Brevet FR2976643A1 — publié le 20121221

page 1 DOMAINE TECHNIQUE Récupération d'Energie pour Machines Tournantes notamment Eoliennes. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Aujourd'hui les Eoliennes offrent des inconvénients et des contraintes qui tendent à réduire leur intérêt : - les génératrices auxquelles elles sont reliées ne supportent que des plages de vitesses très 10 réduites : - en dessous de la plage admissible aucun courant n'est récupéré - au dessus de la plage admissible il y a surchauffe et endommagement du matériel, de la génératrice, du rotor et des pales. - pour palier ces inconvénients il faut utiliser des dispositifs de sécurité qui laissent passer 15 le vent trop fort ou des boites de vitesse pour transmettre la vitesse de rotation supportée par la génératrice. - à faible vitesse de rotation aucune énergie n'est récupérée, d'autant que si des systèmes complexes sont interfacés ils augmentent les frottements et empêchent la récupération des faibles énergies. 20 Le stockage de l'énergie se fait aujourd'hui par des batteries. Une fois ces batteries chargées, l'énergie n'est plus récupérée, et lorsque le vent s'arrête ou simplement ralentit, aucune énergie n'est utilisable. L'utilisation extensive de ces batteries pourrait être considérée comme une source de pollution indirecte qui ne va pas dans le sens des 25 motivations écologiques de l'éolien. Ce stockage à inertie variable représente un palliatif écologique à cette limitation de stockage par substitution et complément. L'utilisation de ce dispositif permet : 1/ une régulation de vitesse en fournissant à la génératrice une vitesse de rotation 30 relativement constante dans sa plage de fonctionnement optimale quelles que soient les variations de vitesses motrices. 2/ d'augmenter grandement la capacité de stockage en permettant la récupération d'énergie sur des plages de vitesse motrices beaucoup plus larges. 35 DESCRIPTION : EXPOSE DE L'INVENTION ET REVENDICATIONS Le dispositif selon l'invention comporte des masses mobiles suspendues autour d'un axe de rotation matérialisé par un arbre de transmission, ces masses suspendues s'écartent 40 naturellement par la force centrifuge induite par la rotation d'un système moteur auquel il est couplé. Il nécessite un moyen de rappel en position initiale, position où les masses sont le plus proches de l'axe de rotation, lorsque l'inertie est la plus faible. Ce moyen de rappel peut utiliser la pesanteur. Ce moyen de rappel peut également être un système élastique ou hydraulique ou la combinaison de ces différents moyens. 45 Le dispositif selon l'invention a la capacité de réguler une vitesse motrice de nature variable et de stocker l'énergie par des moyens mécaniques sous forme énergie potentielle et énergie cinétique. 50 page 2 Cette récupération s'effectue par augmentation automatique de l'inertie, ce qui résulte en un freinage progressif du moteur, d'où une fonction première de régulation de vitesse lorsque la motricité augmente violemment. Lorsque les masses s'écartent l'énergie cinétique et potentielle augmentent par l'accroissement de l'inertie, ce qui constitue la seconde fonction qui est le stockage inertiel. La spécificité de ce type de stockage inertiel est qu'il est variable, avec un rapport [inertie maximum] / [inertie initial] très important, l'inertie maximum pouvant être des milliers de fois supérieure à l'inertie initiale. Ce différentiel d'inertie représente une forte capacité à emmagasiner de l'énergie, à la stocker de manière progressive en la restituant également progressivement. En d'autres termes, le dispositif permet de réguler une vitesse motrice non constante, sa variation d'inertie automatique permet de freiner les embardées de vitesse en récupérant l'énergie sous forme de couple, et de restituer cette énergie sous forme de vitesse en cas de réduction de la vitesse motrice. Ce système est particulièrement utile pour les Eoliennes, dont la puissance motrice résulte de la vitesse du vent qui par nature n'est pas constante; Mais il peut également s'appliquer à des appareils de musculation comme le vélo elliptique, le vélo d'appartement, tout vélo modifié ou tout appareil de musculation dont l'utilisation pourrait être détournée afin de récupérer et stocker l'énergie produite lors d'entraînements sportifs. L'invention s'étend à tout type de masses en rotation, tout types de dimensionnements et de composants mécaniques de liaison et de transmission; Les moyens de rappel à l'état initial sont la force de pesanteur, la force de traction des éventuels systèmes élastiques utilisés, ou la combinaison des deux. L'utilisation de systèmes élastiques (ressorts ou autres technologies similaires) comme systèmes de suspension des masses est une option susceptible d'améliorer le dispositif car 30 il procure des avantages multiples : - de participer de manière unique ou combinée à la fonction de rappel en position initiale - d'augmenter l'inertie dont l'augmentation automatique par effet de force centrifuge peut être amplifiée par un mode de suspension élastique permettant un écartement supérieur des masses. 35 - réduire l'encombrement en hauteur du bâti de protection pour un même gain (différentiel) d'inertie. - mettre en oeuvre des systèmes utilisant une surface plus grande et une profondeur moindre, ce qui peut être utile suivant l'implantation envisagée. 40 Le dimensionnement des masses, des longueurs de systèmes de suspension, les rapports de transmission des éléments de transmission utilisés (poulies, roues dentées, engrenages, ...) sont déterminés par calcul en fonction des données motrices en entrée, et des caractéristiques de sortie que constitue la génératrice de courant électrique, ses spécifications de vitesses et de couple précisément. 45 page 3 EXPOSE D'UN MODE DE REALISATION Un système mécanique simple permettant de vérifier les avantages de l'invention, peut être 5 matérialisé par un système pendulaire de 4 Masses(11) en rotation autour d'un axe matérialisé par un Arbre de transmission(9). Pour ce système simplifié, les Masses(11) sont suspendues à une Platine(8) par des Cables métalliques(10) accrochés à des Anneaux de levage. Selon un autre mode de liaison, les masses(12) sont suspendues par des tiges rigides, notamment des tiges métalliques. La Platine(8), solidaire de l'Arbre, et de la Poulie de sortie, l'ensemble est mobile en 15 rotation sur un Bâti fixe(7) et supporté par des Roulements coniques(6) montés on "O" afin de supporter les charges statiques et dynamiques, axiales (verticales) et radiales. Les masses(11) peuvent être 4 boules en matériau lourd (acier remplies de plomb), reliées à la platine(8) par des cables métalliques(10) et des anneaux de levage disposées 20 symétriquement et régulièrement sur la circonférence de cette platine(8). Une Poulie d'entrée(3) reposant sur une butée à bille supportant les efforts axiaux (verticaux) et comportant une Roue Libre(l) permettant l'entraînement de l'arbre de transmission(9) par un système moteur comme une Eolienne Verticale(M), et sa rotation 25 libre en l'absence de motricité. Une Courroie reliant la Poulie d'entrée(3) de ce dispositif à une Eolienne Verticale(M). Une Poulie de sortie(4) solidaire de l'Arbre de transmission(9) et entraînant la Génératrice 30 de Courant(G) Une Courroie reliant la Poulie de sortie(4) de ce dispositif à une Génératrice de Courant(G). 35 Ce système peut par exemple être interfacé entre une Eolienne Verticale(M) en entrée et une Génératrice de Courant(G) en sortie, avec un entraînement par éléments de transmission standards comme les ensembles poulie/courroies, roues dentées/chaînes, engrenages, ou par galets de friction. 40 Le mode de réalisation ci-dessus décrit permet de vérifier les fonctions de régulation et de stockage d'énergie, mais un système opérationnel devra intégrer des systèmes de sécurité comme des embrayages, freins, ou autres dispositifs spécifiques permettant des fonctions d'arrêt d'urgence ou de réduction d'inertie. 10 20 page 4 APPLICATION INDUSTRIELLE POSSIBLE Petites installations : Bâtiments de particuliers ou de petites entreprises. L'installation se fait plus simplement sur un bâtiment neuf, en logeant le dispositif en sous-sol, mais dans certains cas, le dispositif peut être installé sous plancher lorsque la hauteur sous-plafond le permet et que des conditions de sécurité sont prévues, ou dans un local dédié. 10 Moyennes et grandes installations : Parc Eolien Le dispositif peut être couplé à des Eoliennes Verticales ou toute autre Eolienne dont les pales ne sont pas directement liées au générateur de courant. Il est judicieux de prévoir l'installation du dispositif au moment de l'implantation de la centrale de production électrique car l'encombrement et la gestion du risque est facilitée 15 par une installation souterraine. Le dispositif est particulièrement adapté à des sources motrices verticales comme les Eoliennes Verticales, aucun renvoi d'angle n'étant nécessaire, évitant ainsi des pertes supplémentaires par frottement, bien que ce ne soit pas exclu. Dans tous les cas, il faut prévoir des mesures de protection, d'étanchéité, un accès maintenance, des systèmes de sécurité comme embrayages, freins, et dispositif de réduction d'inertie. REVENDICATIONS1- Dispositif à inertie variable permettant de réguler une vitesse motrice non constante et conserver la quasi-totalité de la puissance motrice par stockage inertiel. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des masses(12) suspendues sur un arbre de transmission(9) entraîné par un système de roue libre(1), et un moyen de rappel vers une position initiale. 2- Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des masses(12) suspendues et en rotation autour d'un arbre de transmission(9), et que la liaison(10) de ces masses permet leur écartement naturel et automatique par force centrifuge et donc une variation d'inertie automatique suivant les variations de vitesse de rotation d'un système moteur(M) auquel il est couplé. 3- Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'entraînement moteur se fait par un système de type roue libre, permettant une rotation libre de l'arbre de transmission(9) dans le sens de rotation induit par le moteur(M) en l'absence d'entraînement. 4- Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que les éléments de suspension des masses sont souples, comme des cables ou des chaînes; 5- Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que les éléments de suspension des masses(12) sont rigides, comme par exemple des tiges métalliques. 6- Système selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que les éléments de 30 liaison(10) intègrent des éléments élastiques tels que ressorts de traction ou de compression selon le montage utilisé; 7- Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de rappel vers la position initiale utilise la pesanteur, une force de traction élastique ou la combinaison des 35 deux. 8- Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que le système de couplage du dispositif avec le système moteur(M) comporte une roue libre(1). 40