FR3043370A1 - Dispositif de lissage d'un reseau electrique par volants a moment variable - Google Patents

Abstract

Dispositif de lissage d'un réseau électrique comportant; un ou plusieurs volants à moment variable (vmv14), pouvant se solidariser (e5) à un axe secondaire (as14), pouvant lui même se solidariser (e3) à une extrémité à un variateur de couple secondaire (vcs14), relié à une unité électrique (ue14), l'unité électrique peut fonctionner, soit en mode moteur, soit en mode générateur. L'autre extrémité de l'axe secondaire (as14) peut se solidariser (e6) à un axe primaire (ap14), lui même relié par un variateur de couple primaire (vcp14) à un volant à moment constant (vmc14) et un dispositif de contrôle (X) déterminant; quand la production électrique est excédentaire, la conversion des unités électriques (ue14) en moteurs et la charge (e4; C) des volants à moment variable (vmv14) en opposant aux moteurs une contre-force proportionnelle à la vitesse d'augmentation de leur moment d'inertie, puis leur décharge (e4; D) dans le volant à moment constant (vmc14), quand la production électrique est déficitaire, la conversion des unités électrique (ue14) en générateur et la décharge (e4; D) des volants à moment variable (vmvi4) en fournissant aux générateurs une force proportionnelle à la vitesse de diminution de leur moment d'inertie, puis leur charge (e4; C) par le volant à moment constant (vmc14). Le mécanisme des volants (vmvi4) permet par contrainte mécanique; après désolidarisation (e5) de leur axe (as14), leur synchronisation (S) et après solidarisation (e5), l'augmentation (C) ou la diminution de leur moment d'inertie (D). Couplé à un variateur de couple (vcp14, vcs14), il permet la charge des volants d'un faible moment et d'une faible vitesse de rotation à un fort moment et une grande vitesse de rotation et inversement pour leur décharge.

Description

DESCRIPTION

Le stockage de l'énergie par des volants d'inertie se développe dans plusieurs domaines.

Ses avantages principaux sont un faible coût, une durée de fonctionnement longue ainsi qu'une faible usure et un bon rapport poids sur énergie stockée.

Le premier domaine est la récupération de l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage.

Un autre domaine est le stockage d'un excédent de production d'électricité. Ce besoin est croissant du fait du développement des énergies renouvelables dont la production est fluctuante et imprévisible.

Certaines sont à la fois fluctuantes en intensité et aléatoires comme l'énergie éolienne, d'autre sont prévisibles dans le temps mais fluctuantes en intensité comme l'énergie solaire, son autre inconvénient est qu'elle ne peut pas faire face aux deux pics de consommation du matin et du soir, certaines sont prévisibles à la fois dans le temps et en intensité comme l'énergie marémotrice mais sa production ne coïncide pas toujours avec les pics de consommation.

Le complément peut être apportée par l'énergie hydraulique, mais elle est insuffisante, on fait appel à des énergies non renouvelables comme le nucléaire et le thermique si la production d'électricité par les énergies renouvelables est insuffisante. L'excédent de production est diffusé dans le réseau et perdu.

Certaines pistes sont étudiées pour stocker l'énergie électrique sous une autre forme. Une forme est l'hydraulique, une autre forme est l'énergie cinétique.

De grandes unités de stockage sont en cours de réalisation, elles comportent des volants d'inertie couplés à des unités électriques, des volants à sustentation magnétique montés sous vide permettent de stocker l'énergie cinétique sur de longues périodes. Si la production d'électricité dépasse sa consommation, des unité électriques sont converties en moteurs électriques, les moteurs électriques actionnent les volants d'inertie et l'excédent de production d'électricité est convertie en énergie cinétique. Si la consommation d'électricité dépasse la production, l'énergie cinétique stockée est transformée en électricité en convertissant les unités électriques en générateurs et en les actionnant grâce l'énergie cinétique stockée par les volants.

Le principal point faible du stockage de l'énergie cinétique en volant d'inertie est sa transmission par friction pour la récupération de l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage.

Elle se fait par les étapes suivantes; désynchronisation d'un axe donneur ou receveur d'énergie cinétique, mise en friction accompagnée d'un transfert de l'énergie cinétique de l'axe le plus rapide vers l'axe le plus lent, le transfert d'énergie cinétique s'arrête quand le volant et l'axe donneur ou receveur sont synchronisés, il faut modifier par un variateur de couple la vitesse de l'axe donneur ou receveur pour poursuivre le transfert.

Le transfert par friction entraîne des pertes sous forme de chaleur, les surfaces de friction sont soumise à l'usure, la vitesse du transfert est difficilement réglable, elle est limitée en intensité.

Pour la conversion d'un excédent de production d'électricité, il est difficile d'assurer le fonctionnement de l'unité électrique à une vitesse optimale et contrôlée du fait de l'accélération du volant lors de sa charge et de sa décélération lors de sa décharge. L'invention permet le transfert de l'énergie cinétique sans friction par modification du moment d'inertie du volant.

Elle peut être appliquée à la mise en réserve de l'énergie électrique sous forme d'énergie cinétique dans un système à volants d'inertie.

Elle peut être appliquée à la mise en réserve de l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage dans un ou plusieurs volants d'inertie et à sa restitution au redémarrage du véhicule.

Une autre application est un synchroniseur d'axes permettant de réaliser un embrayage sans friction.

Une dernière application est l'accélération d'un objet (catapulte) éventuellement couplé à la récupération de l'énergie cinétique d'un autre objet lors de sa décélération.

Le dispositif de mise en réserve de l'excédent de production d'électricité dans des volants d'inertie comporte un ou plusieurs volants à forte capacité et à moment constants qui constituent l'élément de stockage final de l'énergie cinétique et plusieurs volants à moment variable constituant des éléments intermédiaires de stockage. Les volants à moment variable par le contrôle de l'augmentation et de la diminution de leur moment d’inertie permettent lorsque les unités électriques fonctionnent sur le mode moteur d'opposer une contre-force assurant une vitesse de rotation optimale des moteurs. Ils permettent par le contrôle de la diminution de leur moment d'inertie de fournir aux unités électrique quand elles fonctionnent sur le mode générateur une force contrôlée.

Le transfert entre les volants à moment constant et les volants à moment variable se fait sans friction. Des variateurs de couples entre les volants à moment constant et les volants à moment variable et entre les volants à moment variable et les unités électriques permettent la charge des volants à moment constant jusqu'à des vitesses de rotation importantes et leur décharge jusqu'à des vitesses de rotation faibles et la charge des volants à moment variable jusqu'à des vitesses et des moments d'inertie importants et leur décharge jusqu'à des vitesses et des moments d'inertie faibles.

Pour la récupération de l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage un volant à moment variable peut être placé soit en aval, soit en amont du dispositif de changement de vitesse du véhicule. Le volant à moment variable peut disposer de son propre variateur de couple, il fournit un complément de force au moteur à l’accélération. Placé en amont du variateur de couple du véhicule il peut soit disposer de son propre variateur de couple soit le partager avec le moteur permettant de réaliser un véhicule fonctionnant sur le mode "stop and start" où l'alimentation en carburant s'arrête dès que l'on actionne la commande de frein et n'est rétablie que quand la vitesse du volant est compatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur, le début du redémarrage est assuré sans friction par le volant à moment variable.

Le synchroniseur d'axes présente le même mécanisme, il permet de réaliser un embrayage sans friction permettant éventuellement la récupération de l'énergie cinétique au freinage. L'accélérateur ou le décélérateur à inertie est la dernière application. Il permet en un temps cours de communiquer à un objet l'énergie cinétique d'un volant à moment variable (catapulte) ou inversement de récupérer l'énergie cinétique d'un objet lors de sa décélération dans un volant à moment variable.

Le principe de fonctionnement du volant à moment variable est présenté sur la figure 1. Pour imager le principe, la démonstration repose sur la figure de la vrille de la patineuse.

En A, est représentée la patineuse réalisant librement la figure de la vrille sur une surface de glace

La patineuse entame une boucle en maximisant son moment d’inertie, son énergie cinétique de rotation est égale à 1/2 M * G012, «1 est son moment d'inertie, C01 sa vitesse angulaire de rotation.

Elle réduit ensuite son moment d'inertie en se redressant et en ramenant ses bras le long de son corps, par le principe de conservation de l'énergie sa vitesse de rotation augmente et elle part en vrille, son énergie cinétique de rotation est 1/2 i2 * C022 égale à l'énergie cinétique de rotation initiale (1/2 il * C012)- Si elle augmente à nouveau son moment d'inertie (ce qu'elle fait en générai avec beaucoup de grâce), elle retrouve sa vitesse de rotation initiale.

En B, la patineuse se trouve placée sur un véhicule, elle est engrenée par ses jambes au véhicule.

Elle entame sa boucle et on donne au véhicule une impulsion en mettant en place un engrenage synchronisant la patineuse et le véhicule.

Si elle réduit son moment d'inertie, elle ne peut augmenter librement sa vitesse de rotation, une partie de l'énergie cinétique de rotation est convertie en énergie cinétique de translation, la vitesse de rotation de la patineuse augmente ainsi que la vitesse de translation du véhicule, le principe de conservation de l'énergie est respecté et la somme des deux énergies cinétiques reste égale à la somme des deux énergies cinétiques initiales.

Si elle augmente à nouveau son moment d'inertie, elle ne peut pas ralentir librement, une partie de l’énergie cinétique de translation du véhicule est reconvertie en énergie cinétique de rotation, le véhicule ralentit et retrouve sa vitesse de translation initiale, la patineuse ralentit également et retrouve sa vitesse de rotation initiale.

En C, on répète l'expérience réalisée en B mais après la première vrille, la patineuse est déconnecté du véhicule.

On lui fait à nouveau augmenter son moment d'inertie. L'énergie cinétique du véhicule est conservée, la vitesse de rotation de la patineuse se réduit à une vitesse de rotation inférieure à sa vitesse de rotation initiale car une partie de son énergie cinétique de rotation a été convertie en énergie cinétique de translation. On établit un couple supérieur entre la patineuse et le véhicule et on reconnecte la patineuse au véhicule, elle réduit à nouveau son moment d'inertie, une quantité supplémentaire d'énergie cinétique de rotation est convertie en énergie cinétique de translation. Si on poursuit l'expérience jusqu'à un couple infini, la totalité de l'énergie cinétique de rotation est convertie en énergie cinétique de translation. La patineuse est immobile, le véhicule a une énergie cinétique de translation égale à la somme de l'énergie cinétique de translation initiale et de l'énergie cinétique de rotation initiale de la patineuse.

En D, on fait l'expérience inverse.

On demande à la patineuse de faire une vrille à faible vitesse et on imprime au véhicule une forte impulsion.

On établit un couple fort synchronisant la patineuse et le véhicule et on connecte la patineuse au véhicule.

Si la patineuse augmente son moment d'inertie, elle ne peut ralentir librement, une partie de l'énergie cinétique de translation est convertie en énergie cinétique de rotation, la vitesse du véhicule diminue, la vitesse de rotation de la patineuse également.

Si on déconnecte la patineuse et si elle réduit à nouveau son moment d'inertie, le véhicule conserve son énergie cinétique de translation, la vitesse de rotation de la patineuse augmente jusqu'à une vitesse de rotation supérieure à sa vitesse de rotation initiale car une partie de l'énergie cinétique de translation a été convertie en énergie cinétique de rotation.

On établit un couple plus faible, on reconnecte la patineuse au véhicule et on répète l'expérience, une quantité supplémentaire d'énergie cinétique de translation est convertie en énergie cinétique de rotation. Si on poursuit l'expérience jusqu'à un couple égal à zéro toute l'énergie cinétique de translation est convertie en énergie cinétique de rotation.

Le véhicule est arrêté, l'énergie cinétique de rotation de la patineuse est égale à la somme de son énergie cinétique de rotation initiale et de l'énergie cinétique de translation initiale du véhicule.

La figure 2 apporte une approche numérique des transferts d'énergie par ie principe de conservation de l’énergie en reprenant l'expérience de la figure 1B,

En A:

Atout moment la vitesse de rotation de la patineuse et la vitesse de translation du véhicule sont liées par la formule v = GO* c * d *ÎT, v étant la vitesse de translation du véhicule, GO la vitesse angulaire de rotation de la patineuse, c le couple ou rapport des vitesses angulaires de la patineuse et la roue motrice, d le diamètre de la roue motrice.

Le moment d'inertie de la patineuse répond à la formule i = somme de ses masses unitaires multipliées par P, le carré de leur distance à l’axe de rotation. L'énergie cinétique de rotation de la patineuse (ECR) est égale à 1/2 i GO2, l'énergie cinétique de translation du véhicule (ECT) est égale à 1/2 m v2 ou m est égal à la masse totale de l'ensemble véhicule plus patineuse.

Par principe de conservation de l'énergie, la somme de l'énergie cinétique de translation (ECT) et de rotation (ECR) est constante toute diminution de l’énergie cinétique de rotation de la patineuse entraîne une augmentation égale de l'énergie cinétique de translation du véhicule et inversement. En exprimant la vitesse de translation du véhicule par la formule faisant intervenir la vitesse de rotation de la patineuse, on obtient la formule d'équivalence de l’énergie cinétique faisant intervenir le moment d'inertie initial de la patineuse il, le moment final i2, sa vitesse de rotation initiale COI et sa vitesse de rotation finale GO2:

Le développement de la formule permet d’obtenir la vitesse de rotation finale de la patineuse ( GO2), la vitesse finale du véhicule (v2), et l’énergie cinétique de rotation transformée en énergie cinétique de translation (deltaEC):

En B:

Lorsque la patineuse déconnectée du véhicule augmente à nouveau son moment

d’inertie, son énergie cinétique de rotation reste inchangée:

le développement de la formule donne:

La vitesse du véhicule reste inchangée lors du changement de rapport de couple entre la patineuse et le véhicule maintenant leur synchronisation:

te développement de la formule donne:

on obtient une double équivalence:

on peut obtenir la valeur du couple à établir (c2) en fonction du couple initial (c1) et du moment initial (i2) et final (il) de la patineuse:

Si la patineuse et le véhicule sont liés par un variateur de couple, les variations de couple à chaque changement de rapport sont fonction du moment initial (i2) et final (il) de la patineuse.

La vitesse du transfert d'énergie cinétique détermine la puissance du système, elle est déterminée par la vitesse de réduction ou d'augmentation du moment d'inertie du volant à moment variable, elle peut être considérable.

Le moment d'inertie d'un volant répond à la formule i = S(mi*li2), une faible variation de la distance d’une masse à son axe entraîne une forte variation de son moment. Si la distance est divisée par 2 le moment est divisé par 4, si elle est divisée par 3, il l'est par 9, par 4 ils l’est par 16. Le reflet est la figure de la vrille de la patineuse.

Un mécanisme permettant de modifier à volonté le moment d'inertie d’un volant permettrait de développer des puissances considérables et facilement contrôlables. Ces puissances généreraient une force qui s’exercerait sur l'axe du volant. Les transferts d'énergie cinétique se feraient sans friction.

Le volant à moment variable présenté permet la transmission de l'énergie cinétique sans friction et par seule contrainte mécanique par les étapes suivantes; synchronisation du volant à son axe, transmission de l’énergie cinétique du volant à un axe receveur par réduction du moment d'inertie du volant ou, transmission de l'énergie

cinétique d'un axe donneur au volant par augmentation du moment d'inertie du volant. Couplé à un variateur de couple, il permet la transmission de l'énergie cinétique du volant à l'axe receveur d'une grande vitesse de rotation et d'un fort moment du volant à une faible vitesse de rotation et à un faible moment du volant et inversement pour la transmission de l'énergie cinétique d'un axe donneur au volant comme sur les figures 1C et 1D (sans patineuse il va sans dire).

Le volant à moment variable présente plusieurs modes de réalisation, le mécanisme de réduction ou d'augmentation du moment d'inertie repose sur le différentiel de vitesse de rotation d'une roue fixe et d'une roue manivelle. La roue fixe est liée ou peut être liée à l'axe du volant, le volant peut être flottant sur son axe et peut y être solidarisé, ou solidaire d'un axe qu'on cherche à synchroniser à un second axe (synchroniseur d'axe). Le mécanisme fait intervenir une ou plusieurs vis sans fin.

Dans le premier mode de réalisation ou modèle du "cric direct" présenté sur la figure 3, en A une roue manivelle (rm) est posée sur un filetage (vsf) et porte un taraudage complémentaire. La roue manivelle est solidaire dans le sens de la translation d'une masse articulée (ma) portée par la partie fixe du volant. Un déplacement de la roue manivelle sur le filetage entraîne un changement de conformation de la masse articulée (ma) avec soit une augmentation soit une diminution de son moment d'inertie selon se sens de déplacement de la roue manivelle (Fig. 3B).

La roue manivelle (rm) peut être engrenée à la roue fixe par plusieurs engrenages (Fig. 3C) donnant à la roue manivelle une vitesse de rotation soit égale, soit supérieure, soit inférieure à la vitesse de rotation de la roue fixe (rf).

Dans tous les modes de réalisation présentés la roue fixe et la roue manivelle ont le même diamètre. Elles sont engrenées à un ou plusieurs axes primaires discontinus (apd) présentant un pignon fixe (pf) engrené à la roue fixe (rf) et un pignon engrené à la roue manivelle (rm), pour le modèle du "cric direct le pignon (pg) engrené à la roue manivelle est un pignon à gorge solidaire de son axe dans le sens de la rotation et libre dans le sens de la translation, le pignon fixe (pf) et le pignon à gorge (pg) ont le même diamètre.

La portion de l'axe primaire discontinu (apd) portant le pignon à gorge (pg) porte plusieurs pignons (31) ayant un diamètre soit égal, soit supérieur, soit inférieur au diamètre du pignon fixe (pf) et du pignon à gorge (pg).

La liaison entre les deux portions d'un axe primaire discontinu (apd) est établie par plusieurs axe secondaires discontinus (asd) parallèles et placés autour d'un ou plusieurs axe primaires discontinus (apd). Les axes secondaires discontinus (asd) portent un pignon lié au pignon fixe (pf) et un pignon lié à un pignon (31) de la seconde portion de l'axe primaire discontinu portant le pignon à gorge (pg).

La mise en continuité d'un axe secondaire discontinu (Fig. 3C; a) portant deux pignons de même diamètre donnent à la roue manivelle (rm) la même vitesse de rotation qu'à la roue fixe (rf).

Un ou plusieurs axes secondaires discontinus (Fig. 3C; b) donnent à la roue manivelle (rm) une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la roue fixe (rf).

Un ou plusieurs axes secondaires discontinus (Fig. 3C; c) donnent à la roue manivelle (rm) une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation de la roue fixe (rf).

Le mécanisme de mise en continuité d'un axe secondaire discontinu (asd) est présenté sur la figure 3D.

Le pignon (ps1) de l'axe secondaire discontinu (asd) est engrené au pignon fixe (pf) engrené à la roue fixe (rf), il est posé sur un axe creux (ac) se terminant par une surface de contact (sc1). Le pignon (ps2) lié à un pignon (31) porté par la portion de l'axe primaire discontinu portant le pignon à gorge (pg) lié à la roue manivelle (rm) est porté par un axe (te) traversant l'axe creux portant le pignon (ps1). L'axe se termine par un relief longitudinal (rl) solidarisant l'axe du pignon (ps2) à un capuchon (ca) dans le sens de la rotation. Le capuchon présente une surface de contact (sc2) opposée à la surface de contact (sc1) de l'axe creux (ac), une pression sur le capuchon (ca) permet de solidariser le capuchon (ca) et l'axe creux (ac) portant le pignon (ps1) et met en continuité l'axe secondaire discontinu (asd). Le capuchon est éloigné de l'axe creux par un ressort (re), les surfaces de contact (sc1 et sc2) sont solidarisées soit par des reliefs complémentaires établissant une liaison en "tout ou rien", soit par deux anneaux de friction établissant une liaison proportionnelle à la pression exercée sur le capuchon.

Un second mode de réalisation est celui du "cric indirect" présenté sur la figure 4.

Dans ce mode de réalisation la roue manivelle (rm) ne se déplace pas. Elle est liée à un premier anneau (an1) portant un filetage (vsf). Le filetage (vsf) porte un second anneau concentrique (an2) par un taraudage complémentaire. Une différence de vitesse de rotation entre le volant et la roue manivelle entraîne le déplacement du second anneau (an2) et le changement de conformation de la masse articulée (ma). Dans les deux modes de réalisation précédents la modification du moment d'inertie n'est pas proportionnelle au déplacement soit de la roue manivelle, soit du second anneau. Elle sera forte pour de faibles moments, faible pour de forts moments. La masse articulée est soumise à la force centrifuge, ces modèles seront adaptés à des volants de faible masse.

Un troisième mode de réalisation est présenté sur la figure 5, c'est le modèle à masses mobiles. La roue manivelle (rm) est liée à une couronne dentée (cd) engrenée à plusieurs pignons coniques (pc) portées par des axes portant un filetage (vsf).

Des masses (ma5) sont portées par lesdits filetages par des taraudages complémentaires et guidées dans leur déplacement par des guides fixes (gf), une différence de vitesse de rotation entre la roue manivelle et le volant entraîne la rotation des axes portant les masses (ma5) et le déplacement desdites masses.

Ce mode de réalisation convient à des masses importantes, la vitesse de modification du moment d'inertie est indépendante de la position des masses.

Pour les deux derniers modes de réalisation le mécanisme générant le différentiel de vitesse de rotation de la roue fixe (rf) et de la roue manivelle (rm) est similaire à celui du "cric direct" de la figure 3. La seule différence est que le pignon lié à la roue manivelle n'est pas un pignon à gorge mobile mais un pignon fixe.

Le mode de fonctionnement du volant à moment variable est présenté sur les figures 6 et 7. Sur ces figures est représenté un volant de type "cric direct", la génération du différentiel de vitesse de rotation de la roue fixe (rf) et de la roue manivelle (rm) est similaire dans les autres modes de réalisation.

La figure 6 présente le mécanisme de synchronisation du volant à son axe.

Le volant est libre de rotation sur son axe.

Une liaison est établie entre la roue fixe et la roue manivelle donnant aux deux roues la même vitesse de rotation par la mise en continuité d'un axe secondaire discontinu (asd) donnant aux deux portions de l'axe primaire discontinu (apd) la même vitesse de rotation (A).

Une vitesse de rotation du volant supérieure à la vitesse de rotation de la roue manivelle (B) entraîne le déplacement de la roue manivelle et une augmentation du moment d'inertie du volant. Le volant ralentit par principe de conservation de l’énergie, le déplacement de la roue manivelle s'arrête quand le volant et la roue manivelle ont la même vitesse de rotation.

Une vitesse de rotation du volant inférieure à la vitesse de rotation de la roue manivelle (C) entraîne le déplacement en sens inverse de la roue manivelle et une diminution du moment d'inertie du volant, le volant accélère par principe de conservation de l'énergie, le déplacement de la roue manivelle s'arrête quand le volant et la roue manivelle ont la même vitesse de rotation.

Le mécanisme de transmission de l'énergie cinétique sans friction et par contrainte mécanique est présenté sur la figure 7. En A est présenté le mécanisme de transmission du volant vers un axe receveur, en B d'un axe donneur vers le volant. Les mécanismes seront inversés selon que le filetage ou le volant et son axe ont un sens de rotation horaire ou antihoraire.

Le volant synchronisé à son axe est solidarisé à son axe (71)

En A un axe secondaire discontinu donnant à la roue manivelle une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la roue fixe est mis en continuité.

Le volant réduit son moment d'inertie et l’énergie cinétique est transférée du volant vers l’axe receveur. L'énergie cinétique du volant (ECv2) sera inférieure à son énergie cinétique initiale (ECv1), l'énergie cinétique de l'élément lié à l'axe receveur (ECr2) sera supérieure à son énergie cinétique initiale (ECr1).

Par principe de conservation de l'énergie, la somme des énergies cinétiques de l'élément lié à l'axe receveur et du volant reste inchangée (Fig. 2).

En B un axe secondaire discontinu donnant à la roue manivelle une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation de la roue fixe est mis en continuité.

Le volant augmente son moment d'inertie et l'énergie cinétique est transférée de l’axe donneur au volant. L'énergie cinétique du volant (ECv2) sera supérieure à son énergie cinétique initiale (ECv1), l'énergie cinétique de l'élément lié à l'axe donneur (ECr2) sera inférieure à son énergie cinétique initiale (ECr1).

Par principe de conservation de l'énergie la somme des énergies cinétiques de l'élément lié à l'axe donneur et du volant reste inchangée (Fig. 2).

Un mécanisme non représenté bloque la réduction ou l'augmentation du moment d'inertie du volant quand celui-ci atteint des valeurs extrêmes afin de ne pas détériorer le volant en levant la liaison par l'axe secondaire discontinu (asd) et en établissant une liaison par un axe secondaire discontinu donnant aux deux roues (rf et rm) la même vitesse de rotation et en enclenchant éventuellement un changement de rapport d’un variateur de couple.

Il peut être purement mécanique et comporter des butées fixes enclenchant mécaniquement le passage de la liaison d'un axe secondaire discontinu à l'autre.

Le mécanisme peut être enclenché par un contacteur électrique.

Un contrôle électronique de la conformation du volant peut être utilisé pour les applications les plus complexes.

Un ou plusieurs volants à moment variable permettent de réaliser un mécanisme de synchronisation d'axe réalisant un embrayage sans friction. Le mécanisme est représenté sur la figure 8. Il permet de synchroniser à chaque augmentation de rapport d'un variateur de couple (vc8) l'arbre relié au moteur (am8) et l'arbre primaire (ap8) dudit variateur de couple et éventuellement l'arbre secondaire (as8) dudit variateur de couple et l'arbre relié à l'élément entraîné par le moteur (ac8). l'arbre relié au moteur (am8) porte un volant à moment variable (vm8), l'arbre secondaire (as8) dudit variateur de couple porte éventuellement un second volant à moment variable (vc8). l'arbre primaire du variateur de couple (ap8) porte la roue fixe (rf) du premier volant à moment variable (vm8) et l'arbre relié à l'élément entraîné par le moteur (ac8) porte la roue fixe (rf) de l'éventuel second volant à moment variable (vc8), L'enclenchement manuel ou automatique de la commande d'embrayage (E) et le passage à un rapport supérieur du variateur de couple (vc8) entraîne du fait de l'inertie du variateur de couple une accélération de l'arbre secondaire du variateur (as8) et le ralentissement de l'arbre primaire du variateur de couple (ap8). L'enclenchement d'une liaison donnant à la roue manivelle une vitesse de rotation égale à la vitesse de rotation de la roue fixe (S) entraîne une augmentation du moment d'inertie du ou des deux volants et le ralentissement des arbres qui les portent.

Le ou les volants conservent l'énergie cinétique acquise à la montée en régime du moteur et acquièrent un supplément d'énergie cinétique par les élément liés au volant comme le moteur pour le premier volant (vm8) et éventuellement pour le second volant (vc8) l'énergie cinétique du variateur de couple (vco8). La synchronisation du moteur (mo) et de l'arbre primaire du variateur de couple ne se fait pas par étouffement du moteur et par friction mais par l'augmentation du moment d'inertie du volant avec récupération d'une partie de l'énergie cinétique du moteur. Une synchronisation rapide permet de disposer d'une force supplémentaire après mise en continuité des arbres et remise en route du moteur.

La mise en continuité des arbres (81) et la remise en route du moteur par l'actionnement de la commande d'accélération (A) enclenche l'établissement d'une liaison générant une réduction du moment d'inertie du ou des deux volants (R) proportionnelle à la force exercée sur la commande d'accélération (A), ce qui permet au mécanisme d'opérer au changement de rapport suivant du variateur de couple une nouvelle synchronisation des arbres et de disposer d'un supplément d'énergie cinétique par la réduction du moment d'inertie du ou des deux volants. Lorsque le régime du moteur augmente, le moment d'inertie du ou des deux volants se réduit, l'impact de leur inertie sur l'accélération est réduit à haut régime.

Un ou plusieurs volants à moment variable permettent de réaliser un mécanisme d'embrayage sans friction destiné à un véhicule automobile permettant de synchroniser à chaque augmentation de rapport du variateur de couple du véhicule l'arbre moteur et l'arbre primaire dudit variateur de couple et éventuellement l'arbre secondaire dudit variateur de couple et l'arbre relié à la partie cycle du véhicule ainsi que de disposer d'une force de freinage additionnelle et récupérable. Le dispositif est représenté sur la figure 9.

Il est similaire au dispositif décrit précédemment et comporte un volant à moment variable (vm9) placé sur l'arbre moteur (am9), éventuellement un second volant à moment variable (vc9) placé sur l'arbre secondaire (as9) du variateur de couple (vc9). La roue fixe (rf) du premier volant à moment variable (vm9) est placée sur l'arbre primaire (ap9) du variateur de couple (vco9), la roue fixe de l'éventuel second volant à moment variable (vc9) sur l'arbre menant à la partie cycle du véhicule (ac9). Les arbres sont mis en continuité (91) sous l'effet de l'actionnement de la commande d'accélération (A) ou de la commande de frein (F) et déconnectées sous l'effet de l'actionnement manuel ou automatique de la commande d'embrayage (E).

En plus de la commande de synchronisation (S) sous l'effet de l'actionnement manuel ou automatique de l'embrayage (E) et de la commande de réduction du moment d'inertie (R) du ou des volants sous l'effet de l'actionnement de la commande d'accélération (A), l'actionnement de la commande de frein (F) enclenche une augmentation proportionnelle du moment d'inertie du volant (AM). L'amplitude de variation du moment d'inertie du ou des deux volants est plus importante que précédemment afin d'obtenir une force de freinage significative.

Une reprise après freinage permet la récupération d'une partie de l'énergie cinétique du véhicule par réduction du moment d'inertie du ou des deux volants sous l'effet de l'actionnement de la commande d'accélération du véhicule (A).

Un volant à moment variable et son mécanisme de transmission de l'énergie cinétique permettent de réaliser un dispositif de récupération d'énergie cinétique d'un véhicule au freinage (Fig. 10).

Il comporte un volant à moment variable (v10) disposant de son propre variateur de couple (vv10). Il est placé soit en aval du dispositif de changement de vitesse du véhicule (vc10), soit en amont (non représenté). Le volant est flottant et solidarisé à son axe par l'action nement de la commande de frein et de la commande d'accélération et désolidarisé par l'actionnement manuel ou automatique de la commande d'embrayage. Sa roue fixe (rf) est reliée par le variateur de couple du volant (w10) à l'arbre menant à la partie cycle du véhicule ou à l'arbre moteur.

Le volant peut être placé sur un axe parallèle à l'arbre de transmission ou à l'arbre moteur comme sur les figures 6 et 7, ou sur l'arbre menant à la partie cycle (Fig. 10) ou l'arbre moteur lui même, le volant et la roue fixe sont alors tous deux flottants, le volant est alors solidarisable et désolidarisable à la roue fixe (e3).

Sur la figure 10 le volant est placé en aval du variateur de couple du véhicule. Le véhicule présente un dispositif de contrôle (X) informé de la vitesse de rotation et du moment d'inertie du volant (il), de la force exercée sur la commande de frein (i2), de la force exercée sur la commande d'accélération (i3), de la vitesse du véhicule (i4), de la vitesse de rotation du moteur et éventuellement de l'enclenchement d'un passage de rapport de la boîte de vitesse du véhicule (i5).

Le dispositif de contrôle (X) détermine au freinage; - la solidarisation du volant et de la roue fixe (e3), - une augmentation du moment d'inertie du volant (e1 ; F) à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande de frein (i2; F), - le passage à un rapport plus faible du variateur de couple du volant (e2) quand le moment d'inertie dudit volant a atteint sa valeur maximale (il) suivie d'une synchronisation du volant et de la roue fixe (e1; S) et d'une nouvelle augmentation du moment d'inertie du volant (e1 ; F), - lorsque le variateur de couple du volant a atteint son rapport minimal et que le volant a atteint son moment maximal (il) ou si le véhicule est proche de l'arrêt (i4), une désolidarisation de la roue fixe et du volant (e3) ainsi qu'une désolidarisation de la liaison entre la roue fixe et la roue manivelle (e1), le volant est flottant sur son axe et conserve l'énergie cinétique acquise, - le complément de force apporté par le frein mécanique du véhicule,

Le dispositif de contrôle (X) détermine à l'accélération; 1) si le freinage ne s'est pas prolongé au delà du rapport le plus faible du variateur de couple et de la valeur maximale du moment d'inertie du volant (il); - une diminution du moment d'inertie du volant (e1; A) à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande d'accélération (i3; A), - le passage à un rapport plus fort du variateur de couple du volant (e2) quand le moment d'inertie dudit volant a atteint sa valeur minimale (il) suivie d'une synchronisation du volant et de la roue fixe (e1; S) et d'une nouvelle réduction du moment d'inertie du volant (e1 ; A), - une déconnection optionnelle de la liaison du volant et de la roue fixe (e3) lorsque le variateur de couple du volant est à son couple maximal et que son moment d'inertie est à sa valeur minimale (il), 2) si le freinage s'est prolongé au delà du rapport le plus faible du variateur de couple et de la valeur maximale du moment d'inertie du volant (fin du freinage assurée par le frein mécanique seul); un blocage du rétablissement de la liaison entre la roue fixe et le volant (e3) et de la liaison entre la roue manivelle et la roue fixe (e1) levé quand la vitesse de rotation de l'arbre relié à la partie cycle (i4) est compatible avec la vitesse de rotation du volant à son rapport le plus faible (il).

Un volant à moment variable placé sur la partie cycle du véhicule devra tourner à une faible vitesse lorsque la vitesse du véhicule sera importante et à grande vitesse en fin de freinage quand la vitesse du véhicule sera faible.

Son variateur de couple devra permettre une amplitude de couple importante.

Sur la figure 10 le variateur de couple du volant est un variateur de couple à disques (vv10), le variateur à disque est représenté en haut et à gauche de la figure.

Il est composé de deux disques, un disque cycle (de) lié à l'arbre menant à la partie cycle du véhicule et un disque volant (dv) flottant et portant la roue fixe (rf) du volant. Les deux disques sont reliés par deux axes fixes (a1 et a2), les deux axes sont engrenés l'un à l'autre par deux pignons droits (pdr) solidaires de leur axe (a1 et a2) dans le sens de la rotation. Les deux axes (a1 et a2) portent des pignons coniques (pc) engrenés à des couronnes dentées (cd) portées par les disques (de et dv).

Une traction ou une poussée sur chacun des axes (a1 et a2) permet de solidariser aux deux axes soit le pignon conique engrené à la couronne dentée de petit diamètre, soit le pignon conique engrené à la couronne dentée de grand diamètre portées par les deux disques (de et dv) par la mise en contact de deux surfaces de contact (sf), l'une est portée par Taxe d'un pignon conique (pc), l'autre par l'axe qui le porte (a1 ou a2). Les surfaces de contact peuvent être des reliefs complémentaires et déterminer des liaisons en "tout ou rien" ou des anneaux de friction établissant une liaison proportionnelle à la traction ou à la poussée exercée sur les deux axes (a1 et a2).

Sur la figure 10 les deux disques (de et dv) portent chacun une couronne dentée de grand diamètre et une couronne dentée de petit diamètre (cd), les couronnes dentée portées par l'un des disques sont d'un diamètre intermédiaire au diamètre des couronnes dentées portées par l'autre disque, le variateur permet de développer quatre rapports.

Les couples générés sont représentés sur la figure 11.

Des disques en forme de cône inversé reliés par des axes portant des pignons coniques de taille décroissante de l'axe des disques vers leur périphérie permettent un effet d'amplification de la variation de couple déterminée par la différence de diamètre des couronnes par la variation déterminée par la différence de diamètre des pignons.

Le diamètre des pignons et des couronnes peut être déterminé en fixant les valeurs des quatre rapports V1 à V4 et en développant les quatre formules suivantes. V1 : C02=C01 *dcb/dpb GJ3=to2*dpc/ded Ca)3=0J1 *dcb/dpb*dpc/dcd U>3=CJ1 *dcb/dcd*dpc/dpb (dcb/dcd«1, dpc/dpb«1) V2: C03=OJ1 *dcc/dcd*dpc/dpa (dcc/dcd<1, dpc/dpa<1) V3: C03=gj1 *dcb/dca*dpd/dpb (dcb/dca>1, dpd/dpb>1) V4: C03=C01 *dcc/dca*dpd/dpa (dcc/dca»1, dpd/dpa»1) L'amplitude de variation du moment d'inertie du volant doit être inversement proportionnelle au nombre de rapports du variateur de couple afin de permettre à chaque changement de rapport du variateur la synchronisation du volant et du disque volant (dv) car moins il y aura de rapports, plus la variation de vitesse de rotation du disque volant (dv) aux changements de rapport devra être importante.

Un volant à moment variable placé sur l'arbre menant à la partie cycle du véhicule peut assurer une puissance motrice constante au véhicule à l'accélération (Fig. 12B) par une décharge du volant selon un programme préétabli apportant sur toute la séquence d'accélération une puissance motrice complémentaire (PV) à la puissance motrice du moteur du véhicule (PM). La vitesse de réduction du moment d'inertie du volant est maximale aux changements de rapport du véhicule et minimale quand le moteur dispose de sa puissance maximale. La puissance motrice totale est constante (Fig. 11 B) et permet une accélération régulière contrairement à la figure 12B). Le programme informé du régime du moteur (Fig. 10; i5) et du moment d'inertie du volant (il) place les changements de rapport du variateur de couple du volant et la synchronisation du volant (S) quand la puissance du moteur est maximale.

Si le volant est placé en amont du variateur de couple du véhicule (le dispositif n'est pas représenté) l'amplitude des couples développés par le variateur de couple du volant pourra être inférieure car l'amplitude des vitesses de rotation de l'arbre moteur sera inférieure à l'amplitude des vitesses de rotation de l'arbre relié à la partie cycle.

La force motrice du volant sera engagée quand les arbres seront en continuité et s'arrêtera aux changements de rapport du variateur de couple du véhicule. La synchronisation de l'arbre moteur sera enclenchée à la fois aux changements de rapport du variateur de couple du véhicule et aux changements de rapport du variateur de couple du volant.

Un volant à moment variable permet de réaliser un véhicule fonctionnant sur le mode "stop and start" ou le moteur s'arrête dès que l'on actionne la commande de frein et ne redémarre que lorsque le volant aura restitué l'énergie cinétique accumulée au freinage, le redémarrage est assuré par l'énergie cinétique accumulée par le volant au freinage. Le dispositif est représenté sur la figure 13. Le volant utilise le variateur de couple du véhicule et n'a pas de variateur de couple propre.

Le volant (v13) est flottant et porté par l'arbre primaire (ap13) du dispositif de changement de vitesse du véhicule (vc13) ou par un axe parallèle comme sur les figures 6 et 7. Ledit volant peut être solidarisé et désolidarisé de son axe par un embrayage (ev13). L'axe portant le volant porte la roue fixe (rf) du volant, l'arbre moteur et l'arbre primaire du dispositif de changement de vitesse du véhicule sont solidarisables par un second embrayage (em13).

Le véhicule possède un dispositif de contrôle (X) informé du moment d'inertie du volant (il), de la force exercée sur la commande d'accélération (i2), de la force exercée sur la commande de frein (i3), de la vitesse du véhicule (i4), de la vitesse de rotation du moteur (i5) et de la vitesse de rotation du volant (i6). Le dispositif de contrôle (X) déclenche; a) sous l'effet de l'actionnement de la commande de frein (i3); - un arrêt de l'alimentation en carburant (e1), - une déconnection de la liaison entre l'arbre moteur et l'arbre primaire du dispositif de changement de vitesse du véhicule (e2), - une solidarisation du volant à son axe (e4), - une augmentation du moment d'inertie du volant (e3F) à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande de frein (i3), - lorsque le volant a atteint son moment maximal (il) le passage à un rapport inférieur (e5) accompagné d'une synchronisation du volant à son axe (e3; S) suivi d'une nouvelle augmentation du moment d'inertie du volant (e3; F), - lorsque le véhicule a atteint son rapport le plus faible et que le volant à atteint son moment d'inertie maximal (il) ou si le véhicule est proche de l'arrêt (i4), une déconnexion du volant de son axe (e4) et une déconnection de la liaison entre la roue fixe et la roue manivelle (e3), - le complément de force de freinage apporté par le frein mécanique du véhicule b) sous l'effet de l'actionnement de la commande d'accélération (i2); 1) si la vitesse de rotation du volant est compatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur (i6); - le rétablissement de l'alimentation en carburant du moteur (e1), - le rétablissement de la liaison entre l'arbre moteur et l'arbre primaire du variateur de couple (e2), - une réduction du moment d'inertie du volant à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande d'accélération (e3; A), - lorsque la vitesse de rotation du moteur a atteint sa valeur maximale (i5), le passage à un rapport supérieur (e5) accompagné d'une synchronisation du volant à son axe (e3; S) suivi d'une nouvelle réduction du moment d'inertie du volant (e3; A), 2) si la vitesse de rotation du volant est supérieure aux vitesses de rotations usuelles du moteur (i6); - un égrenage des vitesses du dernier rapport utilisé aux rapports supérieurs par la séquence; réduction du moment d'inertie du volant (e3; A) proportionnel à la force exercée sur la commande d'accélération (i2), passage à un rapport supérieur (e5) accompagné d'une synchronisation du volant à son axe (e3; S) suivi d'une nouvelle réduction du moment d'inertie du volant (e3; A), - lorsque la vitesse de rotation du volant devient compatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur (i6), la reprise de l'alimentation en carburant (e1) et la reconnection de l'arbre moteur et de l'arbre primaire du dispositif de changement de vitesse du véhicule (e2), - si le freinage s'est poursuivi jusqu'à l'arrêt du véhicule (i4), l'enclenchement du rapport le plus faible (e5) et un enclenchement progressif par friction de la liaison entre le volant et son axe (e4) avec éventuellement l'apport d'un complément de force optionnel par un moteur électrique d'appoint (solution microhybride).

Le moteur électrique d'appoint peut être placé sur l'arbre primaire du variateur de couple (mea1) ou en aval du variateur de couple (mea2), il pourra alors apporter une force motrice d'appoint à la fois au redémarrage du véhicule et lors des changements de rapport du variateur de couple quand la vitesse du véhicule est faible.

Sur la figure 13 le variateur de couple du véhicule est un variateur de couple à trois disques. Le premier disque ou disque moteur (dm) est lié à l'arbre primaire (ap13) et porte la roue fixe du volant (rf), un second disque intermédiaire (di13) est flottant, un troisième disque (dc13) est lié à l'arbre menant à la partie cycle du véhicule.

Deux axes portant des pignons de taille décroissante de l'axe des disques vers leur périphérie sont placés entre le disque moteur (dm13) et le disque intermédiaire (di13), ils déterminent quatre couples, les variations de couple générée par la différence de diamètre des couronnes portées par les disques est amplifiée par la différence de diamètre des pignons portés par les axes comme montré sur la figure 11.

Deux axes portant des pignons de taille croissante de l'axe des disques vers leur périphérie sont placés entre le disque intermédiaire (di13) et le disque cycle (dc13), ils déterminent quatre couples, les variations de couple générée par la différence de diamètre des couronnes portées par les disques est atténuée par la différence de diamètre des pignons portés par les axes.

La variation de couple déterminée par le variateur de couple (vc13) est égale à la variation de couple déterminée par la liaison entre le disque moteur (dm13) et le disque intermédiaire (di13) multiplié par le couple déterminé par la liaison entre le disque intermédiaire (di13) et le disque cycle (dc13).

Le variateur (vc13) détermine seize couples se décomposant en quatre vitesses principales déterminées par la liaison entre le disque moteur (dm) et le disque intermédiaire (di13), chaque vitesse principale possède deux niveau d'atténuation et deux niveaux d'amplification déterminés par la liaison entre le disque intermédiaire (di13) et le disque cycle (dc13).

Les couples peuvent être déterminés par le diamètre des couronnes et des pignons en développant les formules de la figure 11 (les deux axes sont simplement confondus) à la fois pour les quatre vitesses principales et pour les deux niveaux d'atténuation et les deux niveaux d'amplification.

Les premiers couples permettent de récupérer l'énergie cinétique du véhicule jusqu'au quasi arrêt du véhicule au freinage et à remettre le véhicule en mouvement au redémarrage grâce à une succession de couples très faibles.

Les derniers couples ont l'étagement d'une boîte de vitesse classique et permettent un fonctionnement optimal quand le véhicule est actionné par son moteur.

En pratique lorsque le véhicule est mis en route son accélération est assurée par le moteur du véhicule en utilisant les derniers rapports du variateur de couple.

Lorsque le conducteur actionne la commande de frein le dispositif de contrôle détermine une déconnexion de l'arbre moteur et de l'arbre primaire du variateur de couple et un arrêt de l'alimentation en carburant du moteur, une augmentation du moment d'inertie du volant à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande de frein et lorsque le moment d'inertie du volant a atteint sa valeur maximale un égrenage des vitesses par la séquence rétrogradage, synchronisation s'accompagnant d'une réduction du moment du volant et nouvelle augmentation du moment d'inertie du volant.

Il détermine le complément de force de freinage apporté par le frein mécanique du véhicule.

Si le freinage est prolongé, la vitesse de rotation du volant sera incompatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur, la reprise se fera en utilisant l'énergie cinétique du volant par la séquence réduction du moment d'inertie à une vitesse proportionnelle à la force exercée sur la commande d'accélération et lorsque le volant aura atteint son moment minimal un égrenage des vitesses par la séquence augmentation de rapport, synchronisation s’accompagnant d’une augmentation du moment d'inertie du volant et nouvelle réduction du moment d'inertie du volant.

Lorsque la vitesse de rotation du volant sera compatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur; une reprise de l'alimentation en carburant et une reconnexion de l'arbre moteur et de l'arbre primaire du variateur de couple, l'accélération du véhicule est assurée à nouveau par son moteur.

Si le freinage du véhicule se prolonge jusqu'à l'arrêt du véhicule, l'égrenage des vitesses se poursuit jusqu'au premier rapport et un moment d'inertie maximal du volant. Le redémarrage est assuré par la mise en friction de l'embrayage entre le volant et l'arbre primaire du variateur de couple (ev13) au plus faible rapport du variateur de couple, un complément de force motrice peut être apporté par un moteur électrique d'appoint (solution microhybride) puis un égrenage des vitesses à partir des rapports les plus faibles par la séquence décrite précédemment. Le dispositif de contrôle du véhicule rétablira l'alimentation en carburant du moteur et reconnectera le moteur quand la vitesse de rotation du volant sera à nouveau compatible avec les vitesses de rotation usuelles du moteur.

Le véhicule fonctionne sur un mode "stop and start" avec coupure de l'alimentation en carburant dès que le conducteur actionne la commande de frein et freinage assuré en partie par l'augmentation du moment d'inertie du volant en passant par des couples décroissants. Le redémarrage est assuré par l'énergie cinétique accumulée par le volant au freinage par la diminution du moment d'inertie du volant en passant par des couples croissants, le transfert d'énergie cinétique entre le volant et le véhicule s'effectue sans friction par la modification du moment d'inertie du volant comme montré sur la figure 2.

Un ou plusieurs volants à moment variables et leur mécanisme de transmission de l'énergie cinétique permettent de réaliser le dispositif de conversion et de stockage de l'énergie électrique sous forme d'énergie cinétique représenté sur la figure 14. Il comporte une ou plusieurs unités composées d'un ou plusieurs volants à moment constant (vmc14) reliés à un ou plusieurs axes primaires (ap14) par un ou plusieurs variateurs de couple primaires (vcp14), chaque axe primaire est engrené à un ou plusieurs axes secondaires (as14) portant un volant à moment variable (vmv14) relié par un variateur de couple secondaire (vcs14) à une unité électrique (ue14) pouvant fonctionner soit sur le mode moteur, soit sur le mode générateur.

Un dispositif de contrôle (X) est informé de la vitesse de rotation du ou des volants à moment constant (il), de la vitesse de rotation (i2) et du moment d'inertie (i3) du ou des volants à moment variable composant l'unité.

Le dispositif de contrôle détermine si la production électrique est supérieure à sa consommation; a) la charge d'un ou plusieurs volants à moment variable par les étapes suivantes; - la conversion d'une ou plusieurs unités électrique en moteurs (e1), - l'établissement par le variateur de couple secondaire (vcs14) d'un couple entre l'unité électrique (ue14) et l'axe secondaire (as14) permettant une vitesse de rotation optimale du moteur (e2), - la connexion de l'axe secondaire à l'unité électrique (e3), - la synchronisation du volant à l'axe secondaire (e4; S) suivie d'une solidarisation du volant à l'axe secondaire (e5), - une augmentation du moment d'inertie du volant (e4; C) opposant au moteur une contre-force proportionnelle assurant la conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique à une vitesse de rotation du moteur électrique optimale, - lorsque le moment d'inertie du volant a atteint sa valeur maximale (i3), le passage à un rapport supérieur du variateur de couple secondaire (e2), une déconnection (e3) et une synchronisation du volant à l'axe secondaire (e4; S) suivis d'une reconnection (e3) et d'une nouvelle augmentation du moment d'inertie du volant (e4; C), - lorsque le variateur de couple secondaire a atteint son couple maximal et que le volant a atteint son moment maximal (i3), la déconnexion de la liaison entre l'axe secondaire et l'unité électrique (e3) et la connexion de l'axe secondaire à l'axe primaire (e6) suivi de; b) la décharge de l'énergie cinétique du volant à moment variable (vmv14) dans un volant à moment constant (vmc14) par les étapes suivantes; - l'établissement d'un couple (e7) sur le variateur de couple primaire (vcp14) permettant la synchronisation du volant à moment constant (vmc14) et du volant à moment variable (vmv14), - la synchronisation du volant à moment variable et de l'axe secondaire (e4; S) suivi de la solidarisation dudit volant à l'axe secondaire (e5), - la réduction du moment d'inertie du volant à moment variable (e4; D), - lorsque le moment d'inertie du volant à moment variable a atteint sa valeur minimale (i3), le passage à un couple supérieur du variateur de couple primaire (e7) suivi d'une synchronisation du volant à l'axe secondaire (e4, S) et une nouvelle diminution du moment d'inertie dudit volant (e4; D), - lorsque le variateur de couple primaire a atteint son couple maximal et que le volant a atteint son moment minimal (i3), un nouveau cycle de charge du volant à moment variable par l'unité électrique, B) si la consommation électrique est supérieure à sa production; a) la décharge du ou des volants à moment variable en cours de charge s'opérant sur chaque unités concernées par les étapes suivantes; - la conversion de l'unité électrique en générateur (e1), - une réduction du moment d'inertie du volant (e4; D) à une vitesse permettant d'apporter au générateur une force proportionnelle et optimale, - lorsque le volant à atteint son moment minimal (i3), l'établissement d'un couple supérieur par le variateur de couple secondaire (e2) suivi de la synchronisation (e4; S) et de la connexion du volant à son axe (e5) et d'une nouvelle diminution contrôlée du moment d'inertie du volant (e4; D), - lorsque le variateur de couple a atteint son couple maximal et le volant son moment minimal (i3), une déconnexion de l'axe secondaire et de l'unité électrique (e3) et; b) la recharge du volant à moment variable par le volant à moment constant par les étapes suivantes; - la connexion de l'axe secondaire à l'axe primaire (e6), - l'établissement d'un couple sur le variateur de couple primaire permettant la synchronisation du volant à moment constant et du volant à moment variable (e7), - la synchronisation du volant et de Taxe secondaire (e4: S) suivi de la solidarisation du volant à moment variable à l'axe secondaire (e5), - l’augmentation du moment d'inertie du volant à moment variable (e4; C), - lorsque le moment d'inertie du volant a atteint sa valeur maximale (i3), le passage à un couple supérieur sur te variateur de couple primaire (e7) suivi de la synchronisation (e4; S), de la reconnexion du volant à l'axe secondaire (e5) et d’une nouvelle augmentation du moment d'inertie du volant (e4; C), - lorsque le variateur de couple primaire a atteint son couple maximal et que 1e volant a atteint son moment maximal (i3), la déconnexion de l'axe secondaire et de Taxe primaire (e6), - la connexion de l'axe secondaire à l'unité électrique (e3) et l'établissement d'un couple par le variateur de couple secondaire (e2) permettant de donner au générateur la vitesse optimale, - un nouveau cycle de décharge du volant à moment variable avec conversion de l'énergie cinétique en énergie électrique.

Le principe de conservation de l’énergie cinétique est respecté lors des transferts entre un volant à moment constant et un volant à moment variable. Les formules sont proches des formules liant la vitesse de rotation de la patineuse et la vitesse de translation du véhicule qui la porte développées en première partie.

La vitesse de rotation du volant à moment constant (GOc) et du volant à moment variable (COv) sont liées par la formule:

où (c) est le couple de transmission entre les deux volants.

Lors du passage du volant à moment variable d'un moment initial (iv1) à un moment final (iv2) la somme des énergies cinétiques du volant à moment variable et du volant à moment constant reste inchangée, (ic est te moment du volant à moment constant):

le développement de la formule donne:

Les variations de couple entre chaque rapport (c1 et c2) du variateur de couple primaire (vcp14) répondent à la formule développée en première partie:

La réduction ou l'augmentation du moment d'inertie d'un votant à moment variable permettent un transfert rapide et sans friction de son énergie cinétique à un objet auquel il est lié et inversement, une dernière application est l'accélérateur ou le décélérateur à inertie.

Dans cette application un volant d'inertie présente l’avantage de pouvoir emmagasiner une quantité importante d'énergie cinétique à partir d'une faible source d'énergie (un moteur électrique par exemple) et de pouvoir la relarguer sur un temps court.

Une accélération ou une décélération sur un temps court ne permet pas le passage par plusieurs couples de transmission. Le catapultage d'un avion sur un porte aéronef doit se faire en quelques secondes sur une longueur limitée du pont. De même si on veut récupérer réneigie cinétique d’un avion à l'atterrissage, la décélération doit elle aussi se dérouler en quelques secondes sur une longueur limitée du pont.

Le volant à moment variable assure l'enroulement du câble de traction d'une catapulte ou le déroulement d'un câble d'arrêt sur une poulie de forme conique reliée au ou aux volants à moment variable. Un ou plusieurs volants à moment variable et la forme de la poulie assurent une double accélération ou une double décélération à la fois par la diminution ou par l’augmentation du moment d'inertie du ou des volants et par l'enroulement du câble de traction sur la poulie conique d'un faible diamètre à un fort diamètre pour l'accélération et inversement te déroulement d’un câble d’arrêt d'un fort diamètre à un faible diamètre pour la décélération.

Comme sur l’exemple de la figure 2, en absence d’apport extérieur d'énergie, la somme de l'énergie cinétique de rotation du volant (1/2 * i "GO2) et de l'énergie cinétique de translation de l'objet (1/2 * m * v2) est constante.

La vitesse de rotation du volant et la vitesse de translation de l'objet sont liées. La vitesse de translation de l'objet répond à la formule v = GO* c * TT * d, où GO est la vitesse angulaire du volant, c te couple de transmission entre te volant et la poulie et d le diamètre de la poulie.

Si la poulie est liée à l'axe du volant c = 1, d est variable au cours de l'accélération ou de la décélération d’une valeur d1 à une valeur d2 supérieure pour l'accélérateur, inférieure pour le décélérateur.

La figure 15 présente une installation destinée à un porte aéronef. Il comporte une centrale à inertie qui peut être placée à distance du pont d'envoi au dessous de la ligne de flottaison. L'accélérateur (A) comporte un ou plusieurs volants à moment variable (va 15) reliés à une poulie de forme conique (pa15) et un mécanisme permettant sur le temps du catapultage de synchroniser la réduction du moment d'inertie du ou des volants et l'enroulement du câble de traction sur des diamètres croissant de la poulie conique (mal 5).

Le câble de traction (ca15) a une longueur permettant son enroulement sur la durée du catapultage, l'objet à accélérer peut être lié directement à l'extrémité du câble de traction ou à l'extrémité d'un second câble lié au premier avec un effet amplificateur ou démultiplicateur apporté par un système de poulies.

Le guide d'enroulement du câble de traction est entraîné par un filetage (vsf) portée par un axe se terminant par un pignon engrené à la poulie ou à son axe, il se déplace d'une extrémité à l'autre de la poulie conique sur le temps de l'accélération.

Le guide d'enroulement comporte une rainure verticale (rv) mobile traversée par le câble de traction (ca15) et bordée de galets de roulement. Le câble est placé perpendiculairement à la poulie en se plaçant à l'intersection de la rainure verticale mobile (rv) et d'une rainure oblique fixe elle aussi bordée de galets de roulement. L'accélérateur et le décélérateur sont engrenés par leur variateur de couple (vca15 et vcd15) à un volant à moment constant (vc15). Le volant à moment constant (vc15) peut être mis en mouvement par un moteur externe, un moteur électrique dans l'exemple (ue15). Le volant à moment constant (vc15) constitue l'élément de stockage de l'énergie cinétique permettant de recharger le volant à moment variable (va15) pour plusieurs catapultages, le variateur de couple de l'accélérateur (vca15) permet de charger le volant à moment variable (va15) jusqu'à des vitesses de rotation importantes avec un moment d'inertie important. L'axe du volant à moment variable (av15) peut être désolidarisé et solidarisé (sva15) à l'arbre primaire du variateur de couple pour permettre la synchronisation et le transfert de l'énergie cinétique sans friction du volant à moment constant (vc15) au volant à moment variable (va15). Après la charge du volant à moment variable (va15) son axe est déconnecté de l'arbre primaire du variateur de couple (sva15).

Lors d'un catapultage, le câble est mis sous tension en solidarisant progressivement la poulie à l'axe du volant à moment variable (spa15), un ou plusieurs ressorts sur le câble de traction permettent d'amortir la mise en mouvement de l'objet relié au câble de traction.

Le mécanisme de réduction du moment d'inertie est enclenche (da15), la rotation de la poulie (pa15) est synchronisée à l'enroulement contrôlé du câble par le mécanisme du guide (mal 5) sur des diamètres croissants de la poulie (pa15).

Après l'accélération de l'objet, la poulie (pa15) et le guide sont désolidarisés (spa15) de l'axe du volant à moment variable (av15).

Une traction au niveau de l'extrémité du câble de traction (ca15) permet de dérouler le câble et de remettre le guide dans sa position initiale, le volant à moment variable (va15) peut être à nouveau chargé à partir du volant à moment constant (vc15) pour un nouveau catapultage.

Pour le décélérateur le mécanisme est inversé (B). Le câble d'arrêt (cb15) est enroulé sur la poulie de décélération (pb15) d'un diamètre faible à un diamètre fort de la poulie (pb15) le mécanisme d'augmentation du moment d'inertie (db15) du volant de décélération (vb15) s'enclenche par la mise sous tension du câble d'arrêt. Lors de l'atterrissage d'un avion le câble se déroule d'un diamètre fort à un diamètre faible de la poulie de décélération (pb15), simultanément le volant de décélération (vc15) passe d'un moment faible à un moment fort. Après l'atterrissage l'énergie cinétique du volant de décélération (vb15) est transférée au volant à moment constant (vc15), un frein mécanique permet ensuite d'arrêter complètement le volant. L'énergie cinétique accumulée à l'atterrissage d'un avion dans le volant à moment constant (vc15) est utilisée pour le catapultage d'un autre avion. Si la vitesse du volant à moment constant (vca) devient excessive à la suite d’un nombre important d'atterrissages, elle peut être diminuée en convertissant l'unité électrique (ue15) en générateur pour alimenter les installation électriques du porte aéronef ou en ralentissant par un frein mécanique le volant à moment constant (vc15). Après un atterrissage le câble d'arrêt (cb15) est à nouveau enroulé autour de la poulie de décélération (pb15) par la rotation de la poulie. Le mécanisme du guide (mb15) permet l'enroulement d'un diamètre faible à un diamètre fort de la poulie (pb15). L'usage d'un accélérateur et d'un décélérateur n'est pas limité à un porte aéronef. Il pourrait être employé dans d'autre applications comme des attractions foraines par exemple pour procurer à un objet une forte accélération ou une forte décélération en récupérant l'énergie cinétique de l'objet à la décélération pour l'utiliser à l'accélération du même objet ou d’un autre objet.

Le volant à moment variable et son mécanisme de transmission sans friction de l'énergie cinétique permet de nombreuses applications.

Il permet de réaliser le synchroniseur d'axes d'un embrayage sans friction, l'augmentation du moment d'inertie du volant d'un synchroniseur d'axes permet de récupérer l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage.

Il permet de réaliser un mécanisme de récupération de l'énergie cinétique d'un véhicule au freinage placé sur la partie cycle et apportant un complément à la force motrice du moteur au redémarrage avec une puissance potentielle importante du fait que le complément de force motrice s'exerce directement sur l'arbre de transmission. Il permet de réaliser un véhicule fonctionnant sur le mode "stop and start" où l'alimentation en carburant s'arrête dès que le conducteur actionne la commande de frein et ne reprend que lorsque le volant a restitué l'énergie cinétique accumulée au freinage.

Il permet de réaliser une unité de mise en réserve d'un excédent de production d'électricité sous forme d'énergie cinétique régulant les unités électrique à la fois lorsqu'elles fonctionnent sur le mode moteur et convertissent un excédent de production d'électricité en énergie cinétique et lorsqu'elles fonctionnent sur le mode générateur en reconvertissant l'énergie cinétique accumulée en électricité.

Il permet de réaliser un accélérateur à inertie et un décélérateur pouvant avoir de nombreuses applications.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS 1) Dispositif de lissage d'un réseau électrique par volants à moment variable caractérisé en ce qu'il comporte; - une ou plusieurs unités composées d'un ou plusieurs volants d'inertie à moments variable reliés à un ou plusieurs volants d'inertie à moment constant, le ou lesdits volants à moment variable sont reliés à une ou plusieurs unités électriques pouvant fonctionner, soit en mode moteur électrique, soit en mode générateur, - un dispositif de contrôle qui détermine; - quand la production d'électricité est excédentaire; - la conversion d'une ou plusieurs unités électrique en moteurs électriques et leur connexion aux volants à moment variable, - la conversion de l'excédent de production d'électricité en énergie cinétique par l'augmentation contrôlée du moment d'inertie du ou desdits volants à moment variable, - la décharge de ces mêmes volants à moment variable dans le ou les volants à moment constant par diminution de leur moment d'inertie, - quand la production d'électricité est déficitaire; - la conversion d'une ou plusieurs unités électriques en générateurs, - la conversion de l'énergie cinétique du ou des volants à moment variable en énergie électrique par diminution contrôlée de leur moment d'inertie, - la recharge de ces mêmes volants à moment variable par le ou les volants à moment constant par augmentation de leur moment d'inertie.
2. 2) dispositif de lissage d'un réseau électrique électrique par volants à moment variable selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans le mode de réalisation proposé, chaque volant à moment constant est relié par un variateur de couple primaire à un ou plusieurs axes primaires, chaque axe primaires est relié à un ou plusieurs axes secondaires portant un ou plusieurs volants à moment variable, chaque axe secondaire est relié par un variateur de couple secondaire à une unité électrique, chaque axe secondaire peut être relié, soit à un axe primaire, soit à une unité électrique, le mode de fonctionnement des unités électriques, la connexion des axes, les couples déterminés par les variateurs de couple, la solidarisation ou la désolidarisation des volants à moment variable à leur axe ainsi que les vitesses d'augmentation ou de diminution de leur moment d'inertie sont déterminés par un dispositif de contrôle.
3. 3) dispositif de lissage d'un réseau électrique électrique par volants à moment variable selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif de contrôle est informé de la vitesse de rotation du ou des volants d'inertie à moment constant, de la vitesse de rotation et du moment d'inertie du ou des volants à moment variable, il détermine; - quand la production électrique est excédentaire; - la conversion d'une ou de plusieurs unités électriques en moteurs électriques, - la charge des volants à moment variable par la séquence suivante; - rétablissement d'un couple par le variateur de couple secondaire permettant une vitesse de rotation optimale du moteur, - la connexion du moteur électrique à l'axe secondaire, - la synchronisation du volant à moment variable à l'axe secondaire qui le porte par modification de son moment d'inertie suivie de sa solidarisation à l'axe et de sa charge jusqu'à son moment d'inertie maximal au rapport le plus élevé du variateur de couple secondaire; - la décharge du volant à moment variable dans un volant à moment constant par la séquence suivante; - l'établissement d'un couple par le variateur de couple primaire permettant la synchronisation du volant à moment constant et du volant à moment variable, - la connexion de l'axe primaire et de l'axe secondaire portant le volant à moment variable, - la synchronisation du volant à moment variable à l'axe secondaire qui le porte par modification de son moment d'inertie suivie de sa solidarisation à l'axe et de sa décharge dans le volant à moment constant jusqu'à son moment d'inertie minimal au couple le plus élevé du variateur de couple primaire, - une nouvelle charge du volant à moment variable par le moteur électrique, - quand la production électrique est déficitaire; - la conversion d'une ou plusieurs unités électriques en générateurs, - la décharge des volants à moment variable par les générateurs par la séquence suivante; - l'établissement d'un couple par le variateur de couple secondaire permettant une vitesse de rotation optimale du générateur, - la connexion du générateur à l'axe secondaire, - la synchronisation du volant à moment variable à l'axe secondaire qui le porte par modification de son moment d'inertie suivie de sa solidarisation à l'axe et de sa décharge jusqu'au moment minimal au couple maximal du variateur de couple secondaire, - la recharge des volants à moment variable dans un volant à moment constant par la séquence suivante; - rétablissement d'un couple par le variateur de couple primaire permettant la synchronisation du volant à moment constant et du volant à moment variable, - la solidarisation de l'axe primaire et de l'axe secondaire, - la synchronisation du volant à moment variable à l'axe secondaire qui le porte par modification de son moment d'inertie suivie de sa solidarisation à l'axe et de sa recharge par le volant à moment constant jusqu'à son moment d'inertie maximal au couple maximal du variateur de couple primaire, - la décharge du volant à moment variable par le générateur, - si on passe d'une production électrique excédentaire à une production déficitaire; la conversion d'un ou plusieurs générateurs en moteurs électriques et la décharge des volants à moment variable en cours de charge et inversement si on passe d'une production électrique déficitaire à une production excédentaire.
4. 4) Dispositif de lissage d'un réseau électrique électrique par volants à moment variable selon les revendication 1 à 3 caractérisé en ce que, dans le mode de réalisation proposé; - le volant à moment variable peut être, soit solidarisé, soit désilodarisé de son axe porteur, il est porteur d'une roue manivelle modifiant son moment d'inertie, - ledit axe porteur est porteur d'une roue fixe, - la roue manivelle portée par le volant induit; - lorsque ledit volant est libre de rotation sur son axe porteur, lui même solidaire de la roue fixe et après établissement d'une liaison mécanique entre la roue fixe et la roue manivelle donnant à la roue manivelle la même vitesse de rotation qu'à la roue fixe; - une augmentation du moment d'inertie dudit volant si la vitesse de rotation dudit volant est supérieure à la vitesse de rotation de la ladite roue manivelle, - une diminution du moment d'inertie dudit volant si la vitesse de rotation dudit volant est inférieure à la vitesse de rotation de ladite roue manivelle, - lorsque ledit volant est solidaire de son axe porteur lui même solidaire de ladite roue fixe; - une augmentation du moment d'inertie dudit volant par l'établissement d'une liaison mécanique entre la roue fixe et la roue manivelle donnant à ladite roue manivelle une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de rotation de ladite roue fixe, - une diminution du moment d'inertie dudit volant par l'établissement d'une liaison mécanique entre la roue fixe et la roue manivelle donnant à ladite roue manivelle une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de ladite roue fixe.
5. 5) Dispositif de lissage d'un réseau électrique par volants à moment variable selon les revendication 1 à 4 caractérisé en ce que, dans le mode de réalisation proposé; - la roue fixe est liée à un pignon porté par la première portion d'un ou de plusieurs axe primaires discontinus parallèles à l'axe portant le volant, la roue manivelle est liée à un second pignon porté par la seconde portion du même axe primaire discontinu, - Plusieurs axes secondaires discontinus parallèles à l'axe ou aux axes primaires discontinus portent un premier pignon lié à un pignon porté par la première portion du ou de l'un des axes primaires discontinus et un second pignon lié à un pignon porté par la seconde portion du même axe primaire discontinu, la mise en continuité d'un axe secondaire discontinu permet l'établissement d’une liaisons entre les deux portions du ou de l'un des axes primaires discontinus donnant à la roue manivelle une vitesse de rotation soit égale, soit supérieure, soit inférieure à la vitesse de rotation de la roue fixe.
6. 6) Dispositif de lissage d'un réseau électrique par volants à moment variable selon les revendication 1 à 5 caractérisé en ce que, dans le mode de réalisation proposé; l'axe secondaire discontinu se compose; - d'une première portion d'axe cylindrique portant à une extrémité un pignon lié à un pignon porté par la seconde portion d'un axe primaire discontinu et à l'autre extrémité un relief longitudinal, - d'une seconde portion d'axe creuse portée par la partie cylindrique de la première portion dudit axe et portant à une extrémité un pignon lié à un pignon porté par la première portion d'un axe primaire discontinu et à l'autre extrémité une surface de contact, - d'un capuchon dans lequel s'emboîte le relief longitudinal porté par l'extrémité de la première portion de l'axe, ledit capuchon est solidaire de la première portion de l'axe dans le sens de la rotation, l'extrémité dudit capuchon présente une surface de contact opposée à la surface de contact portée par la seconde portion de l'axe secondaire discontinu, les deux surfaces de contact sont éloignées l'une de l'autre par un ressort placé entre le fond du capuchon et le relief porté par la première portion de l'axe secondaire discontinu, le rapprochement des deux surfaces de contact met en continuité un axe secondaire discontinu, les deux surfaces de contact portées par la seconde portion de l'axe secondaire discontinu et par le capuchon sont soit deux reliefs complémentaires établissant une liaison en "tout ou rien", soit deux anneaux de friction établissant une liaison proportionnelle à la force exercée pour rapprocher les deux surfaces de contact.
7. 7) Dispositif de lissage d'un réseau électrique électrique par volants à moment variable selon les revendication 1 à 6 caractérisé en ce que, dans les trois modes de réalisation proposés, l'axe du volant porte des masses dont la distance à l'axe est modifiée par le différentiel de vitesse de rotation entre l'axe du volant et la roue manivelle (Fig. 3 à 5), les masses sont; soit des masses articulées (Fig. 3 et 4), soit des masses mobiles portées par des axes secondaires filetés (Fig. 5).
8. 8) Dispositif de lissage d'un réseau électrique par volants à moment variable à masses articulées selon les revendication 1 à 7 caractérisé en ce que, dans les deux mode de réalisation proposés, le volant présente des masses articulées solidaires de l'axe du volant dans le sens de la rotation et reliées à la fois à l'axe du volant et à un anneau tubulaire mobile solidaire du volant dans le sens de la rotation, le déplacement de l'anneau tubulaire mobile est provoqué par le différentiel de vitesse de rotation entre l'axe du volant et la roue manivelle, le déplacement de l'anneau tubulaire mobile provoque par le jeu des articulations soit un éloignement, soit un rapprochement des masses de l'axe du volant, dans le premier mode de réalisation proposé, l'anneau mobile est déplacé directement par la roue manivelle, la roue manivelle est liée à un filetage de l'axe du volant par un taraudage complémentaire (Fig. 3), dans le second mode de réalisation proposé la roue manivelle est solidaire d'un premier anneau fileté libre de rotation, le premier anneau fileté est lié à un second anneau par un taraudage complémentaire, le second anneau est solidaire du volant dans le sens de la rotation, il est lié aux masses articulées (Fig. 4).
9. 9) Dispositif de lissage d'un réseau électrique par volants à moment variable à masses mobiles selon les revendication 1 à 7 caractérisé en ce que, dans le mode de réalisation proposé (Fig. 5); - L'axe du volant porte un anneau tubulaire libre de rotation portant à une de ses extrémités la roue manivelle et à l'autre extrémité une couronne dentée, - l'axe du volant porte des axes secondaires filetés portant des masses mobiles par un taraudage complémentaire, l'extrémité desdits axes secondaires filetés porte un pignon conique au contact de la couronne dentée portée par l'anneau tubulaire, - des guides fixes liés à l'axe du volant guident les masses mobiles lors de leur déplacement, - une vitesse de rotation différente entre la roue manivelle et l'axe du volant provoque la rotation des axes secondaires filetés et le déplacement des masses mobiles.