WO2020120845A1 - Convertisseur d'énergie à impulsions - Google Patents

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WO2020120845A1
WO2020120845A1 PCT/FR2018/053164 FR2018053164W WO2020120845A1 WO 2020120845 A1 WO2020120845 A1 WO 2020120845A1 FR 2018053164 W FR2018053164 W FR 2018053164W WO 2020120845 A1 WO2020120845 A1 WO 2020120845A1
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WO
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flywheel
energy converter
transmission element
rotation
drive means
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Application number
PCT/FR2018/053164
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English (en)
Inventor
Philippe Rousseau
Original Assignee
Orbtek Group
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10Alleged perpetua mobilia
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H33/00Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K53/00Alleged dynamo-electric perpetua mobilia
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/1004Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H7/00Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/02Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to an energy converter which can be used in industrial fields which require a mastery of electromechanical systems with very low energy loss.
  • the invention can also be used in various fields such as supplying household systems, housing, premises of different types.
  • C02 carbon dioxide
  • Li-ion batteries are those capable of providing the best compromise between power density, which promotes performance in terms of acceleration in particular, and energy density, which promotes autonomy.
  • Energy converters are known, in particular systems with electromechanical alternators, which include a storage element allowing an accumulation of energy.
  • An example of a system converting mechanical energy into kinetic energy is known for example on certain ellipticals comprising a rotary system allowing the storage and the restitution of kinetic energy by known systems of mechanical power transmission with pulleys.
  • a spinning top or a mass, whatever its weight, launched in rotation will lose its energy more or less quickly if it is not restarted.
  • the amount of energy stored is proportional to the square of the speed of rotation.
  • a system such as that given in example requires a strong mechanical movement, proportional to the mass of the flywheel, which limits the use of a mass that is too high, in particular for restarting the rotation. Conversely, too low a mass prevents the efficiency of the inertia, creating a lack of fluidity of rotation which can generate a runaway mechanism.
  • the multiplicity of energy conversion solutions also makes it difficult for non-industrial players to access these technologies.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks.
  • the objective of this description is to provide an energy converter usable by the general public as for industry and not presenting at least some of the aforementioned drawbacks of the devices known from the prior art.
  • the energy converter is capable of being inserted between two points of an AC electrical network and comprises a flywheel capable of being rotated and comprising a peripheral body, an element main mechanical transmission capable of cooperating with the flywheel and forming a closed loop having an inner face and an outer face, at least one auxiliary rotary element associated in rotation with the flywheel via the inner face of the main element mechanical transmission, a rotary drive means, an electric generator associated in rotation with the flywheel via an output mechanical transmission element, an input mechanical transmission element configured to cooperate with the drive means rotation to set the flywheel in rotation, a return pinion placed between the flywheel and the at least one auxiliary rotary element, the return pinion t associated in rotation with the flywheel via the outer face of the main transmission element, the flywheel comprising a radial projection capable of periodically coming into contact with said return gear.
  • the invention thus aims to propose an energy converter allowing maintenance by repeated pulses of setting in motion a mass.
  • the energy released by the movement of the mass can thus be kept substantially close to a desired constant value, so that the invention can be easily integrated into an existing electromechanical system, while offering a possibility of adaptation to use. wish.
  • the energy converter can, in nominal operation, periodically store, transmit and use kinetic energy from the idler gear.
  • the rotary drive means is an alternating electric motor with permanent magnets.
  • the flywheel and the auxiliary rotary element are wheels having diameters configured to allow a power transmission ratio by the main transmission element substantially equal to 1, 2.
  • the inner face and the outer face of the transmission element are notched.
  • the drive element is a brushless motor.
  • the flywheel is an inertial wheel pivotally mounted on an axle via a main mechanical bearing which is able to limit the friction between said axle and the flywheel.
  • the main mechanical bearing is a magnetic levitation bearing comprising a superconductive element or an electromagnet.
  • the return pinion comprises an arm and the shoe comes into contact with the return pinion at the level of said arm.
  • the energy converter further comprises a second rotational drive means associated with a second mechanical input transmission element capable of rotating the flywheel.
  • the peripheral body is made of a material having a mass density configured to ballast the flywheel of more than eighty kilograms.
  • Figure 1 is a schematic front view of an energy converter according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic front view of the energy converter of Figure 1, without its drive means and without its generator.
  • Figure 3 is a top view of the energy converter of Figure 1.
  • the energy converter is described in an embodiment such that the different rotary elements all rotate about approximately horizontal axes, therefore substantially parallel to each other, with the wheels and belts extending in approximately vertical planes and substantially coplanar.
  • the terms 'drive element', 'rotary element' and 'transmission element' must be interpreted in a broad sense to qualify one of the elements suitable for carrying out an action intended to make one or more elements rotate simultaneously with respect to their supports, in particular with respect to their axles, whatever the distance position of the different elements.
  • Figure 1 shows an energy converter 1 according to the invention, for example usable in combination with an existing electromechanical system.
  • the energy converter 1 comprises a means for driving in rotation 2, for example an electric motor consuming an alternating current.
  • the drive means 2 is a brushless motor.
  • the drive means 2 is an electric motor with a power of ten kilowatts and driving in rotation a stator at one thousand five hundred revolutions per minute.
  • the drive means 2 may include permanent magnet technology.
  • the energy converter 1 further comprises an electric generator 3, which is for example an electric motor generating an alternating current thanks to a stator and a rotor.
  • the generator 3 is for example dimensioned so as to be able to deliver twenty to thirty kilovolts if it rotates at three thousand revolutions per minute.
  • the energy converter 1 is for example intended to be integrated on an electrical network (not shown) between the drive means 2 and the generator 3. For example, it can be inserted between two points of an alternating current electrical network, ideally but not limited to, on the mains current of a domestic electricity network regardless of the country of use of the present invention.
  • the drive means 2 can be controlled so as to start gradually.
  • the motor 2 comprises an accumulator of electric charges, for example coupled to an electromagnet or alternatively an electromagnetic induction rotation technology, so as to allow mobile use of the present invention.
  • the rotor is mounted on a pinion 4 which may have a crenellated periphery.
  • the drive means 2 consists of a circular part such as a disc, a ring or a cylinder, rotated.
  • a mechanical input transmission element 5 is provided on the drive means 2.
  • This input transmission element 5 is for example a belt.
  • This input belt 5 can for example be a simple toothed belt made of flexible material such as rubber.
  • flexible is meant a material which is made wholly or partially from a plastic material or a polymer, for example based on nylon.
  • the input belt 5 may include polypropylene.
  • flexible is also meant that the belt has the capacity to deform mechanically, elastically, repeatedly, at approximately constant perimeter and without deterioration.
  • the input belt 5 is considered to be sufficiently flexible if it is potentially deformable under a mechanical action subjected by the elements of rotation of the present rotary machine. It should be understood that the belt 5 can resiliently change shape, in particular that it forms a closed loop which can resiliently change shape. It includes for example two faces which can both be notched. It is able to cooperate with the input drive means 2 which sets it in rotation. It can be of poly-V type, that is to say made up of a plurality of grooves having Y shapes, so as to minimize its noise during rotation, which is an important advantage for this type of rotating machine 1.
  • the input belt 5 transmits its rotation to a flywheel 7.
  • the flywheel 7 is a disc or a ring mounted in rotation, for example on an axle 8.
  • the axle 8 can comprise a plain bearing 9 or with bearings so as to limit the friction which is undesired during rotation.
  • a bearing 9 can be magnetic levitation, include a superconductive element or an electromagnet.
  • the rotational movement of the flywheel 7 is generated by belt transmission, which has the advantage of simplicity and allows multiple connection of several input belts on the same shaft of the flywheel 7.
  • the flywheel inertia 7 is rotated by the input belt 5 and drives a mechanical output transmission means 6 linked to the electric generator 3.
  • the motor 2 and the generator 3 are located on either side of the flywheel 7.
  • two drive means can simultaneously rotate the flywheel 7, so as to double the kinetic energy of said flywheel 7 while enabling the drive function to be ensured. rotation even if the input transmission element 5 or the drive means 2 were to fail.
  • This redundancy of the input belt 5 is necessary for example if the latter eventually relaxes and no longer provides contact for the mechanical transmission or if the drive element 2 suffers a fault.
  • the motor 2 may include an electromagnet coupled to a permanent magnet located on the flywheel 7, in place of the input belt 5.
  • the flywheel 7 comprises a peripheral body 10.
  • the peripheral body 10 is a mass placed on the periphery of the flywheel 7.
  • the mass 10 is placed over the entire periphery of the flywheel 7
  • the rotation of the flywheel 7 is completely fluid and regular.
  • mass 10 allows ballasting of more than eighty kilograms.
  • the mass 10 consists of a material having a density making it possible to choose the ballast.
  • the mass 10 also avoids the phenomena of unbalance which can become dangerous at high speeds of rotation.
  • the energy converter 1 comprises a mechanical output transmission element 6 associated with the electric generator 3.
  • This output transmission element 6 is for example a belt.
  • the output belt 6 has the same physical characteristics as the input belt described above.
  • the invention comprises a main mechanical transmission element 1 1, or main belt 1 1, forming a closed loop and having an inner face 1 1 i and an outer face l i e.
  • the main belt l i has a ribbon shape, the two faces 1 1 i, l i e are notched.
  • the main belt 1 1, ideally of the poly-V type, is chosen from the models offered of the high-end type, that is to say whose manufacturing quality ensures uninterrupted use over more than one hundred thousand kilometers of route of the belt 1 1.
  • the invention comprises at least one auxiliary rotary element 12, 13, associated in rotation with the flywheel 7 via the internal face 1 li of the main transmission element 1 1.
  • two auxiliary rotary elements 12, 13 are provided.
  • the two rotary elements 12, 13 are for example toothed wheels 12, 13 mounted on hubs with plain bearings or rolling bearings and positioned between the generator 3 and the flywheel 7.
  • the main belt 1 1 drives both the flywheel 7 and the two auxiliary wheels 12, 13 thanks to its internal face 1 1 i notched.
  • the secondary wheel 12, 13 or the wheels auxiliaries 12, 13 are dimensioned so as to rotate at around one hundred revolutions per minute less than the drive motor or 2. For example, a transmission ratio close to one hundred and twenty percent exists between the wheel of the element of drive 2 and a secondary wheel 12, 13.
  • At least one return pinion 14, ideally a single return pinion 14 constituted by a notched idler wheel is provided between the flywheel 7 and the auxiliary wheels 12, 13.
  • the return pinion 14 has a diameter of one hundred and twenty millimeters.
  • the idler gear 14 is associated in rotation with the flywheel 7 via the outer face of the main belt 1 1.
  • the idler gear 14 therefore rotates in a direction opposite to the direction of rotation of the flywheel 7.
  • the idler gear 14 is for example notched and cooperates directly with the teeth provided on the outer face l i e of the main belt 1 1. Such teeth may for example have a trapezoidal shape.
  • the idler gear 14 allows in particular to induce a tension of the main belt 1 1.
  • the idler gear 14 can be associated with a idler allowing it to operate in freewheeling, that is to say being able to continue to rotate freely despite a momentary interruption of its rotational drive by the main belt 1 1.
  • the flywheel 7 may include a radial projection 15.
  • the radial projection 15 is for example a pad 15 adapted to periodically come into contact with the pinion 14 during the rotation of the flywheel 7 and the pinion 14.
  • the pinion 14 can come into contact with friction with the shoe 15.
  • the shoe 15 can be made of a flexible or elastic material which deforms elastically, in particular collapses, during its contact with the pinion 14.
  • the shoe 15 may be a tooth or be provided with several teeth so as to cooperate with the main belt 11.
  • the pinion 14 is dimensioned so that the shoe 15 comes into contact with its periphery at least once per rotation.
  • the pad 15 can extend around the flywheel 7 so as to allow contact with the pinion 14 out of five to thirty percent at each turn of the flywheel 7.
  • the chosen length of the pad 15 makes it possible to define the frequency of contact between the pad 15 and the pinion 14 and the duration of this contact.
  • the pad 15 can be very thin if the flywheel 7 is close to the pinion 14. For example, if the flywheel 7 is relatively far from the pinion 14, the pad 15 may have an arm extended radially so as to enter in contact with the pinion 14 at arm level, therefore relatively offset relative to the periphery of the flywheel 7. The length of the arm can thus allow the pinion 14, at each pulse on the arm, to provide it by leverage greater speed of rotation than if the projection 15 were short, not very radially extended and close to the flywheel 7.
  • the invention which has just been described, which uses a flywheel 7 which provides storage of energy to be returned to the generator 3 and which is provided with a radial projection 5 which cooperates with a return pinion 14, itself driven by a belt 1 1 linked to the flywheel 7, to provide pulses to maintain the rotation of the flywheel 7, can therefore deliver electrical energy with improved efficiency by considerably limiting the consumption of drive motor 2 and making it possible to supply electrical energy stored in the flywheel 7, even after engine 2 has stopped.

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Abstract

Convertisseur d'énergie apte à être insérée entre deux points d'un réseau électrique à courant alternatif, comprenant un volant d'inertie (7) apte à être mis en rotation et comprenant un corps périphérique (10), un élément principal de transmission mécanique (11) apte à coopérer avec le volant d'inertie (7) et formant une boucle fermée ayant une face intérieure (11i) et une face extérieure (11e), au moins un élément rotatif auxiliaire (12, 13), associé en rotation au volant d'inertie (7) via la face intérieure (11i) de l'élément principal de transmission mécanique (11), un moyen d'entraînement en rotation (2), une génératrice électrique (3) associée en rotation au volant d'inertie (7) via un élément de transmission mécanique de sortie (6), un élément de transmission mécanique d'entrée (5) configuré pour coopérer avec le moyen d'entraînement en rotation (2) pour mettre en rotation le volant d'inertie (7), au moins un pignon de renvoi (14) placé entre le volant d'inertie (7) et l'au moins un élément rotatif auxiliaire (12, 13), le pignon de renvoi (14) étant associé en rotation au volant d'inertie (7) via la face extérieure (11e) de l'élément principal de transmission (11), le volant d'inertie (7) comportant une saillie radiale (15) apte à entrer périodiquement en contact avec ledit pignon de renvoi (14).

Description

Convertisseur d’énergie à impulsions
La présente invention concerne un convertisseur d'énergie pouvant être utilisé dans des domaines de l’industrie qui nécessitent une maîtrise de systèmes électromécaniques à très faible déperdition d’énergie. L’invention peut également être utilisée dans divers domaines tels que l’alimentation de systèmes domestiques, d’habitation, de locaux de différents types.
La diminution des émissions de dioxyde de carbone (C02) est un défi majeur auquel sont confrontées les industries actuelles. Les exigences des normes en la matière sont régulièrement revues à la hausse dans la recherche d'énergies dites « propres ».
La baisse des coûts d’alimentation en énergie électrique constitue également une problématique à la base de l’invention. Outre l’amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de C02, les machines tournantes électriques visent à maximiser leurs rendements et se positionnent aujourd'hui comme une solution des plus prometteuses pour réduire globalement les émissions de C02.
Différentes technologies de conversion ou de stockage d'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des industries utilisant des machines tournantes. Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellule lithium-ion (Li-ion) sont celles susceptibles de fournir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les durées de vie de ces batteries, sensibles aux cycles de charges et décharges, ainsi que les niveaux de tension nécessaires aux bornes de la batterie, par exemple de l'ordre de 400 volts (V) pour une batterie de traction de véhicule, ou encore les niveaux de puissance de recharge nécessaires, de l'ordre de 2 à 3 kilowatts-heure en charge lente pendant plusieurs heures, jusqu'à plusieurs dizaine de kilowatts-heure en charge rapide pendant quelques dizaines de minutes. De plus, la fabrication de ces batteries nécessite parfois des matériaux rares ayant un bilan carbone désavantageux.
On connaît des convertisseurs d'énergie, en particulier des systèmes à alternateurs électromécaniques, qui comportent un élément de stockage permettant une accumulation d’énergie. Un exemple d’un système convertissant une énergie mécanique en énergie cinétique est connu par exemple sur certains vélos elliptiques comportant un système rotatif permettant le stockage et la restitution d’énergie cinétique par des systèmes connus de transmission de puissance mécanique à poulies. On sait notamment qu'une toupie ou une masse, quelle que soit son poids, lancée en rotation, perdra plus ou moins vite son énergie si elle n’est pas relancée. La quantité d’énergie emmagasinée est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation. On peut alors constituer un volant d'inertie par une masse, souvent un disque mécanique massif, qui peut être fixé sur un axe et mis en rotation par l'application d'un couple, augmentant sa vitesse de rotation et donc l’énergie emmagasinée. Différentes variantes proposent comme masse un disque, un anneau ou un cylindre par exemple, éventuellement couplées à un système contrarotatif. Un tel système présente néanmoins des inconvénients.
D'abord, un système tel que celui donné en exemple nécessite une mise en mouvement mécanique forte, proportionnelle à la masse du volant d’inertie ce qui limite l'utilisation d'une masse trop élevée notamment pour la relance de la rotation. A l'inverse, une masse trop faible empêche l'efficience de l'inertie, créant un manque de fluidité de la rotation pouvant générer un emballement du mécanisme. La multiplicité des solutions de conversion d’énergie rend par ailleurs compliqué l’accès à ces technologies pour les acteurs de secteurs non industriels.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
L’objectif de la présente description est de fournir un convertisseur d’énergie utilisable par le grand public comme pour l'industrie et ne présentant pas au moins certains des inconvénients précités des dispositifs connus de l’art antérieur.
Ce but est atteint grâce au fait que le convertisseur d’énergie est apte à être insérée entre deux points d’un réseau électrique à courant alternatif et comprend un volant d’inertie apte à être mis en rotation et comprenant un corps périphérique, un élément principal de transmission mécanique apte à coopérer avec le volant d’inertie et formant une boucle fermée ayant une face intérieure et une face extérieure, au moins un élément rotatif auxiliaire associé en rotation au volant d’inertie via la face intérieure de l'élément principal de transmission mécanique, un moyen d’entraînement en rotation, une génératrice électrique associée en rotation au volant d’inertie via un élément de transmission mécanique de sortie, un élément de transmission mécanique d’entrée configuré pour coopérer avec le moyen d'entraînement en rotation pour mettre en rotation le volant d’inertie, un pignon de renvoi placé entre le volant d’inertie et l'au moins un élément rotatif auxiliaire, le pignon de renvoi étant associé en rotation au volant d’inertie via la face extérieure de l'élément principal de transmission, le volant d’inertie comportant une saillie radiale apte à entrer périodiquement en contact avec ledit pignon de renvoi.
L’invention vise ainsi à proposer un convertisseur d’énergie permettant l'entretien par des impulsions répétées d'une mise en mouvement d'une masse. L'énergie libérée par le mouvement de la masse peut ainsi être conservée sensiblement proche d’une valeur constante souhaitée, de sorte que l’invention soit facilement intégrable dans un système électromécanique existant, tout en offrant une possibilité d’adaptation à l’usage souhaité.
Grâce à ces dispositions, le convertisseur d’énergie peut, dans un fonctionnement nominal, conserver, transmettre et utiliser périodiquement une énergie cinétique du pignon de renvoi.
Avantageusement, le moyen d’entraînement en rotation est un moteur électrique alternatif à aimants permanents.
Avantageusement, le volant d’inertie et l'élément rotatif auxiliaire sont des roues ayant des diamètres configurés pour permettre un rapport de transmission de puissance par l'élément principal de transmission sensiblement égal à 1 ,2.
Avantageusement, la face intérieure et la face extérieure de l'élément de transmission sont crantées.
Avantageusement, l’élément d’entraînement est un moteur sans balai.
Avantageusement, le volant d’inertie est une roue inertielle montée en pivot sur un essieu via un palier mécanique principal qui est apte à limiter les frottements entre ledit essieu et le volant d’inertie.
Avantageusement, le palier mécanique principal est un palier à sustentation magnétique comportant un élément supraconducteur ou un électroaimant.
Avantageusement, le pignon de renvoi comporte un bras et le patin entre en contact avec le pignon de renvoi au niveau dudit bras.
Avantageusement, le convertisseur d’énergie comporte en outre un deuxième moyen d’entraînement en rotation associé à un deuxième élément de transmission mécanique d'entrée apte à entraîner en rotation le volant d’inertie.
Avantageusement, le corps périphérique est constitué dans un matériau ayant une densité volumique de masse configurée pour lester le volant d’inertie de plus de quatre-vingts kilogrammes.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d’un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue schématique de face d’un convertisseur d'énergie selon l’invention.
La figure 2 est une vue schématique de face du convertisseur d’énergie de la figure 1 , sans son moyen d’entraînement et sans sa génératrice.
La figure 3 est une vue de dessus du convertisseur d’énergie de la figure 1 .
Dans la description qui suit, le convertisseur d’énergie est décrit dans un mode de réalisation tel que les différents éléments rotatifs tournent tous selon des axes environ horizontaux, donc sensiblement parallèles entre eux, avec les roues et les courroies s'étendant dans des plans environ verticaux et sensiblement coplanaires.
En l’espèce, dans la description qui suit, les termes ‘élément d’entraînement’, ‘élément rotatif’ et 'élément de transmission', devront être interprétés dans un sens large pour qualifier un des éléments adapté pour réaliser une action destinée à rendre mettre en rotation un ou plusieurs éléments simultanément par rapport à leurs supports, notamment par rapport à leurs essieux, quelle que soit la position distance des différents éléments.
Il est à noter que les expressions "approximativement" , "sensiblement", "environ", "de l’ordre de", etc. signifient ici qu’une légère variation par rapport à la valeur proposée à titre indicatif est possible, notamment d’un pourcentage faible, en particulier à dix pourcents près. Par souci de clarté, seuls les éléments structurels des modes de réalisation décrits ont été représentés et seront détaillés.
La Figure 1 représente un convertisseur d’énergie 1 selon l’invention, par exemple utilisable en association avec un système électromécanique existant.
Le convertisseur d’énergie 1 comprend un moyen d’entraînement en rotation 2, par exemple un moteur électrique consommant un courant alternatif. Par exemple, le moyen d’entraînement 2 est un moteur sans balai. Idéalement, et pour les usages les plus répandus de la présente invention, le moyen d’entraînement 2 est un moteur électrique d’une puissance de dix kilowatts et entraînant en rotation un stator à mille cinq cents tours par minutes. Le moyen d’entraînement 2 peut comprendre une technologie à aimants permanents.
Le convertisseur d’énergie 1 comprend en outre une génératrice électrique 3 , qui est par exemple un moteur électrique générant un courant alternatif grâce à un stator et un rotor. La génératrice 3 est par exemple dimensionnée de manière à pouvoir délivrer vingt à trente kilovolts si elle tourne à trois mille tours par minutes. Le convertisseur d’énergie 1 est par exemple prévu pour être intégré sur un réseau électrique (non représenté) entre le moyen d’entraînement 2 et la génératrice 3. Par exemple, il peut être inséré entre deux points d’un réseau électrique à courant alternatif, idéalement mais de façon non limitative, sur le courant de secteur d’un réseau d'électricité domestique quel que soit le pays d'utilisation de la présente invention.
Le moyen d’entraînement 2 peut être piloté de manière à démarrer de façon progressive. Le moteur 2 comprend un accumulateur de charges électriques, par exemple couplé à un électro-aimant ou encore une technologie de mise en rotation à induction électromagnétique, de manière à permettre une utilisation nomade de la présente invention. Le rotor est monté sur un pignon 4 qui peut être à périphérie crénelée.
Comme illustré sur la Figure 1 , le moyen d’entraînement 2 est constitué d'une partie circulaire telle qu'un disque, un anneau ou un cylindre, mise en rotation. Un élément de transmission mécanique d’entrée 5 est prévu sur le moyen d’entraînement 2. Cet élément de transmission d’entrée 5 est par exemple une courroie. Cette courroie d’entrée 5 peut être par exemple une courroie dentée simple en matériau souple tel que du caoutchouc. Par « souple », on entend un matériau qui est réalisé tout ou partiellement à partir d’un matériau plastique ou d’un polymère par exemple à base de nylon. Par exemple, la courroie d’entrée 5 peut comprendre du polypropylène. Par « souple » on entend également que la courroie a la capacité de se déformer mécaniquement, élastiquement, de façon répétée, à périmètre environ constant et sans détérioration. La courroie d’entrée 5 est considérée comme suffisamment souple si elle est potentiellement déformable sous une action mécanique soumise par les éléments de rotation de la présente machine tournante. Il doit être compris que la courroie 5 peut élastiquement changer de forme, en particulier qu’il forme une boucle fermée qui peut élastiquement changer de forme. Elle comprend par exemple deux faces qui peuvent être toutes les deux crantées. Elle est apte à coopérer avec le moyen d’entraînement d’entrée 2 qui le met en rotation. Elle peut être de type poly-V, c'est à dire constituée d'une pluralité de rainures ayant des formes de Y, de manière à minimiser son bruit lors de la rotation, ce qui constitue un avantage important pour ce type de machine tournante 1 .
La courroie d'entrée 5 transmet sa rotation à un volant d’inertie 7. Le volant d’inertie 7 est un disque ou un anneau monté en rotation, par exemple sur un essieu 8. L’essieu 8 peut comprendre un palier 9 lisse ou à roulements de manière à limiter les frottements qui sont non souhaités lors de la rotation. Par exemple, un tel palier 9 peut être à sustentation magnétique, comporter un élément supraconducteur ou un électroaimant. Le mouvement de rotation du volant d’inertie 7 est généré par transmission à courroie, ce qui présente l’avantage de la simplicité et permet un raccordement multiple de plusieurs courroies d’entrée sur le même arbre du volant d’inertie 7. Le volant d’inertie 7 est mis en rotation par la courroie d'entrée 5 et entraîne un moyen de transmission mécanique de sortie 6 lié à la génératrice électrique 3. Par exemple, le moteur 2 et la génératrice 3 se trouvent de part et d'autre du volant d’inertie 7. Par exemple, deux moyens d'entraînement peuvent simultanément mettre en rotation le volant d’inertie 7, de manière à doubler l’énergie cinétique dudit volant 7 tout en permettant d’assurer la fonction d’entraînement en rotation même si l’élément de transmission d’entrée 5 ou le moyen d'entraînement 2 venait à faire défaut. Cette redondance de courroie d’entrée 5 est nécessaire par exemple si celle-ci finit par se détendre et n’assure plus de contact pour la transmission mécanique ou si l’élément d'entraînement 2 subit un défaut. Alternativement, le moteur 2 peut comprendre un électro-aimant couplé à un aimant permanent situé sur le volant d'inertie 7, à la place de la courroie d’entrée 5.
Le volant d’inertie 7 comprend un corps périphérique 10. Par exemple, le corps périphérique 10 est une masse placée sur la périphérie du volant d’inertie 7. Avantageusement, la masse 10 est placée sur toute la périphérie du volant d'inertie 7. Ainsi, la rotation du volant d'inertie 7 est tout-à-fait fluide et régulière. Idéalement, la masse 10 permet un lestage de plus de quatre-vingts kilogrammes. La masse 10 est constituée d'un matériau ayant une masse volumique permettant de choisir le lestage. La masse 10 évite également les phénomènes de balourd qui peuvent devenir dangereux lors des grandes vitesses de rotation. Ainsi, le volant d'inertie 7 est apte à être mis en rotation et à emmagasiner une énergie cinétique de rotation Ec qui peut être approximé par la formule Ec = 1/2 m.(R.w)A2 où m est la masse du corps périphérique 10 et v sa vitesse angulaire de rotation et R le rayon du volant d'inertie 7 incluant le corps périphérique 10. Le volant d'inertie 7 doit être dimensionné pour tourner à vitesse nominale de cinq-cents tours par minutes lorsque le moteur d'entraînement 2 tourne à mille cinq cents tours par minute. Un rapport de transmission de trois est donc prévu entre le moteur d'entraînement 2 et le volant d'inertie 7.
Comme illustré sur la Figure 1 , le convertisseur d’énergie 1 comprend un élément de transmission mécanique de sortie 6 associé à la génératrice électrique 3. Cet élément de transmission de sortie 6 est par exemple une courroie. Idéalement, la courroie de sortie 6 a les mêmes caractéristiques physiques que la courroie d’entrée décrite précédemment.
Comme illustré sur la Figure 2, l'invention comporte un élément principal de transmission mécanique 1 1 , ou courroie principale 1 1 , formant une boucle fermée et ayant une face intérieure 1 1 i et une face extérieure l i e. La courroie principale l i a une forme de ruban dont les deux faces 1 1 i , l i e sont crantées. La courroie principale 1 1 , idéalement de type poly-V, est choisie dans les modèles proposés de type haut de gamme, c'est-à-dire dont la qualité de fabrication assure une utilisation sans rupture sur plus de cent mille kilomètres de parcours de la courroie 1 1 .
L'invention comporte au moins un élément rotatif auxiliaire 12, 13 , associé en rotation au volant d'inertie 7 via la face intérieure 1 l i de l'élément principal de transmission 1 1 . Idéalement, deux éléments rotatifs auxiliaires 12, 13 sont prévus. Les deux éléments rotatifs 12, 13 sont par exemple des roues crantées 12, 13 montées sur des moyeux à paliers lisses ou à roulements et positionnées entre la génératrice 3 et le volant d'inertie 7. La courroie principale 1 1 entraîne à la fois le volant d’inertie 7 et les deux roues auxiliaires 12, 13 grâce à sa face intérieure 1 1 i crantée. Idéalement, la roue secondaire 12, 13 ou les roues auxiliaires 12, 13 sont dimensionnées de manière à tourner à environ cent tours par minutes de moins que le ou le moteur d'entraînement 2. Par exemple, un rapport de transmission proche de cent vingt pourcents existe entre la roue de l’élément d'entraînement 2 et une roue secondaire 12, 13.
Au moins un pignon de renvoi 14, idéalement un unique pignon de renvoi 14 constitué par une roue folle crantée est prévu entre le volant d’inertie 7 et les roues auxiliaires 12, 13. Par exemple, le pignon de renvoi 14 a un diamètre de cent-vingt millimètres. Le pignon de renvoi 14 est associé en rotation au volant d’inertie 7 via la face extérieure de la courroie principale 1 1 . Le pignon de renvoi 14 tourne donc dans un sens opposé au sens de rotation du volant d’inertie 7. Le pignon de renvoi 14 est par exemple cranté et coopère directement avec les dents pourvues sur la face extérieure l i e de la courroie principale 1 1 . De telles dents peuvent par exemple avoir une forme trapézoïdale. Le pignon de renvoi 14 permet notamment d'induire une tension de la courroie principale 1 1 . Par exemple, le pignon de renvoi 14 peut être associé à une roue folle lui permettant de fonctionner en roue libre, c'est-à-dire de pouvoir continuer de tourner librement malgré une interruption momentanée de son entraînement en rotation par la courroie principale 1 1 .
Comme illustré sur la Figure 3 , le volant d’inertie 7 peut comporter une saillie radiale 15. La saillie radiale 15 est par exemple un patin 15 apte à entrer périodiquement en contact avec le pignon 14 au cours de la rotation du volant d'inertie 7 et du pignon 14. Par exemple, le pignon 14 peut entrer en contact avec frottement avec le patin 15. Par exemple, le patin 15 peut être constitué dans un matériau souple ou élastique qui se déforme élastiquement, notamment s’écrase, lors de son contact avec le pignon 14. Par exemple, le patin 15 peut être une dent ou être pourvu de plusieurs dents de manière à coopérer avec la courroie principale 1 1 . Le pignon 14 est dimensionné pour que le patin 15 entre en contact avec sa périphérie au moins une fois par tour de rotation. Le patin 15 peut s'étendre autour du volant d’inertie 7 de manière à permettre un contact avec le pignon 14 sur cinq à trente pourcents à chaque tour de rotation du volant d’inertie 7. La longueur choisie du patin 15 permet de définir la fréquence de contact entre le patin 15 et le pignon 14 et la durée de ce contact. Le patin 15 peut être très fin si le volant d’inertie 7 est proche du pignon 14. Par exemple, si le volant d’inertie 7 est relativement éloigné du pignon 14, le patin 15 peut comporter un bras étendu radialement de manière à entrer en contact avec le pignon 14 au niveau du bras, donc de façon relativement déportée par rapport à la périphérie du volant d’inertie 7. La longueur du bras peut ainsi permettre que le pignon 14, à chaque impulsion sur le bras, lui fournit par un effet de levier une plus grande vitesse de rotation que si la saillie 15 était courte, peu étendue radialement et proche du volant d’inertie 7.
L’invention qui vient d’être décrite, qui utilise un volant d’inertie 7 qui assure un stockage d’énergie à restituer à la génératrice 3 et qui est doté d’une saillie radiale 5 qui coopère avec un pignon de renvoi 14, lui-même entraîné par une courroie 1 1 liée au volant d’inertie 7, pour fournir des impulsions permettant d’entretenir la rotation du volant d’inertie 7, peut donc délivrer une énergie électrique avec un rendement amélioré en limitant considérablement la consommation du moteur d’entraînement 2 et en permettant de fournir de l’énergie électrique stockée dans le volant d’inertie 7, même après arrêt du moteur 2.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Convertisseur d’énergie ( 1 ) apte à être inséré entre deux points d’un réseau électrique à courant alternatif, comprenant :
- un volant d’inertie (7) apte à être mis en rotation et comprenant un corps périphérique ( 10),
- un élément principal de transmission mécanique ( 1 1 ) apte à coopérer avec le volant d’inertie (7) et formant une boucle fermée ayant une face intérieure ( 1 1 i) et une face extérieure ( l i e),
- au moins un élément rotatif auxiliaire ( 12, 13), associé en rotation au volant d’inertie (7) via la face intérieure ( 1 1 i) de l'élément principal de transmission mécanique ( 1 1 ),
- un moyen d’entraînement en rotation (2),
- une génératrice électrique (3) associée en rotation au volant d’inertie (7) via un élément de transmission mécanique de sortie (6),
- un élément de transmission mécanique d'entrée (5) configuré pour coopérer avec le moyen d'entraînement en rotation (2) pour mettre en rotation le volant d’inertie (7),
caractérisé en ce qu’au moins un pignon de renvoi ( 14) est placé entre le volant d’inertie (7) et l'au moins un élément rotatif auxiliaire ( 12, 13), le pignon de renvoi ( 14) étant associé en rotation au volant d’inertie (7) via la face extérieure ( l i e) de l'élément principal de transmission ( 1 1 ), et en ce que le volant d’inertie (7) comporte une saillie radiale ( 15) apte à entrer périodiquement en contact avec ledit pignon de renvoi ( 14).
2. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon la revendication précédente, dans lequel le moyen d’entraînement en rotation (2) est un moteur électrique alternatif à aimants permanents.
3. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volant d’inertie (7) et l’au moins un élément rotatif auxiliaire ( 12, 13) sont des roues ayant des diamètres configurés pour permettre un rapport de transmission de puissance par l'élément principal de transmission mécanique ( 1 1 ) sensiblement égal à 1 ,2.
4. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face intérieure ( 1 l i) et la face extérieure ( l i e) de l'élément de transmission sont crantées.
5. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément d’entraînement (2) est un moteur sans balai.
6. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volant d’inertie (7) est une roue inertielle montée en pivot sur un essieu (8) via un palier mécanique principal (9) qui est apte à limiter les frottements entre ledit essieu (8) et le volant d’inertie (7).
7. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon la revendication 6, dans lequel le palier mécanique principal (9) est un palier à sustentation magnétique comportant un élément supraconducteur ou un électroaimant.
8. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pignon de renvoi ( 14) comporte un bras et le patin ( 15) entre en contact avec le pignon de renvoi ( 14) au niveau dudit bras.
9. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un deuxième moyen d’entraînement en rotation associé à un deuxième élément de transmission mécanique d'entrée de manière à entraîner en rotation le volant d’inertie (7).
10. Convertisseur d’énergie ( 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps périphérique ( 10) est constitué dans un matériau ayant une densité volumique de masse configurée pour lester le volant d’inertie (7) de plus de quatre-vingts kilogrammes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220329144A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13 Ransey Harvey Self-Contained Electric Energy Generator System

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005098213A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Jiro Komori 発電装置
WO2008146053A1 (fr) * 2007-06-01 2008-12-04 Nikolaos Papaconstantinou Moteur de production de courant électrique dans son emplacement de consommation
WO2010032213A1 (fr) * 2008-09-19 2010-03-25 Pietro Salomone Machine de production d'énergie électrique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005098213A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Jiro Komori 発電装置
WO2008146053A1 (fr) * 2007-06-01 2008-12-04 Nikolaos Papaconstantinou Moteur de production de courant électrique dans son emplacement de consommation
WO2010032213A1 (fr) * 2008-09-19 2010-03-25 Pietro Salomone Machine de production d'énergie électrique

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220329144A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13 Ransey Harvey Self-Contained Electric Energy Generator System

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