Brevet FR3025140A1 — publié le 20160304

SYSTEME MECANIQUE D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE La présente invention se rapporte au domaine de l'amplification de puissance, et plus particulièrement à un dispositif d'amplification de puissance d'un systèmes de stockage d'énergie cinétique pour véhicules, notamment automobiles, camion, autocar, véhicules hors route. Il est déjà connu des systèmes électromécaniques de gestion de puissance comportant au moins un train épicycloïdal. Par exemple, le brevet US4423794 décrit un système comportant un train épicycloïdal qui répartie continument la puissance entre un moteur électrique, un volant d'inertie, et un arbre moteur. Le brevet EP2387510 décrit un organe de transmission et de répartition de puissance possédant au moins trois entrées/sorties dont l'une est connectée à un volant d'inertie couplé également à une machine électrique ou fluidique, la seconde à la chaine de traction du véhicule, la troisième est connectée à un frein à friction. Le brevet U57341534 décrit un système avec un train épicycloïdal dont l'une de ses trois entrées/sorties est connectée à une unité électrique de puissance; une seconde entrée/sortie est connectée à une entrée/sortie d'un autre train épicycloïdal dont l'une des entrées/sorties est bloquée, et une dernière entrée/sortie est connectée à un volant d'inertie. Chacun de ces systèmes présente des inconvénients, soit notamment par un mode de connexion non optimisé, soit par la présence d'un second train épicycloïdale. Ainsi ces systèmes, bien que permettant le stockage d'énergie, ne permettent pas, de par leur configuration, d'avoir un fonctionnement optimisé sur de larges plages d'utilisation. Il existe ainsi un besoin de perfectionner les systèmes électromécaniques tels que connus aujourd'hui, en particulier dans le but d'optimiser les flux de puissance, de réduire le dimensionnement des composants d'augmenter le rendement et/ou réduire le coût global. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des systèmes de l'art antérieur en proposant un dispositif mécanique 3025140 2 d'amplification de puissance pour véhicule, comportant un volant d'inertie connecté à des moyens de couplage. Le dispositif permet ainsi d'amplifier la puissance d'entrée sur une certaine plage d'utilisation de façon plus efficace. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, la connexion entre le volant d'inertie et les moyens de couplage comporte un moyen de désolidarisation du volant d'inertie aux moyens de couplage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le comporte un moyen de contournement du volant d'inertie. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont formés par un train épicycloïdal. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont formés par un train Ravigneaux. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont 15 formés par une transmission à variation continue. L'invention concerne également un système d'amplification de puissance pour véhicule automobile, comportant un dispositif d'amplification selon l'invention, et comportant une source de puissance et une chaine de transmission. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont 20 formés par un train épicycloïdale. Selon un mode de réalisation de l'invention, la connexion entre le volant et le train épicycloïdal est réalisée au niveau d'un planétaire du train épicycloïdal. Selon un mode de réalisation de l'invention, la connexion entre la chaine de transmission et le train épicycloïdal est réalisée au niveau d'un porte-satellites du train 25 épicycloïdal. Selon un mode de réalisation de l'invention, la source de puissance est un moteur thermique ou une machine électrique ou une machine hydraulique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la source de puissance est alimentée par un moyen de stockage de puissance dédié, partagé avec d'autres sources 30 ou alimenté en direct par une autre source de puissance. 3025140 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, la source de puissance est contrôlée en couple durant les phases d'amplification. Selon un mode de réalisation de l'invention, la source de puissance est contrôlée en vitesse durant les phases d'accouplement au dispositif . 5 L'invention concerne également un véhicule équipé d'un dispositif ou système selon l'invention. L'invention concerne également l'utilisation du dispositif selon une des l'invention pour stocker de l'énergie. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux 10 compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 représente, de façon schématique, un exemple de dispositif mécanique d'amplification de puissance selon l'invention, - la figure 2 représente, de façon schématique, un exemple de système 15 impliquant le dispositif d'amplification de puissance selon l'invention, - les figures 3A et 3B représentent la répartition de puissance par rapport pour un système utilisant une source de puissance irréversible, et un système utilisant une source de puissance réversible. - la figure 4 représente le régime du volant en fonction de la vitesse du 20 véhicule pour différent facteurs d'amplification. - la figure 5 représente l'amplification obtenue pour un système avec un facteur d'amplification égale à trois. La présente invention concerne un dispositif d'amplification de puissance. 25 Plus précisément, le dispositif d'amplification selon l'invention est un dispositif pour amplifier la puissance utilisée dans un véhicule. Dans le cadre de l'invention, l'élément d'amplification du dispositif est un volant d'inertie. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif 1 concerné par la présente 30 invention est formé par un volant d'inertie 2 et un moyen de couplage 3. 3025140 4 Dans le cadre de l'invention les moyens de couplages 3 comportent au moins trois entrées/sorties. Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens de couplage 3 sont formés par un train épicycloïdal. 5 Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens de couplage 3 sont formés par un train Ravigneaux. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens de couplage 3 sont formés par une transmission à variation continue (ou CVT pour continuously variable transmission selon la terminologie anglaise). 10 Le dispositif 1 d'amplification selon l'invention est destiné à être utilisé dans un véhicule. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 1 d'amplification est couplé par les moyens de couplage 3 à une source de puissance 4 et à une chaine de transmission 5 du véhicule, illustrés figure 2. Afin de permettre un mode d'utilisation du véhicule sans amplification de 15 puissance, le dispositif 1 comporte des moyens de désolidarisation 11 du volant d'inertie aux moyens de couplage 3, et/ou un moyen de contournement 13 du volant 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de désolidarisation 11 du volant d'inertie sont disposés entre le volant d'inertie 2 et les moyens de couplages 3. Afin de permettre une désolidarisation du dispositif 1 d'amplification de 20 puissance avec le véhicule, le dispositif 1 selon l'invention comporte des moyens de désolidarisation 12 du dispositif avec le reste du véhicule, et/ou un moyen de contournement 14 du dispositif 1 Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de désolidarisation 12 du dispositif d'amplification sont disposés entre le dispositif 1 et la chaine de transmission 25 5 du véhicule. Dans le cadre de l'invention les moyens de désolidarisation 11, 12 sont formés par tous types de moyens de désolidarisation connus de l'homme du métier et par exemple, des crabots, un embrayage à sec, un embrayage humide, un synchronisateur à friction. 3025140 5 L'invention concerne ainsi également un système 10 d'amplification de puissance formé par un dispositif 1 d'amplification de puissance selon l'invention couplé à une source de puissance 4 par l'intermédiaire des moyens de couplage 3. Le système 10 d'amplification de puissance est lui-même couplé à une chaine 5 de transmission 5 du véhicule. Dans ce cas, les moyens de couplage 3 permettent, par l'intermédiaire des trois entrées/sorties, de coupler entre-eux le volant d'inertie 2, la source de puissance 4 et la chaine de transmission 5. Selon une première variante de l'invention, la source de puissance 4 est un moteur thermique. 10 Selon une autre variante de l'invention, la source de puissance 4 est une machine électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est à deux ou quatre quadrants. Selon une autre variante de l'invention, la source de puissance 4 est une machine hydraulique. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, la source de puissance 4 est alimentée par un moyen de stockage de puissance dédié, partagé avec d'autres sources de puissance ou alimenté en direct par une autre source de puissance. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de stockage est une batterie, des ultra-capacités, un ou plusieurs accumulateurs hydraulique/pneumatique, 20 un réservoir de carburant ou tout autre type de moyen de stockage d'énergie connus. Selon un mode de réalisation de l'invention, une des trois entrées/sorties comporte un réducteur. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à partir d'un exemple de réalisation de l'invention. 25 Dans cet exemple les moyens de couplages sont formés par un train épicycloïdal non illustré. Ce train épicycloïdale comporte un planétaire, un porte-satellites et une couronne. La couronne engrène avec les satellites du porte-satellites, qui eux même engrènent avec le planétaire. Le train épicycloïdale comporte trois entrées/sorties respectivement vers le volant d'inertie, la source de puissance 3 et les moyens de 30 transmission d'un véhicule. 3025140 6 Il est possible de connecter l'élément d'amplification, c'est-à-dire le volant d'inertie soit au planétaire, soit au porte-satellites, soit à la couronne du train épicycloïdal 5. Dans cet exemple de réalisation de l'invention, le volant d'inertie est connecté 5 au planétaire, la sortie vers les moyens de traction 4 est connectée au porte-satellites et la source de puissance à la couronne. Dans le cadre de l'invention, l'ouverture du train épicycloïdal est définie par le nombre de connexions pertinentes pour définir le système. Plus précisément, l'ouverture est définie par les connexions entrée/sortie des différents éléments du train épicycloïdal 10 avec le volant et avec les moyens de tractions. Le train épicycloïdal tel que défini dans la présente invention comporte ainsi six ouvertures. Plus précisément, pour illustrer les résultats, on utilise une nouvelle variable (Kepi), définie par kepi= wvolooti wsortie, avec wvolapt pour régime de rotation du volant et w de la sortie vers les moyens de tractions. Il devient alors possible de représenter en deux 15 dimensions l'amplification de puissance obtenue par le volant : Prolant avec °volant pour le taux de puissance mécanique du volant, Pvoiant la °volant = Pout puissance du volant et Psortie la puissance en sortie vers les moyens de tractions. PSP sp = -Pau avec Gsp pour le taux de puissance mécanique de la source de puissance, Psp la puissance de la source de puissance et Psortie la puissance en sortie vers les 20 moyens de tractions. Il est ainsi possible de tracer la répartition de puissance en fonction de l'ouverture du train épicycloïdal lors de l'utilisation du système avec une source de puissance irréversible (figure 3A) et une source de puissance réversible (figure 3B). Ces résultats mettent en évidence le fait que par un contrôle en couple de la 25 source de puissance, le système 1 permet donc d'amplifier la puissance d'entrée sur une certaine plage d'utilisation de façon plus efficace lorsque l'on utilise une source de puissance réversible. En effet, avec une source de puissance réversible la plage d'utilisation du module est plus étalée et donc importante, tout comme plage d'amplification nominale. 3025140 7 Le contrôle de la source de puissance peut également se faire en vitesse durant les phases d'accouplement au dispositif 1. La plage d'amplification nominale de puissance dépend du facteur d'amplification choisi. Plus ce facteur est élevé, plus la plage d'amplification est 5 restreinte. Sur la figure 4 cette plage d'amplification nominale est représentée, par le régime du volant en fonction de la vitesse du véhicule, pour différents facteurs d'amplification avec une source réversible. On observe que plus le facteur d'amplification est élevé, plus la vitesse minimale de rotation du volant augmente, réduisant d'autant 10 plus la plage nominale d'amplification. En effet, plus le facteur d'amplification augmente, plus le volant doit fournir de la puissance. Ainsi pour une conception de volant d'inertie donnée, plus la vitesse de rotation du volant est faible, plus le couple fourni par ce dernier est élevé. Or, pour des raisons de résistance des matériaux, le couple fourni par le volant ne peut pas être trop 15 élevé. En effet, le cisaillement accru risque engendrer une plastification ou délamination des matériaux qui mène à une casse brutale. Ainsi pour un même volant, plus le facteur d'amplification augmente, plus la vitesse minimale volant est élevée. La figure 5 illustre un exemple d'amplification de puissance avec un dispositif selon l'invention, dans le cas d'une accélération à départ arrêté. Le dispositif 20 d'amplification sert ici à amplifier la puissance source de 10 kW. La puissance en sortie du module est représentée sur la figure suivante. Dans cet exemple, la puissance source de 10 kW est amplifiée d'un facteur 3 sur une certaine plage d'utilisation. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci- dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques 25 sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) mécanique d'amplification de puissance pour véhicule, comportant un volant d'inertie (2) connecté à des moyens de couplage (3). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel la connexion entre le volant d'inertie (2) et les moyens de couplage (3) comporte un moyen de désolidarisation (11) du volant d'inertie aux moyens de couplage. 3. Dispositif (1) selon une des revendications 1 ou 2, comportant un moyen de contournement du volant d'inertie. 4. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de couplage (3) sont formés par un train épicycloïdal. 5. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de couplage (3) sont formés par un train Ravigneaux. 6. Dispositif (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de couplage (3) sont formés par une transmission à variation continue 7. Système (10) d'amplification de puissance pour véhicule automobile (10), comportant un dispositif (1) d'amplification selon une des revendications 1 6, et comportant une source de puissance et une chaine de transmission (5). 8. Système (10) selon la revendication 7, dans lequel les moyens de couplage (3) sont formés par un train épicycloïdale. 9. Système (10) selon une des revendications 7 à 8, dans lequel la connexion entre le volant (2) et le train épicycloïdal est réalisée au niveau d'un planétaire du train épicycloïdal. 10. Système (10) selon une des revendications 7 à 9 dans lequel la connexion entre la chaine de transmission (5) et le train épicycloïdal est réalisée au niveau d'un porte-satellites du train épicycloïdal. 11. Système (10) selon une des revendications 7 à 10, dans lequel la source de puissance est un moteur thermique ou une machine électrique ou une machine hydraulique. 3025140 9 12. Système (10) selon une des revendications 7 à 11, dans lequel la source de puissance est alimentée par un moyen de stockage de puissance dédié, partagé avec d'autres sources ou alimenté en direct par une autre source de puissance. 13. Système (10) selon une des revendications 7 à 12, dans lequel la source 5 de puissance est contrôlée en couple durant les phases d'amplification. 14. Système (10) selon une des revendications 7 à 12, dans lequel la source de puissance est contrôlée en vitesse durant les phases d'accouplement au dispositif (1). 15. Véhicule équipé d'un dispositif (1) ou système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou 7 à 14. 10 16. Utilisation du dispositif (1) selon une des revendications 1 à 6 pour stocker de l'énergie.