Brevet FR3111397A1 — publié le 20211217

Régulation et optimisation du rendement d’un récupérateur d’énergie éolienne sur un véhicule. Le système de régulation et d’optimisation comprend les éléments innovants suivant: Un générateur d’énergie rotor et stator Un axe de rotation du rotor maintenu en position par des électroaimants Un capteur déterminant la position de l’axe de rotation du rotor Un boitier de contrôle d’ouverture des volets Le principe de fonctionnement est le suivant: Une force agit sur le rotor cela déplace la position de son axe de rotation. Le capteur envoie l’information de ce déplacement au boitier électronique qui va agir sur les volets et ainsi réduire ou augmenter la force exercée sur le rotor, couplé à la réduction des frottements grâce aux électroaimants cela a pour effet d’obtenir le rendement optimal du récupérateur d’énergie éolienne sur un véhicule. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Régulation et optimisation du rendement d’un récupérateur d’énergie éolienne sur un véhicule. Domaine technique de l'invention L’invention est relative à la régulation et à l’optimisation du rendement de la production d’électricité d’un récupérateur d’énergie éolienne sur un véhicule. L’énergie produite par le récupérateur éolien peut être régulé par un capteur de force ou de position placé dans le système, ce dit capteur permet d’influer sur l’ouverture d’un volet qui va permettre de contrôler la force qui entraîne le rotor et ainsi la production d’énergie. Le rendement est quant à lui augmenté par la réduction des frottements de l’axe de rotation du rotor par des électro-aimants grâce au phénomène de sustentation. État de la technique Dans le domaine général des véhicules et notamment les véhicules électriques, la source d’énergie provient de la charge des batteries par branchement au réseau électrique domestique, bornes de recharge, panneaux solaires, énergie récupérée par le système de freinage ou l’énergie généré par le moteur thermique. Cherchant à fournir une source d’énergie permettant de générer de l’électricité qui sera stockée directement dans les batteries du véhicule, divers systèmes de récupération d’énergie éolienne statique montés sur un véhicule existe. Cependant, aucun ne régule le flux d’air vers le rotor grâce à un capteur intégré au système et n’optimise les contraintes de frottements entre le rotor et le stator afin d’améliorer le rendement énergétique du récupérateur d’énergie éolien. Objet de l'invention Il existe un besoin de réguler, de contrôler la production d’énergie et d’optimiser le rendement du système de récupération d’énergie éolienne sur un véhicule. On tend à atteindre cet objectif au moyen d’un système constitué des éléments suivant : Un véhicule supportant le système générateur Un système générateur constitué d’un rotor et d’un stator De batteries principales permettant le stockage de l’énergie D’un boîtier électronique couplé à un capteur et à des électro-aimants D’une conduite d’admission du fluide équipé de volet réglable D’un conduit d’extraction du fluide On tend également à atteindre cet objectif plus précisément grâce aux éléments suivant : Un boîtier électronique équipé d’un capteur et d’un système d’exploitation permettant le contrôle de l’ouverture de volets placés en amont du conduit d’admission et également la force des électro-aimants permettant le bon maintien en position de l’axe de rotation du rotor dans le stator. Un système d'électro-aimants permettant le maintien en position de l’axe de rotation du rotor dans le stator par effet de sustentation. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention données à titre d'exemples non-limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La représente, de manière schématique, le système complet du générateur d’énergie. La représente le schéma des forces permettant la transformation de l’énergie générée par le déplacement d’un véhicule en énergie électrique. La représente une coupe longitudinale du système complet du générateur d’énergie. La représente le schéma des actions et commandes du système complet du générateur d’énergie. Description de modes préférentiels de réalisation Le procédé d’assemblage des parties principales du générateur d’énergie comprend les étapes : Les 3 éléments majeur du système sont composés comme suit. Le conduit d’admission du fluide 5 ( et ) comprend en partie avant des volets 7 ( et ) permettant de réguler la quantité de fluide pénétrant dans le conduit d’admission du système. Un boîtier de contrôle 6 ( et ) est quant à lui en liaison avec les moteurs des volets 7 ( et ), le capteur de position 17 ( ), les électro-aimants 16 ( ) et la batterie secondaire 2 ( et ). La partie centrale comprend le rotor 11 ( , et ) et le stator 4 ( , et ). L’assemblage rotor 11 ( , et ) est la partie mobile du système, c’est cet élément qui va transformer la force horizontale 25 ( ) générée par le fluide en force giratoire 22 ( ) grâce à une hélice 9 ( ). Cette hélice est composée en son centre d’un axe de rotation du rotor 8 ( ). Cet axe est monté de manière à éviter tout glissement même sous de fortes contraintes grâce à des aimants cylindriques 15 ( ). Une couronne située à l’extrémité de l’hélice 9 ( ) a pour fonction de la rigidifier et de servir de support aux aimants rotors 12 ( ). Les aimants rotor 12 ( ) sont fixés sur la couronne de manière à résister à la force centrifuge générée par la rotation de l’hélice 9 ( ). L’orientation des pôles de chaque aimant rotor 12 ( ) doit être alternée soit un pôle Sud dirigé vers l’axe de rotation 8 ( ) et un pôle Nord vers l’extérieur du système, soit inversement pour le suivant le pôle Nord vers l’axe de rotation 8 ( ) et le pôle Sud vers l’extérieur du système. L’assemblage du stator 4 ( , et ) est un élément de la structure principale centrale fixe du système. Le stator 4 ( , et ) est composé de pattes 13 ( ) permettant de solidariser le rotor 11 ( , et ) du stator 4 ( , et ). Ces pattes 13 ( ) sont situées à l’avant et à l’arrière du système, au centre de celles-ci. Un emplacement dédié à recevoir des électro-aimants 16 ( ) permet de maintenir la position longitudinale de l’axe de rotation du rotor 8 ( ) en équilibre ainsi que les aimants cylindriques 15 ( ). Sur une des pattes 13 ( ), un capteur de position 17 ( ) permet de contrôler la position de l’axe de rotation du rotor 8 ( ) par rapport aux électro-aimants 16 ( ). Sur le stator 4 ( , et ) une couronne extérieur 10 ( ) permet de supporter des bobines de cuivre 18 ( ). Sur chacune des bobines 18 ( ) est positionné un aimant stator 14 ( ). L’orientation des pôles de chaque aimant stator 14 ( ) doit être alterné, soit un pôle Sud dirigé vers l’axe de rotation du rotor 8 ( ) et un pôle Nord vers l’extérieur du système, soit inversement pour le suivant le pôle Nord vers l’axe de rotation du rotor 8 ( ) et le pôle Sud vers l’extérieur du système. Les bobines 18 ( ) et les aimants stator 14 ( ) ne doivent pas être en contact. Pour cela, il est nécessaire de, soit recouvrir les bobines 18 ( ) de résine, soit prévoir une fixation des aimants stator 14 ( ) sur la couronne extérieur 10 ( ) permettant un jeu minimum. Le 3 ème élément est le conduit d’extraction du fluide 3 ( et ) fixé à l’arrière de l’élément central stator 4 ( , et ) plus rotor 11 ( , et ). L’assemblage du circuit électrique se compose de la façon suivante : les bobines 18 ( ) sont reliées entre elles par groupes de 3 sous le principe du courant triphasé (Ph1, Ph2, Ph3). Chaque câble électrique 21 ( ) correspond à une phase. Donc il y a 3 câbles 21 ( ) qui partent du stator 4 ( , et ) pour être branché à la batterie principale 1 ( , ) qui sert de stockage d’énergie. Une batterie secondaire 2 ( et ) sert quant à elle de source d’énergie aux électro-aimants 16 ( ) alimentés par le câble 19 ( ), au capteur 17 ( ) alimenté par le câble 22 ( ) et au boîtier de contrôle 6 ( et ) alimenté par le câble 20 ( ). Description de la régulation et de l’optimisation du rendement du récupérateur d’énergie éolienne Le déplacement du véhicule génère une force 25 ( ) contraire au vecteur vitesse 23 ( ), sens de déplacement du véhicule. Ce déplacement provoque une pression dynamique contraire au sens du vecteur vitesse 23 ( ) plus ou moins élevé en fonction de la vitesse et de la masse volumique du fluide en contact avec le rotor 11 ( , et ). Cette force 25 ( ) s’applique sur l’hélice 9 ( ) du rotor 11 ( , et ) provoquant la rotation de celui-ci. La force 25 ( ) rectiligne se transforme donc en force giratoire 22 ( ). La rotation du rotor 11 ( , et ) provoque la rotation des aimants rotor 12 ( ). Les bobines 18 ( ) et les aimants stator 14 ( ) situé dans le stator 4 ( , et ) sont fixes, le changement de polarité dans les bobines 18 ( ) change à chaque passage d’un aimant rotor 12 ( ) devant un aimant stator 14 ( ) ce qui provoque une excitation des électrons dans les bobines 18 ( ) et génère ainsi du courant triphasé qui sera stocké dans la batterie principale 1 ( et ). L’optimisation de ce système agit sur deux points : 1/ Les frottements mécaniques de la rotation du rotor 11 ( , et ) avec le stator 4 ( , et ) sont habituellement dû aux frottements des roulements à billes entre l’axe de rotation du rotor 8 ( ) et les pattes 13 ( ). L’invention permet d’éliminer ces frottements grâce à l’utilisation d’aimants cylindrique 15 ( ) et d’électro-aimants 16 ( ) qui permettent de maintenir l’axe de rotation du rotor 8 ( ) en équilibre à l’aide du phénomène de sustentation électromagnétique. Un capteur de position 17 ( ) permet de moduler la puissance électromagnétique des électro-aimants 16 ( ) pour que l’axe de rotation du rotor 8 ( ) soit toujours bien positionnée en fonction de la force 25 ( ) appliquée sur le rotor 11 ( , et ). 2/ Le rendement énergétique éolien à une limite mécanique. En effet, la force 25 ( ) qui agit sur l’hélice 9 ( ) ne doit pas dépasser un certain seuil, car au-delà, la mécanique du système sera endommagée, ce qui réduira sa durée de vie ou, ira même jusqu’à la casse du système. Pour éviter cela, une sécurité est intégrée dans les systèmes existant et déclenche l’arrêt de la rotation du rotor du générateur. L’invention permet de remédier à cela en intégrant des volets 7 ( et ) sur le conduit d’admission du fluide 5 ( et ). Ces volets 7 ( et ) vont permettre de réguler la quantité de fluide donc la force 25 ( ) qui agit sur le rotor 11 ( , et ). Une force maximum 25 ( ) prédéfinie par calcul sera implémentée dans le boîtier de contrôle électronique 6 ( et ), ce qui permettra d’obtenir un fonctionnement permanent du récupérateur d’énergie éolienne même à vitesse élevé. Système de récupération d’énergie grâce à la force exercée par un fluide lors du déplacement d’un véhicule caractérisé en ce qu’il comprend : un conduit d’admission (5) pour apte à capter un flux d’air lorsque le véhicule se déplace, un conduit d’extraction (3) pour évacuer le flux d’air et un rotor (11) monté dans un stator (4) situé entre le conduit d’admission (5) et d’extraction (3) et apte à être mis en rotation par le flux d’air traversant afin de produire de l’énergie électrique. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte des aimants cylindriques 15 et des électro-aimants 16 pour diminuer les frottements entre le rotor (11) et le stator (4). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il comporte des volets (7) contrôlés par un boîtier électronique (6) muni d’un capteur de position (17) qui permet de réguler le flux d’air dans le conduit d’admission (5) et la puissance délivrée par les électro-aimants (16). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il une batterie principale (1) et une batterie secondaire (2) alimentées par des câbles triphasés (21).