversion des polarités liée aux oscillations du disque composite et des aimants provoque des variations du flux parcourant les circuits magnétiques et donc la génération d'une tension telle que (e = -do/dt ) dans chaque module - que le circuit magnétique est conçu sur le principe de la concentration du flux à 1,5 Tesla dans la section bobinée par rapport aux 1,3 Tesla générés au niveau de la surface des aimants permanents néodyme bore - que, afin de garantir un entrefer minimum de 0,08mm, les noyaux (1h) bobinés (1i) sont rectifiés au niveau des faces en vis-à-vis avec les aimants 10 assemblés (1c) - que l'objectif du principe de concentration est d'optimiser le rapport masse puissance en diminuant la masse des noyaux en fer doux feuilletés - que deux aimants permanents aux polarités inverses excitent donc deux noyaux bobinés formant ainsi un circuit magnétique fermé (voir figure 02) 15
5 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents selon la revendication 1 à 4 caractérisées par le fait que les modules sont emboîtés dans un profil adapté et fixés par bridage sur une structure (7f) en fonderie d'alliage léger amagnétique usinée et très rigide - que ces structures (7f) sont positionnées de façon symétrique par 20 rapport à chaque disque (1) en composite - que le positionnement de ces structures (7f) est assuré par cinq ensembles mécaniques synchronisés de type colonne - que les déplacements respectifs sont symétriques par rapport au disque en composite (1) permettant ainsi de garantir la même valeur d'entrefer de part 25 et d'autre de ce disque - que La modification de la valeur de l'entrefer permet de réguler la puissance fournie en fonction du taux de charge (de 40% à 100%) du bloc thermique à fréquence de cycles constante (voir figure 03).
6 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants 30 permanents selon les revendications 1 à 5 caractérisées par le fait que chaque colonne de contrôle est composée de deux arbres (7a et 7b) liés par un joint de transmission (7c) sans jeu - que deux filetages au pas métrique fin inversés sont usinés sur les deux arbres (7a et 7b) 35 - que chaque arbre est équipé d'une bague à pas métrique fin à gauche (7g) et d'une bague à pas métrique fin à droite (7h) - que, une fois assemblés, les arbres (7a et 7b) équipés de leurs douilles filetées (7g et 7h) forment les cinq colonnes de contrôle qui sont emboîtées dans les structures (7f) supportant les noyaux bobinés 40
7 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents selon les revendications 1 à 6 caractérisées par le fait que la phase de montage suivante consiste à mettre en contact sans blocage les brides (7i) sur les douilles filetées (7g et 7h) en les vissant sur les supports (7f) - que sont assemblés ensuite l'embase (2) équipée des roulements 45 rigides à deux rangées de billes (7d) sur l'embase du bloc thermique Octonéo, les parois (3) débarrassées des trappes d'accès aux colonnes de contrôle (3a), le couvercle équipé des roulements rigides à une rangée de billes (7e) sur le couvercle du bloc thermique Octonéo.
8 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants 50 permanents conçu de telle manière : 17- que la dernière étape consiste à amener les faces des noyaux bobinés en contact avec les faces des aimants assemblés en faisant pivoter les douilles filetées sur les arbres bloqués en rotation par le dispositif de commande constitué des poulies (5a et 5b) de la courroie (5c) du dispositif de tension (5d) et du moteur pas à pas (5) - que une fois les quatre supports des noyaux bobinés en contact avec les disques assemblés (1), il faut bloquer par les trappes d'accès (3a) les vis de fixation de toutes les brides (7i) (voir figures 04).
9 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants 10 permanents selon les revendications 1 à 3 caractérisées par le fait que les ressorts à lames (3c) chargés de récupérer l'énergie cinétique des disques composites (1) sont insérés par des fentes appropriées (3b) usinées dans la paroi (3) et fixés par vissage à l'extérieur de la paroi (3) (voir figure 05 et 06) - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants 15 permanents selon les revendications 1 et 2 caractérisées par le fait que l'atmosphère interne au générateur partagée avec le bloc thermique octonéo est polluée par un brouillard d'huile. - que les anneaux de transmission (1a) sont positionnés entre des butées à aiguilles non étanches et assurent un écran thermique efficace entre le bloc 20 thermique et le générateur - que La ventilation régulée à 70°C de ce dernier fait donc appel à un système étanche comprenant des moyens d'introduction du flux d'air refroidi dans l'embase, des moyens d'extraction motorisés et servorégulés du flux d'air chaud dans le couvercle et un échangeur air-air avec moto ventilateur thermo 25 commandé à l'extérieur du générateur 11 - Générateur de puissance électrique à oscillation discoïdale à aimants permanents selon les revendications 1 à 5 caractérisées par le fait que la tension altemative de 50Hz produite par le générateur sort avec un signal de tension en V avec une valeur de crête limitée à 1000V (voir figure 07) 30 - que les deux disques composites assemblés (1) sont déphasés d'une demi oscillation ce qui permet de lisser le signal - que L'électronique de puissance doit assurer les trois fonctions suivantes comme alimenter le pack de batterie dernière génération (LMP, lithium métal polymères) sous une tension continue de 500v à 700V suivant les 35 options choisies par chaque constructeur, alimenter les moteurs synchrones ou asynchrones des roues motrices suivant les options choisies par chaque constructeur et alimenter en 50Hz le réseau ERDF en cas de demande. 18