Brevet FR3085728A1 — publié le 20200313

La présente invention concerne un dispositif destiné à convertir une énergie en une autre énergie par l'intermédiaire de l'énergie potentielle des massa, dont le centre de gravité est excentré par rapport aux axes leur servant de support. Ces axes sont montés sur un support tournant à une certaine distance du centre de rotation de ce dernier. Grâce à ce décalage et à la pesanteur, les masses tournent sur elles,- mêmes. Avec ce dispositif, on peut gagner plus de 25 % dans la conversion d'énergie surtout quand la vitesse de rotation de l'arbre porteur de l'énergie à convertir est très basse, c'est le cas des productions des énergies hydrauliques dans les petites chutes où dans des courants sans chute. Cela a pour avantage d'accroître la production des énergies renouvelables et de réduire la pollution de l'environnement. Traditionnellement, pour convertir cette énergie en énergie électrique, on a recours à plusieurs trains d'engrenages dans une boite de vitesses, ainsi on passe de 10 t/min à plus de 1500 t/min, condition nécessaire pour pouvoir accoupler à un générateur électrique classique, ce qui cause des pertes importantes et par conséquent la baisse du rendement de conversion. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte en effet, selon les premières caractéristiques, un châssis de forme rectangulaire sur lequel, à chaque extrémité dans le sens de la longueur, et à une certaine hauteur de sa base sur son axe de symétrie, on place deux paliers alignés et positionnés à la même hauteur, et destinés à recevoir l'arbre du rotor. Entre ces paliers, on installe les supports des dispositifs de réglage des coulisseaux et du palier auxiliaire de l'arbre du rotor. L'arbre du rotor est tenu à l'horizontale, ayant à ses extrémitésdeux portées cylindriques destinées à recevoir les paliers situés aux extrémités du châssis. Entre ces portées, on positionne deux supports de coulisseaux symétriques, et les deux autres montés aussi symétriquement, et décala axialement et radialement de 90 ° par rapport aux précédents, deux cardans, une boîte de vitesses, 30un dispositif tournant fou (non solidaire de l'arbre) et un dispositif d'entraînement. Les quatre coulisseaux sont tous identiques, de tonne rectangulaire, comportant - 2 - sur leurs axes de symétrie, dans le sens de la longueur, une lumière au centre et vers les extrémités, un palier et un dispositif tournant situés de chaque côté de cette lumière et décalés de l'axe de symétrie du coulisseau d'un côté à droite et de l'autre à gauche. Cette lumière permet le passage de l'arbre du rotor et le 5 déplacement longitudinal du coulisseau. Les quatre masses de forme rectangulaire sont portées par des axes dont le centre de gravité est excentré par rapport au centre de leurs axes, chacune de ces masses est logée dans les paliers de deux coulisseaux opposés, parallèles et symétriques. Un dispositif mécanique relie les axes des deux masses d'un même coulisseau, par 10 exemple une chaîne, celle-ci permet de synchroniser leurs rotations, de favoriser leurs calages et d'annuler l'effet dû à la force centrifuge; dans ces conditions, il n'y aura qu'une seule sortie de puissance. Les axes de toutes les masses sont équipés d'un dispositif anti-retour de type roue libre, ce qui garantit la rotation toujours dans le même sens. 15 Les dispositifs de forme circulaire supports placés sur le châssis ont leur centre plus haut et décalé latéralement par rapport au centre de l'arbre du rotor. Ils sont prévus pour réguler les déplacements des coulisseaux qui tournent à l'intérieur par l'intermédiaire des dispositifs tournants situés aux extrémités des coulisseaux. 20 Détail du fonctionnement entre l'arbre du rotor et les masses. Sur un arbre positionné à l'horizontal, on place un porte coulisseau, avec ses glissières, solidaire de l'arbre ; dans les glissières, on place le coulisseau de forme rectangulaire et sur celui-ci, vers ses extrémités, on place les masses symétriquement et à une certaine distance par rapport à l'axe de l'arbre du rotor. 25 Les centres de gravité des masses ne coïncident pas avec les centres des axes qui leur servent de support. Dans ces conditions, l'arbre du rotor, pendant sa rotation, entraîne dans un mouvement circulaire le support du coulisseau et le coulisseau avec ses tuasses, ceci provoque la rotation automatique des masses grâce à la pesanteur. 30 C'est à l'arbre du rotor que l'on rnit l'énergie exfcricore à convertir. L'énergie des masses est due uniquement à la pesanteur, et -3 - sa valeur dépend du poids des masses, de l'excentricité de leur centre de gravité par rapport à leurs axes de rotation leur servant de support, et du nombre de tours de l'arbre du rotor. Fonctionnement. A chaque rotation de l'arbre du rotor, les masses portées par les coulisseaux par la force de la pesanteur font aussi un tour sur elles mêmes. Sur un même coulisseau, les axes des masses sont reliés entre eux par un dispositif mécanique, ainsi on a une seule sortie de puissance pour deux coulisseaux et deux masses. 10 Ou fait du déplacement du coulisseau et par conséquent de son palier, et ceci à chaque tour, on a recours à un cardan à accouplement télescopique pour transmettre la puissance à la boîte de vitesses, puis au dispositif tournant fou, et de celui-ci vers l'extérieur (il faut deux cardans pour quatre coulisseaux). Les dispositifs de réglage des coulisseaux, sans lesquels aucun fonctionnement 15 n'est possible, vont déplacer ces derniers à chaque tour du rotor pour permettre aux centres de gravité des masses de se trouver à une distance de l'axe de l'arbre du rotor, tantôt symétrique tantôt asymétrique. C'est-à-dire que les masses, en raison des différentes positions qu'elles vont prendre pendant chaque rotation du rotor, peuvent aussi participer 20 à l'apport énergétique du rotor. Selon les modes particuliers de réalisation Les dispositifs de réglage des coulisseaux peuvent être montés sur des supports réglables verticalement et transversalement. Le rotor peut fonctionner seulement avec deux coulisseaux. 25 Les cardans peuvent être remplacés par des transmissions coniques à renvoi d'angle à accouplement télescopique. Le dispositif d'entrainement peut être à L'extérieur des paliers. Sur les coulisseaux, le dispositif tournant et le palier peuvent être alignés de chaque côté de la lumière sur le même axe de symétrie. 30 Au niveau des cardans, entre le coulisseau et la boîte de vitesses, ii peut y avoir - 4 - des dispositifs tournants, solidaires de l'arbre du rotor, pour venir en contact avec le dispositif circulaire, fixé sur un support qui lui-même est fixé sur châssis, et concentrique à l'arbre du rotor lui servant de palier auxiliaire. L'arbre peut être aussi en deux parties et partiellement ou totalement creux. 5 L'arbre doit être équilibré avec tous les dispositifs montés sauf avec les masses. Les coulisseaux peuvent être creux. Les dessins annexes illustrentl'invention. La figure 1 représente l'arbre du rotor (A). La figure 2 représente deux demi coquilles (22,23), dont une en coupe (22), 10 allant sur les gorges de l'arbre (A) aux points (8,11) servant d'épaulement amovible. La figure 3 représente un support de coulisseau (24) avec les glissières (25, 52). La figure 4 représente le châssis (26), équipé des supports (27, 28, 32, 34, 36), des dispositifs de réglage des coulisseaux (30, 31, 33, 35), le palier 15 auxiliaire (37) et les paliers (29, 38) pour recevoir l'arbre du rotor (A). La figure 5 représente les coulisseaux (42,43) A l'intérieur de ses régulateurs (31, 33). La figure 6 représente un coulisseau (43) tenu par ses guides (25, ). La figure 7 représente une masse (56) montée sur ses axes (54,55). 20 La figure 8 représente le dispositif fou (59). En référence à ces dessins, le dispositif comporte un arbre (A) fig.1 sur lequel on place quatre porte coulisseaux (24 ) fig. 3 aux points (4,7, 10,13) ; ils sont immobilisés radialement par obstacle mécanique, par exemple de type clavette, et axialement, par des écrous montés 25 sur les filetages aux points (3, 6, 9,12) équipés de frein d'écrou non représenté. Les épaulements amovibles en deux coquilles (22, 23) fig. 2 sont montés sur l'arbre dans les gorges (8 ,11), ils sont tenus par les alésages des porte coulisseaux leur servant de butée axiale. Les alésages des porte coulisseaux (24) fig. 3 sont tous différents pour une 30 question de montage. Ceux qui sont placés aux points (4,10) sont symétriques et travaillent ensemble, ceux positionnés sur les points (7, 13) travaillent ensemble et sont décalés axialement et radialement de 90 0 par rapport aux précédents. Les paliers (2, 18) portent les roulements qui sont immobilisés axialement par des écrous freinés sur (1, 19). La boîte de vitesses est placée sur la portée (14) immobilisée adialement et 5 axialement par obstacle mécanique. Le dispositif fou (59) fig. 8 est placé sur le point (16) libre radialement et axialement. Un dispositif avec frein (de type écrou) lui empêchant de sortir de son logement est placé sur le point (17). Sur le dispositif fou (59), le côté (58) reçoit la puissance de la boite de vitesses, l'autre côté (57) la transmet vers l'extérieur. 10 Le dispositif d'entraînement, non représenté, est porté sur le point (20) et immobilisé radialement et axialement par obstacle mécanique. Les coulisseaux (42, 43), fig. S sont montés en même temps que les porte coulisseaux (24) fig. 3. Le montage de l'arbre sur le châssis (26) fig.4 ne pose aucune difficulté car les 15 dispositifs de régulation des coulisseaux (30, 31, 33, 35) et le palier auxiliaire (37) ont tous le même diamètre. Le rotor, une fois équipé, doit passer à l'intérieur de tous ces dispositifs. Comme ils sont démontables, on peut les glisser sur le rotor et les fixer plus tard sur leurs supports (27, 28, 32 , 34 et 36) par des dispositifs mécaniques par exemple des vis (51) fig. 5. 20 Les masses (56 ) fig. 7 sont montées en même temps que les cardans (ceux-ci non représentés) aux points (48, 50 ) fig. 5 sur les coulisseaux (42, 43 ). Le dispositif d'entraînement du rotor (A) fig.1 non représenté, ainsi que son alimentation, vont permettre le démarrage du rotor. La continuité de son 25 mouvement de rotation sera toujours alimentée par une source énergétique extérieure soit l'énergie â convertir. Fonctionnement On tance l'arbre du rotor (A) fig ?a un certain ombre de tours, les niasses (56 ) fig.7 font le même nombre de tours que l'arbre 30 (A). Les excentricités de toutes les niasses par rapport à leurs axes (54, 55 ) sont toutes identiques. - 6 - Grâce aux dispositifs de réglage des coulisseaux (30, 31, 33, .4, quand une des masses est au point le plus bas fig.5, son centre de gravité est légèrement plus proche de l'axe du rotor (A) que le centre de celle qui lui est opposée et se trouve en haut. Mais en raison du décalage des paliers (48, 50) par rapport à l'axe de symétrie du coulisseau (43) fig.5, la masse positionnée sur le palier (48) a. déjà dépassé, à cet instant, l'axe vertical passant par le centre de la lumière (53) fig. 6 et l'axe du rotor (A), donc la partie supérieure du rotor se trouve en déséquilibre, ce qui facilite la rotation du rotor. Dans la descente, k centre de gravité de la masse supérieure est plus éloigné du centre 10 du rotor que celui de la masse qui remonte, donc elle va aider la remontée de ta masse opposée. Mais pendant cette descente, le coulisseau va se rapprocher du centre du rotor (A) grâce au poids des masses. Ainsi, l'énergie gagnée permet de remonter la masse opposée jusqu'à 7/8 du tour du rotor, et ceci sans vitesse initiale, donc il manque 1/8 pour boucler le tour. Avec une vitesse initiale, il 15 manquera moins de 1/8 du tour. L'énergie extérieure à fournir doit combler le 1/8 manquant, elle est due d'une part à l'inertie du rotor, d'autre part aux diverses résistances des frottements des pièces en mouvement, mais aussi à la différence de poids entre les deux masses opposées à cet instant. La masse qui descend du deuxième groupe des masses décalées à 90 °, se trouve aussi à 1/8 20 du point 20 le plus haut, donc symétrique à la masse montante du premier groupe par rapport à l'axe vertical du rotor, en raison du réglage latéral. A cet instant, le centre de gravité de la masse descendante se trouve légèrement plus éloigné du centre du rotor (A), que celui de la remontante du premier groupe, ce qui crée un léger déséquilibre. Si on ajoute l'énergie cinétique des 25 masses, là encore on favorise la rotation du rotor. Il faut préciser que le cas le plus critique pour l'arbre du rotor (A) est quand les deux coulisseaux se trouvent à la verticale, et les deux autres à l'horizontale. Dans ces conditions, il ne porte que la moitié du poids des masses sur deux points distants, c'est-à-dire la longueur des masses, car 30 l'autre moitié est portée par les deux dispositifs de réglage des coulisseaux. On peut dire que le rotor (A) fonctionne comme la bague intérieure d'un roulement par intermédiaire des dispositifs tournants (45,47) fig.5 placés sur les coulisseaux, et que les dispositifs de réglage des coulisseaux fonctionnent comme la bague extérieure, ces derniers ayant en plus un effet de came. L'énergie des niasses est transmise par l'intermédiaire des cardans à la boîte de vitesses, puis de celle-ci au dispositif fou (59) lig.8, et ensuite, vers l'extérieur, soit vers l'utilisation. Les matériaux Il n'y a pas de matériaux préférentiels, mais pour les masses ( 56 ) fig.7, on choisit plutôt des matériaux de grande densité, pour 10 une question d'encombrement. Pour les autres éléments du dispositif, ceux qui se trouvent sur l'arbre du rotor (A) ainsi que sur tout élément mobile doivent être allégés. Pour ceux qui restent statiques, comme le châssis (26) lig.4 et les dispositifs (27 , 28 ,30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37), le choix est variable. 15 La lubrification : Toutes les pièces en mouvement doivent être lubrifiées, plusieurs types de lubrifications sont possibles y compris un fluide sous pression, le choix va dépendre de l'utilisation du dispositif. A titre indicatif, le dispositif peut avoir les dimensions suivantes en cm 20 Longueur 180 cm Hauteur 160 cm Largeur 130 cnt Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à convertir de l'énergie hydraulique en énergie électrique, Exemple de calcul : A titre indicatif, on va présenter quelques données techniques. 25 On veut convertir de l'énergie hydraulique à partir d'ne roue alimentée par un cours d'eau. diamètre de la roue 2 ni vitesse de rotation de 10 t/min REVENDICATIONS1) Dispositif pour convertir de l'énergie hydraulique en énergie électrique par l'intermédiaire de la rotation de quatre masses (56 ), grâce à la pesanteur caractérisé en ce qu'il comporte un arbre du rotor (A) sur lequel on installe les quatre supports coulisseaux (24 ) avec leurs glissières ( 25 , 52 ), deux coulisseaux (43 ) et deux coulisseaux ( 42 ), dont un coulisseaux pour chaque support coulisseaux ( 24 ), les dispositifs tournants ( 45, 47) et ( 44, 46 ) montés sur les coulisseaux ( 42, 43 ), les quatre masses (56 ), deux cardans télescopiques, une boîte de vitesses, un dispositif fou (59), et un dispositif d'entraînement. L'arbre du rotor (A) est monté sur les paliers (29,38) du châssis (26), celui-ci porte les supports des régulateurs des coulisseaux (27, 28, 32,34) et le support du palier auxiliaire (36), les régulateurs des coulisseaux (30, 31, 33, 35) et le palier auxiliaire (37). Par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement, on fait tourner l'arbre du rotor (A) et ceci engendre automatiquement la rotation des quatre masses (56 ) 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les glissières (25, 52) , fixées sur les porte coulisseaux (24), sont pourvues de dispositifs tournants pour faciliter le déplacement des coulisseaux (43 , 42 ). 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coulisseaux (43, 42) sont pourvus d'une lumière (53), au centre, sur leurs axes de symétrie, 20 dans le sens de la longueur, pour permettre le passage de l'arbre du rotor (A ) et le déplacement longitudinal des coulisseaux. 4) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 3, caractérisé en ce que tous les coulisseaux (43, 42 ) portent deux paliers (48 ,50) et ( 41, 49) , pour porter les axes (54,55) des masses (56 ) et permettre la rotation et la 25 transmission de l'énergie des masses vers les cardans télescopiques. - 10 - 5) Dispositif selon la revendication 1 la revendication 3 et la revendication 4, caractérisé en ce que tous les coulisseaux ( 43, 42 ), sont pourvus de dispositifs tournants (45,47 ) et ( 44, 46), permettent leurs déplacement sur les dispositifs de réglage des coulisseaux ( 30,31,33,35 ). 5 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe (40) des dispositifs de régulation des coulisseaux (30, 31, 33, 35) ne coïncide pas avec l'axe (39) de l'arbre du rotor (A) ce qui permet par l'intermédiaire des quatre coulisseaux (43, 42 ), de varier la distance du centre de gravité des quatre masses (56 ), par rapport à l'axe de 10 l'arbre du rotor (A). 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de vitesses est mise avant le dispositif fou (59) sur l'arbre (A) pour une question de rentabilité du dispositif. 8) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif 15 fou (59) porté par l'arbre (A) mais non solidaire de celui-ci, a pour fonction de transmettre la puissance interne du dispositif vers l'extérieur.