FR3013398A1 - Dispositif de balanciers actionnes par la gravite et disposes en serie, entrainant par frottement sec deux arbres moteurs relies mecaniquement a deux generateurs de production d'electricite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système écologique avec un bilan carbone très favorable car sans apport d'énergie fossile. Les balanciers, lors de leurs rotations dans le premier quart de cercle, entrent successivement en contact avec le premier arbre moteur puis, avec le second arbre lorsqu'ils sont en rotation dans le sens inverse c-à-d. dans le second arc de cercle. La force résultante lors de la phase de contact de chaque balancier avec l'arbre moteur, permet au final de maintenir une vitesse constante de l'arbre et un Couple moteur (Cm) donné. Lors de la phase de fin de rotation du balancier, un dispositif via des aimants permanents permet d'une part, d'exercer une force d'attraction de la masse située à l'extrémité du balancier et d'autre part, grâce à un système de ressorts comprimés au préalable, de fournir un effort de répulsion du balancier lorsque celui-ci débute la phase de descente. Ce principe assure de compenser, à chaque cycle complet, la puissance transférée par le balancier lors de la phase de contact successivement avec les deux arbres moteur. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production d'électricité de moyenne et grande puissances.

Description

La présente invention concerne un système de balanciers disposés en série actionnés par la gravité (I), entraînant par frottement sec deux arbres moteurs (2) reliés mécaniquement à deux dispositifs de production d'électricité (3) de moyenne ou grande puissance (type alternateur de centrale électrique). Le courant électrique est par la suite transformé (4), puis distribué à un réseau adapté via des technologies disponibles (5) (cf. Figures I, 2 et 3). Dans les procédés actuels, le couple moteur nécessaire au fonctionnement du générateur d'électricité est apporté par diverses technologies existantes ou en cours de développement que ce soit une turbine pour les moyennes ou grandes puissances (elle même actionnée soit par de la vapeur d'eau à hautes température et pression, soit par une hauteur d'eau dans le cas d'une centrale hydroélectrique, soit encore par les forces marémotrices), une éolienne ou encore des volants d'inertie pour des puissances électriques plus faibles (nota : liste des technologies non exhaustive). Concernant les dispositifs de moyenne et grande puissances en amont du générateur, ceux-ci sont issus de technologies nécessitant le plus souvent des énergies fossiles (charbon, gaz, etc.), qui ont pour inconvénient majeur d'émettre des gaz à effet de serre ou, par un réacteur nucléaire où se pose dans ce cas la problématique du traitement des déchets radioactifs. Même si récemment d'autres sources fossiles (gaz de schiste, gaz d'hydrates de méthane), commencent à être extraites à l'étranger par des procédés industriels - avec pour le gaz de schiste, des conséquences assez néfastes sur l'écosystème -, ils n'en reste pas moins que le bilan carbone global n'est pas favorable du fait de leurs origines. Le système décrit dans le cadre de cette invention participe à la démarche globale engagée par l'ensemble des acteurs concernés en France (publics et privés) et ce, depuis le grenelle de l'environnement en 2007, de développement d'alternatives à caractère écologique aux procédés actuels de production d'électricité. Il a comme principal avantage de fournir un bilan carbone très favorable du fait d'une énergie primaire créée sur site et ne faisant pas appel à des sources fossiles. Le principe consiste au final à maintenir une vitesse de rotation constante pour chacun des deux arbres moteur tout en fournissant en sortie des arbres un Couple moteur (Cm) donné et ce, afin d'entraîner les deux générateurs d'électricité. Ces deux paramètres clés, vitesse de rotation et couple moteur, sont maintenus constants grâce à l'action séquentielle et quasi continue de frottements secs successifs sur chaque arbre moteur des balanciers disposés en série.

35 Les dessins annexés illustrent l'invention. Les Figures 4 à 10 décrivent les sous- systèmes composant l'invention. Si l'on se réfère à un seul balancier, représentatif du fonctionnement de l'ensemble des balanciers disposés en série, celui-ci se compose des sous-systèmes suivants (cf. Figure 4) : 40 - Le sous-système Si: Il permet la rotation du balancier dans le sens anti-trigonométrique à partir de la position que l'on définira à 00 jusqu'à la position à 180° en passant par une translation du balancier lorsque l'angle dépasse 90° et ensuite, via un principe identique mais cette fois-ci dans le sens trigonométrique (ces deux séquences composant un cycle complet). 45 - Le sous-système S2 : Il s'agit du balancier à proprement parlé comprenant une partie terminale déformable (cf. l'arrondi sur le dessin de la Figure 4), fixée sur la masse et apte à entrer en contact par frottement sec successivement avec chaque arbre moteur lors d'un cycle complet. - Le sous-système S3 : Il est composé des deux arbres moteurs ; le premier est entraîné 50 en rotation via le balancier dans le sens anti-trigonométrique le second, l'est par la rotation du balancier dans l'autre sens. - Le sous-système S4 : Il comprend les dispositifs permettant de transmettre d'une part, un effort d'attraction de la masse en fin de cycle de montée et d'autre part, un effort de répulsion du balancier en début de cycle de descente. Ces deux actions complémentaires 55 ont pour objectif de compenser le transfert de puissance à l'arbre moteur lors de la phase de contact par frottement sec avec la masse située à l'extrémité du balancier. Par la suite, les « sous-systèmes SX » sont notés simplement « SX » (X = 1 à 4). Si a pour fonctions principales de supporter la charge statique et la force d'inertie de S2, et d'assurer la translation de S2 sur une course prédéterminée de la position P1 60 relative au mouvement du balancier dans le sens anti-trigonométrique, à la position P2 correspondante à la rotation du balancier dans le sens trigonométrique (et vice versa) (cf. Figure 5). Si comprend : - les fixations au bâti (6) ; 65 - les butées (7), qui limitent la course de S2; - le coulisseau (8), qui permet la fixation de S2 sur Si ainsi que la translation de S2; - le coulisse (9), qui supporte la translation de S2; - le support de la rotule (10), qui assure la rotation de S2. Le coulisseau est entraîné en translation via la force d'inertie de S2 lorsque l'angle a 70 dépasse 90 °. Le coulisseau intègre un dispositif de freinage afin d'amortir sa course avant d'atteindre l'une des deux butées. S2 a pour fonction principale de maintenir une vitesse constante de chaque arbre moteur et de leur transmettre un Couple moteur, Cm, prédéfmi (cf. Figure 6). S2 est composé : 75 - d'une poutre (11), qui assure la liaison avec Si et permet la fixation de la masse ; - d'une masse (12), qui assure la force d'inertie nécessaire au transfert de puissance vers chaque arbre moteur ; - d'une partie déformable de la masse en forme d'arrondi (13), qui permet le contact par frottement sec avec chaque arbre moteur.

80 Une attention particulière sera portée à: - la forme du corps de masse, qui doit limiter au maximum les frottements à l'air par un aérodynamisme optimisé ; - la performance du couple {partie déformable de la masse / arbre moteur} quant au maintien d'une valeur quasi constante du coefficient de frottement sec global lors de la 85 phase de contact et d'une usure (9) minimale des matériaux. (") Par définition, le matériau d'usure est la partie déformable de la masse (même si l'arbre moteur subira également une usure inévitable...). S2 peut également se décliner par une variante (cf. Figure 7), via l'ajout d'un contre-poids (14) coulissant (*2) dans les deux directions de l'axe principal du balancier et 90 disposé dans le prolongement de la poutre du sous-système S2. La Figure 8 explicite le principe de fonctionnement de la rotation du balancier (*3) dans le sens anti- trigonométrique ("). Lors la séquence 1; Pendant la phasel de descente, le contre-poids reste en position fixe au plus près de la rotule (10) limitée par la butée basse (15) et ce, afin de réduire au maximum son action contre la force inertielle de la masse en rotation 95 située à l'extrémité du balancier (12). Lors de la phase 2 de montée, le contre-poids translate progressivement pour atteindre au final la position au plus près de la butée haute (16) et ce, afin d'apporter un complément à la force inertielle de la masse en rotation situé à l'extrémité du balancier. Au début de la séquence 2 - juste avant la phase de 3 01 3 3 98 4 descente dans le sens trigonométrique -, le contre-poids est placé au plus prés de la rotule 100 (c-à-d. sur la butée basse), pour une action similaire à la phase 1 décrite ci-avant. (*2)Par exemple, via deux vérins double effet. (")Représentatif du fonctionnement de l'ensemble des balanciers. (") Principe identique dans le sens trigonométrique. S3 a pour fonction principale de transmettre le couple moteur prédéfini au 105 dispositif de production d'électricité (cf. Figure 9 - Cas d'un seul arbre moteur représentatif du fonctionnement des deux arbres moteurs). S3 comprend un arbre moteur creux (17) sur lequel est monté un anneau de frottement (18) qui assure le contact avec la partie défonnable du corps de masse de S2. La transmission d'une partie de la puissance du balancier lors de la phase de frottement est assurée par une surface de contact qui reste 110 quasi constante ("), ce qui entraîne une Force résultante Globale (FG) d'appui de S2 sur l'arbre moteur également quasi constante. L'anneau de frottement fixé sur l'arbre moteur doit avoir une usure très limitée et pouvoir être remplacé aisément lors des opérations de maintenance. (") c-à-d, un angle fi quasi constant.

115 S4 a pour fonction principale (cf. Figure 10) : 1. d'apporter l'impulsion au démarrage via le dispositif (21) et ce, au début de la phase de descente de S2. 2. de fournir une force complémentaire à l'effort inertiel de S2 en fin de mouvement par l'intermédiaire d'aimants permanents - fixés de part et d'autre de S2 et S4 -, et ce, à la fin 120 de la phase de montée de S2. L'orientation du champ magnétique résultant devra être proche de l'axe Z. A noter que lors du démarrage de la phase de descente, un écran (non représenté sur le dessin de la Figure 10), est déployé entre les aimants afin d'inhiber la force d'attraction. S4 comprend : 125 - le bâti (19) ; - le dispositif de fixation au bâti (20) ; - le dispositif de transmission de l'effort de répulsion de S2 (21) (dans la phase de descente) qui par exemple, pourra être un système de ressorts comprimés au préalable par un moteur électrique ou une autre technologie existante ; 130 - le dispositif de transmission de l'effort d'attraction de S2 (22) (dans la phase de montée), fixé sur S4 ainsi que la contrepartie dudit dispositif, fixé sur S2, à savoir le dispositif de transmission de l'effort d'attraction de S2 (23) (dans la phase de montée). Le dispositif tel que décrit par l'invention ci-avant est donc particulièrement destiné à la production d'électricité de moyenne ou grande puissance basé sur un système 135 présentant un caractère écologique optimal.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif de balanciers animés par la gravité caractérisé en ce que la disposition desdits balanciers est en série permettant au final, d'assurer une vitesse de rotation constante et un Couple moteur (Cm) donné, aux deux arbres moteurs entraînant par la suite deux générateurs électriques (pour la production d'un courant alternatif ou continu).
2. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les balanciers entraînent les deux arbres moteurs par des frottements sec successifs lors des phases de contact.
3. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque balancier est en mesure d'entraîner les deux arbres moteurs par une translation assurée via un coulisseau (8) dont la course est limitée deux butées (7) (translation dans les deux sens).
4. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le sous-système S2 peut être équipé d'un contre-poids (14) constituant dès lors une variante.
5. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le sous-sytème S4 permet d'une part, d'exercer une force d'attraction de la masse (12) lorsque le balancier arrive en fin de rotation via des aimants permanents (22) (23) et d'autre part, de fournir un effort de répulsion de chaque balancier lorsque celui-ci débute la phase de descente (21).