Brevet FR2511440A1 — publié le 19830218

-1 - Stockage cinétique d'énergie à l'aide d'un volant La présente invention concerne le stockage cinétique d'énergie à l'aide d'un volant On a déjà proposé de stocker de l'énergie en faisant tourner un volant de grand diamètre autour d'un axe central et en utilisant l'énergie à stocker pour faire tourner le volant De l'énergie est prélevée sur le volant en rotation lorsqu'elle est nécessaire. On peut montrer qu'on peut augmenter l'énergie spécifique stockable par unité de masse d'un système à volant en augmentant le rayon de l'orbite de la partie externe du volant Mais dans un système classique, il faut relier au moyeu toute masse qui se trouve sur cette orbitc a l'aîcide de moyens de retenue tels que dies rayons ou bras, qui sont eux-mêmes massifs La masse de ces moyens de retenue peut détruire le gain sur l'énergie spécifique espëré de llaugo mentation du rayon. L'invention vise a fournir un procédé et un dispo- sitif de stockage d'énergie sius ?o'me cinétique ' cartant cette difficulté Dans ce but, l'invention propose de stocker l'énergie en faisant tourner un cerceau ou anneau autour d'un axe central et en retenant le cerceau sur une orbite fixe autour de 1 axe à l'aide de forces êlectro- magnétiques. Dans un mode avantageux de réalisation de l'inven- tion, le cerceau est maintenu par des forces magnétiques En d'autres termes, le cerceau est maintenu en lévitation contre les forces de gravité et on l'oblige a suivre une orbite circulaire à l'aide de forces magnétiques. Dans une réalisation particulière de l'invention, le cerceau est constitué de matériau ferromagnétique, il est placé autour d'un stator annulaire du même matériau par rapport auquel il a un jeu lui permettant de tourner, et on induit les lignes de force d'un champ magnétique dans le cerceau et le stator à l'aide d'un courant dans des conducteurs situés à l'interface entre le cerceau et le stator En d'autres termes, on crée un palier magnétique entre le cerceau et le stator Le centrage ou la lévita- 2 - tion du cerceau peuvent être effectués par attraction tout aussi bien que pan répulsion magnétique. On peut appliquer de l'énergie au cerceau et en retirer par une technique du genre utilisé sur les machines électriques linéaires, en munissant le cerceau de dents présentant une réluctance et en en constituant un élément d'un moteur ou d'un générateur linéaire à réluctance, suivant le cas. Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci propose un dispositif de stockage d'énergie,-comprenant une masse de grand diamètre montée de façon à pouvoir tourner autour d'un axe central, des moyens pour appliquer l'énergie à stocker à la masse de façon à la mettre en rotation autour de l'axe et des moyens pour extraire de l'énergie de la masse en rota- tion, caractérisé en ce que la masse est constituée par un cerceau ou anneau et en ce que des moyens électromagnétiques sont prévus pour maintenir le cerceau ou anneau sur une orbite fixe autour de l'axe central. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan schématique d'un dispositif de stockage d'énergie mettant en oeuvre l'inven- tion, la figure 2 est une vue en coupe à grande échelle suivant la ligne 2-2 de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe à travers un ensem- ble, la figure 4 est une vue en élévation d'un fragment de la figure 3, et la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3. La figure 1, sur laquelle l'échelle n'est pas respec- tée, montre un stator 10 fixé au sol par des ancrages 11 et autour duquel s'adapte un cerceau ou anneau 12 Le stator et le cerceau 12 ont une section semi-cylindrique et ont donc une forme semi-toroïdale Entre le stator et le cerceau sont ménagés des espaces annulaires 14 et une 3 - cavité torofdale qui loge des conducteurs électriques 15. Dans une disposition réalisable, le diamètre du toroide serait de l'ordre de 300 m, ou davantage, alors que le rayon de la section du tore serait de l'ordre de 75 mm. Le stator 10 et le cerceau ou anneau 12 sont tous deux constitués d'acier doux. On voit que, si l'on fait passer un courant continu dans les conducteurs 15, on constitue un palier magnétique entre le stator 10 et le cerceau 12 Les conducteurs seront généralement groupés en sections munies d'alimentations indépendantes en courant électrique Des détecteurs (non représentés) seront prévus pour détecter le courant qui passe dans chaque section et fournir un signal d'entrée à un circuit de commande prévu pour maintenir les espaces 14 à une valeur constante tout autour du toroide Les con- ducteurs peuvent être de type normal ou même supraconduc- teurs. En des endroits sélectionnés autour de la périphérie du tore sont placés des dispositifs de lévitation 20, égale- ment munis de conducteurs d'excitation 21, permettant de maintenir le cerceau 12 en lévitation En des endroits sélectionnés, qui peuvent être les mêmes, sont prévus des moteurs linéaires à réluctance 22 coopérant avec des dents de réluctance sur le cerceau 12 pour transférer de l'énergie au cerceau 12 Des générateurs à réluctance 23 sont également prévus pour extraire de l'énergie du cerceau 12 Dans un mode de réalisation avantageux, certains des moteurs 22, ou tous, sont susceptibles de fonctionner en générateurs lors- que cela est nécessaire; de même, il peut être prévu de faire fonctionner un générateur en moteur. On peut montrer que l'énergie spécifique du système est de 0,75 103 R joules/kg de la masse de l'ensemble rotatif, c'est-à-dire du cerceau, R étant le rayon du tore en mètres, en supposant que le cerceau et le stator sont en acier doux. Lorsqu'il est nécessaire de stocker une quantité importante d'énergie, on peut monter plusieurs tores en parallèle, l'un au-dessus de l'autre, autour d'un noyau unique, par exemple dans un tunnel ou une cavité souter- 4 - raine Les cerceaux d'un tel ensemble peuvent être reliés mécaniquement, de sorte qu'il suffit d'équiper un seul des cerceaux de moyens de lévitation magnétique et que les cerceaux tournent en synchronisme. Une façon d'arriver à ce résultat est représentée en figures 3 à 5 Dans ce cas, le stator comprend deux anneaux superposés ayant des gorges internes qui constituent des sections 10 remplissant chacune le rôle d'un stator des figures 1 et 2 Le cerceau est muni de gorges externes l Q délimitant également des sections 12 remplissant chacune le rôle d'un cerceau suivant la figure 1. Entre deux sections 12 est placée une bande 30 qui porte des dents de réluctance 31 Une machine linéaire à inductance 32 munie de bobinages induit 33 et inducteur 34 est adjacente à la bande 30. -5- REVENDICATIONS 1 Procédé de stockage d'énergie par mise en rotation d'une masse de grand diamètre autour d'un axe central, sui- vant lequel l'énergie à stocker est utilisée pour mettre en rotation la masse et de l'énergie est extraite de la masse en rotation selon les besoins, caractérisé en ce que la masse est constitué par un anneau-ou cerceau rotatif ( 12) et en ce qu'on retient le cerceau ou anneau ( 12) sur une orbite fixe autour de l'axe à l'aide de forces électro- magnétiques. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient le cerceau ou anneau par voie magné- tique. 3 Dispositif de stockage d'énergie, comprenant une masse de grand diamètre montée de façon à pouvoir tourner autour d'un axe central, des moyens pour appliquer l'énergie à stocker à la masse de façon à la mettre en rotation autour de l'axe et des moyens pour extraire de l'énergie de la masse en rotation, caractérisé en ce que la masse est cons- tituée par un cerceau ou anneau ( 12) et en ce que des moyens électromagnétiques sont prévus pour maintenir le cerceau ou anneau sur une orbite fixe autour de l'axe central. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de maintien appliquent des forces magné- tiques au cerceau. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caracté- risé en ce qu'il comprend un stator en forme d'anneau autour duquel le cerceau est monté avec un jeu lui permet- tant de tourner, le stator ( 10) et le cerceau ( 12) étant constitués de matériau ferromagnétique et des conducteurs électriques dans lesquels on peut faire passer un courant continu étant prévus à l'interface entre le cerceau et le stator. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs cerceaux ( 12) interconnectés, tournant autour d'un axe central commun, chaque cerceau étant en regard d'un stator et des conducteurs électriques étant prévus entre eux. -6- 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le cerceau est maintenu en lévi- tation par un système électromagnétique. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer de l'énergie au cerceau et les moyens pour extraire de l'éner- gie du cerceau sont constitués par des machines linéaires à réluctance ( 22,23).