WO2001000989A1 - Dispositif et procede accumulateur d'energie mecanique - Google Patents
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- WO2001000989A1 WO2001000989A1 PCT/FR1999/001526 FR9901526W WO0100989A1 WO 2001000989 A1 WO2001000989 A1 WO 2001000989A1 FR 9901526 W FR9901526 W FR 9901526W WO 0100989 A1 WO0100989 A1 WO 0100989A1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G1/00—Spring motors
Definitions
- the present invention relates to a mechanical energy accumulator device and method making it possible to retransmit in a delayed manner and spread over time a mechanical energy previously accumulated.
- the present invention aims to provide a mechanical energy accumulator device which better meets those previously known to the requirements of practice, in particular in that it offers a spring system based on an accumulation for the first time, of the energy directly available. from another source (sun, wind, etc.) which is easy to implement, easy to maintain and adaptable to any type of environment.
- such an accumulator device can find its use in developing countries, or in environments which do not benefit from a permanently installed power supply.
- the invention proposes in particular a mechanical energy storage device comprising at least two identical cylindrical housings movable in rotation about a first axis, each case containing a spiral spring whose center is fixed to said first axis and the outer end is attached to the inner side cylindrical of the corresponding housing, said housings being provided on their cylindrical external face with a toothed ring cooperating with a toothed wheel located opposite successively mobile, then integral in rotation with respect to a second axis, said motor axis, each wheel comprising to do this clutch means for putting said wheel in a first position, disengaged from the motor axis, and a second position, engaged, integral in rotation with the motor axis.
- the accumulator device comprises five boxes and corresponding toothed wheels, the springs of each box expanding successively by a fifth of a turn.
- the first axis is arranged to be kept fixed, the spring housings being arranged to rotate the motor axis, the toothed wheels driving the motor axis being themselves successively actuated by the toothed crowns opposite, said cogwheels being rotated by the springs which expand successively and gradually, then being locked in rotation with said housings when they are detached from the motor axis;
- the first axis is movable and arranged to rotate in the opposite direction to the motor axis with a speed lower than that of the motor axis, to tighten partially the spring (s) of the housing (s) facing the toothed wheels immobilized by pawls.
- the speed of rotation of the first axis driven by the motor axis via the spring of the geared housing is regulated in a manner known per se.
- the motor axis is actuated by an external force, for example a high power wind turbine which makes it possible to rotate the first axis at a constant speed, or in a constant ratio, corresponding to a determined energy, and use the point energy surplus to recharge the accumulator device.
- the device according to the invention thus makes it possible to “smooth” the energy supply which can be random, very strong at certain times (strong wind in the example of the wind turbine) and very weak, or even zero at other times (dead calm);
- the first axis is mobile and arranged to rotate in the opposite direction to the motor axis with a speed equal to the speed of the motor axis divided by the number of housings.
- the other springs located in the other immobilized cases stretch out by one fifth or substantially one fifth of the power delivered by the axis motor, which tends to replenish the mechanical energy of these springs substantially permanently and continuously, thus always giving an energy available at the output of the first axis, without it being possible to observe the exhaustion of the force accumulated in the springs;
- the clutch means for each toothed wheel comprise a pin integral in rotation with the motor axis and capable of moving between a first position for disengaging the free wheel in rotation relative to the motor axis and a second position engagement of the toothed wheel to make it integral in rotation with the motor axis;
- the clutch means comprise a plate comprising a recessed portion extending over a sector of arc of a circle of determined length, said plate being arranged to cooperate with friction with the end of the pin;
- the motor axis is connected to an electric motor;
- the device comprises spring means for actuating the pin in the engagement position of the toothed wheel, and means for raising the pin in the release position above and resting on the surface of the plate;
- the ascent means comprise a rod comprising inclined plates respectively serving as a raceway for a roller vertically integral with a member capable of raising the pin corresponding to each of the toothed wheels;
- the accumulator device further comprises means for recharging the potential energy of the spring or springs;
- the recharging means include a wind turbine;
- the recharging means include a gravity ball energy accumulation system;
- the recharging means use tidal energy.
- the invention also relates to a method implementing the device as described above.
- Figure 1 is a plan view of an embodiment of the device according to the invention.
- - Figure 2 is a side sectional view along II -II of Figure 3, of a housing belonging to the device of Figure 1.
- - Figure 3 is a top sectional view along III-III of Figure 2 , of the box of figure 2.
- - Figure 4 is an exploded view, in parts, partially in section, of a housing and of the toothed wheel opposite, belonging to the device of Figure 1.
- - Figure 5 is a top view of the toothed wheel showing the upper sector area of the plate.
- FIG. 6 is a side sectional view of the spring means for actuating the pin in the engagement position of the toothed wheel.
- FIG. 7 is a side view of the rod with successive lifting plates of the pins, for engagement of the toothed wheels.
- - Figures 8 and 9 are schematic side views of embodiments of ball charging means according to the invention.
- FIG. 10 and 11 are views, respectively from the side and from above, of an embodiment of recharging means using the tidal force.
- FIG. 12 is a schematic view of the spring box with ratchet used for example with the charging means of Figures 10 and 11.
- Figure 1 shows a device 1 comprising five identical housings 2, cylindrical, for example metallic of equal height at a third of their diameter, movable in rotation about a first axis 3.
- Each housing includes an internal spiral spring which will be described more fully below and is provided on its cylindrical external face with a toothed crown 4, integral with the corresponding housing and comprising for example 64 teeth.
- the device 1 also comprises five toothed wheels 5 of the same diameter and meshing with the toothed crowns 4 facing each other, said wheels being successively mobile then integral in rotation with a motor axis 6.
- Clutch means 7 are provided for successively placing the toothed wheels in a first position, in free rotation relative to the motor axis 6, and in a second position, engaged, integral in rotation with the motor axis, as is will see it below.
- the clutch means 7 comprise an intermediate plate 8 comprising a recessed part arranged to cooperate with a pin 9 with spring, integral with an upper face 10, itself rigidly fixed to the motor axis 6.
- the device according to the embodiment of the invention more particularly described here also includes means 11 for raising the pin 9 to bring the latter into the disengaging and uncoupling position of the toothed wheel from the motor axis 6.
- the means 11 comprise a fixed rod 12, disposed at some distance from the teeth of the toothed wheels, and provided with non-return pawls of the toothed wheels which will be used below.
- the means 11 comprise five inclined planes 13 respectively serving as a raceway for rollers 14 respectively vertically integral with members 15 suitable for raising the pins 9 when these the latter are facing each other to allow clearance.
- the device 1 further comprises means 16 making it possible to actuate the axis 3 in rotation, or to be actuated in rotation by the axis 3, which rotates freely on one side in a bearing 17 and which is integral with the on the other side of a wheel 18 which can be connected to an external power supply or release wheel (not shown).
- the means 16 make it possible in particular to initially reassemble all of the springs whose housings are then locked in rotation, but these can also be reassembled via the motor axis 6.
- the motor axis 6 is for its part fixed with a side to a rolling bearing 19 and connected on the other side, for example via a geared motor system 20, known in itself, to an electric motor 21 arranged, for example via a gearbox 22, to supply a alternator 23 to generate electricity, or on the contrary to be supplied by said alternator, for example connected to a wind turbine, to rotate the engine 21 then the engine axis 6.
- FIG. 2 is a side sectional view along III-III of the housing 2.
- the housing 2 comprises a cylindrical body 24, integral with two circular end walls 25, fixed to the body for example by screws 26.
- the circular walls 25 are pierced axially right through a circular orifice 27 for passage of the 'axis 3 and each comprise a rolling bearing 28, located outside ensuring free rotation of the housing around the axis 3 virtually without any friction.
- a ring gear 4 is also fixed, for example by welding on the external face of the body 24.
- the body 4 of the housing 2 comprises a spiral spring 29 fixed at its central end 30 on a ring 31 integral in rotation with the axis 3 for example by means of a lug 32.
- the spring has been shown in the figure with three turns for ease of use, but it goes without saying that it has many more, so as to allow longer reeling.
- the other end 33 of the spring is secured to the housing by means of a rod 35 fixed to the walls 25.
- FIG. 4 shows the two main elements of the device 1 according to the invention, in separate parts, namely the housing 2, and the toothed wheel 5.
- the wheel 5 comprises a cylindrical flat block 36 provided with teeth 37 at its periphery, meshing with the teeth of the crown of the housing 2.
- the block 36 is mounted movable around the motor axis 6 via a ball winding bearing 38 known in itself. It has five holes 39 (see FIG. 5) regularly distributed angularly over a circle in the zone situated at its periphery. The number of holes here is five because the embodiment more particularly described here comprises five boxes. In fact, if there were n boxes, the number would be n.
- the axis 6 being vertical, a lower stop 40 is fixed to the axis 6 and allows the paver not to descend along the axis.
- the block comprises in the lower part means 15 which will be detailed with reference to FIG. 6, and in the upper part the intermediate plate 8, with sector, integral with the block.
- the plate 8 is located between the block and an upper plate 10 fixed and integral in rotation with the axis 6, said plate 10 being provided with the pin 9 which will also be detailed with reference to FIG. 6.
- Figure 5 has been shown a top view of the intermediate plate 8.
- the plate consists of a flat disc centered around the axis 6, including an end sector 41, for example over a portion of 100 ° , has been hollowed out, so as to discover an orifice 39.
- They comprise a pin 9 fixed on the external face of a cup 42 on which a coil spring 43 bears on the other side on a cap 44 screwed onto a cylindrical receptacle 45 secured to the upper plate 10, for example by welding.
- the means 7 further comprise means 11 for raising the pin through the block, to allow the end 47 thereof to disengage from the hole 39, above the block, then resting on the surface 48 of the intermediate plate 8.
- the means 11 comprise five abutment members 49 aligned and coaxial with each hole 39, suitable for sliding movement in a tube 50 secured to the block 36 between a high position for erasing the counter vis-à-vis above the plate 8 and a low position of penetration of the pin in the block, and therefore of engagement of the toothed wheel with the axis 6.
- the means 11 comprise a lug
- the member 49 is provided with a roller 14 for rolling on a circle concentric with the axis 6, which is brought to cooperate with the plates or inclined planes which will now be detailed with reference to FIG. 7.
- FIG. 7 shows part of the lifting means which comprise a rod 53 comprising inclined plates 13 on which the rollers 14 rise and allow the pin to disappear on the surface of the plate 8, before the latter fall back into a hole 39, once the perforated plate 8 leaves said hole uncovered.
- the plates are in the shape of an arc of a circle with an angle arranged as a function of their width to raise the pin 9 of the difference in height necessary to allow the erasure of the pin.
- the rod 53 located a little distance from the toothed wheels, also includes the non-return pawls 54 of the toothed wheels, preventing the backward movement of said wheels when the latter are detached from the axis 6, under the unwinding force of the springs of the housings. opposite.
- the springs 29 of the five boxes 2 are bandaged by rotating the axis 3 by means 16, supplied with directly available energy, the boxes being locked in rotation. Then axis 3 is locked in turn in rotation.
- a brake (not shown) then releases the axis 6 (previously immobilized).
- the first housing for example the upper housing being engaged on the toothed wheel 5, itself locked on the axis 6, the latter is rotated at the same speed (if the wheel diameters between housing and toothed wheel are identical), but in the opposite direction under the return force of the spring which begins to unwind.
- the other housings are stationary, because locked in rotation by the toothed wheels opposite which are disengaged from the axis 6, the toothed wheels being stopped by non-return pawls 54.
- the toothed wheel is then detached from the axis and remains blocked by the non-return pawl 54, the pin 9 then passing over the surface of the plate 8 due to the rotation of the axis 6 which is indeed, this time , driven by the second gear, for example located just below the first.
- This wheel in fact comprises a plate 8 offset by a fifth of a turn, from the plate 8 of the first wheel.
- the pin 9 of the corresponding upper plate 10 therefore snaps into the hole
- the axis 6 is therefore actuated permanently and continuously by the springs of the housings 2 which gradually relax one by one and successively.
- the device thus rotates the motor 21, to create electrical energy.
- the axis 6 is permanently actuated by a power source causing the electric motor 21 to rotate more or less quickly, and therefore the axis 6. This then causes symmetrically with what has just been described, the first toothed wheel which actuates the corresponding spring housing which, via its internal spring which comes into compression on the axis 3, rotates the axis 3 in the opposite direction, a regulated speed equal to one fifth of the speed of rotation of axis 6.
- the first means 60 comprise an elevator 61 in noria, with buckets 62, for example actuated electrically or manually.
- the buckets 62 are arranged to raise balls 63, for example of a few kilos, to a tank 64 (see figure 8) or a sloping belt 65 (see figure 9) which feeds via a locking latch 66 to the in the event that one does not wish to actuate, a cup 67 secured to a chain 68 for actuating the spring housing in rotation enabling the latter to be tightened.
- the cups for example one or a few tens, for example between ten and twenty, descend loaded with balls, then return to the low point of the elevator 61.
- the tank 64 has a storage of balls / weight varying according to the number of days of operation. It releases via the locking latch 67 controlled remotely and / or automatically, one ball at a time. The ball drives down the belt or chain integral in rotation with the spring housing.
- At least one ball is also reassembled when necessary, to be placed in the housing storing the balls (see figure 8).
- the balls released from the housing generate downward the same force as the spring, which allows the tension or compression of the spring to be constant.
- the recharging means comprise a wind turbine, and the wind is not constant, an adequate number of balls is provided in the tank to allow operation even in
- the setting of the ascent speed of the balls depends on the region. Thus, in strong winds, the loading of balls into the tank will be faster, which makes it possible to reconstitute the storage more quickly.
- This is equipped with a buoy 71 (float) placed inside a structure 72 metallic vertical guide in water, for example constituted by four guide rails.
- the buoy is connected by a chain or rope 73 to the periphery of the housing 74.
- the energy of the waves is captured in the vertical direction at the descent of the buoy with the tide.
- the descent of the buoy 71 in fact generates the re-tensioning of the spring 75, the crown of the spring-loaded housing 76 comprising a system of pawls 77 (see FIG. 6), which allows the chain to go up with the waves and to on the other hand, capture energy when the buoy descends with its weight.
- the present invention is not limited to embodiment more particularly described but on the contrary embraces all the variants and in particular those where the clutch system of the toothed wheels is different and / or the latter are in greater number with more or less large diameters.
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif (1) accumulateur d'énergie mécanique comprenant au moins deux boîtiers (2) cylindriques identiques mobiles en rotation autour d'un premier axe (3), chaque boîtier contenant un ressort à spirale (29) dont le centre (30) est fixé au premier axe et l'extrémité externe (33) est fixée au boîtier correspondant. Lesdits boîtiers sont munis sur leur face externe cylindrique d'une couronne dentée (4) coopérant avec une roue dentée (5) située en vis à vis successivement mobile, puis solidaire en rotation par rapport à un second axe (6), dit axe moteur, chaque roue comportant pour ce faire des moyens (7) d'embrayage pour mettre ladite roue dans une première position débrayée de l'axe moteur (6), et une deuxième position, embrayée, solidaire en rotation avec l'axe moteur.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE ACCUMULATEUR D'ENERGIE MECANIQUE
La présente invention concerne un dispositif et un procédé accumulateur d'énergie mécanique permettant de retransmettre de façon différée et étalée dans le temps une énergie mécanique préalablement accumulée.
Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine du stockage d'énergie rechargeable de façon répétitive pendant une période déterminée, et que l'on souhaite utiliser plus régulièrement, et notamment pendant un temps où celle-ci n'est plus directement disponible.
C'est notamment le cas de l'énergie solaire qui n'est utilisable directement que le jour, ou encore le cas d'énergie marémotrice dont on ne peut bénéficier qu'à marée descendante.
On connaît déjà des dispositifs permettant d'alimenter un appareil, un système ou autre en continu, qui utilise les sources de combustibles fossiles comme le gasoil, le gaz ou l'essence à titre de secours d'une autre énergie qui n'est disponible que pendant des plages de temps non continues.
Il existe également des moyens de stockage de l'énergie sous forme de retenue d'eau (barrage) ou encore par alimentation de batterie d'accumulation électrique par exemple chimique que l'on charge, avant de les décharger pendant la période ou l'énergie n'est plus disponible. De tels dispositifs présentent des inconvénients.
Ils sont en effet polluants (cas des combustibles fossiles), encombrants, nécessitant la construction d'ouvrages d'art tels que des barrages et/ou canalisations gravitaires avec turbines hydrauliques (cas des retenues d'eau) ou encore fragiles et de capacité de stockage réduite (cas des batteries) .
La présente invention vise à fournir un dispositif accumulateur d'énergie mécanique répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique notamment en ce qu'elle propose un système à ressort basé sur une accumulation pendant un premier temps, de l'énergie disponible directement à partir d'une autre source (soleil, vent, etc.) qui est facile à mettre en œuvre, d'un entretien aisé et adaptable à tout type d'environnement.
Il est peu encombrant et peu coûteux, tout en ne nécessitant pour sa fabrication que des éléments simples, que l'on trouve partout dans le monde.
En ce sens, un tel dispositif accumulateur peut trouver son utilisation dans les pays en voie de développement, ou dans des environnements qui ne bénéficient pas d'une alimentation électrique installée de façon permanente.
Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif accumulateur d'énergie mécanique comprenant au moins deux boîtiers cylindriques identiques mobiles en rotation autour d'un premier axe, chaque boîtier contenant un ressort à spirale dont le centre est fixé audit premier axe et l'extrémité externe est fixée à la face interne
cylindrique du boîtier correspondant, lesdits boîtiers étant munis sur leur face externe cylindrique d'une couronne dentée coopérant avec une roue dentée située en vis à vis successivement mobile, puis solidaire en rotation par rapport à un second axe, dit axe moteur, chaque roue comportant pour ce faire des moyens d'embrayage pour mettre ladite roue dans une première position, débrayée de l'axe moteur, et une deuxième position, embrayée, solidaire en rotation avec l'axe moteur.
Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le dispositif accumulateur comporte cinq boîtiers et roues dentées correspondantes, les ressorts de chaque boîtier se détendant successivement d'un cinquième de tour.
- le premier axe est agencé pour être maintenu fixe, les boîtiers à ressort étant agencés pour faire tourner l'axe moteur, les roues dentées entraînant l'axe moteur en étant elles-mêmes successivement actionnées par les couronnes dentées en vis à vis, lesdites roues dentées étant mises en rotation par les ressorts qui se détendent successivement et progressivement, puis étant bloquées en rotation avec lesdits boîtiers lors de leur désolidarisation de 1 ' axe moteur ;
- le premier axe est mobile et agencé pour tourner en sens inverse de l'axe moteur avec une vitesse inférieure à celle de l'axe moteur, pour retendre
partiellement le ou les ressorts du ou des boîtiers en vis-à-vis des roues dentées immobilisées par cliquets .
Pour ce faire, la vitesse de rotation du premier axe entraîné par l'axe moteur via le ressort du boîtier engrené, est régulé de façon connue en elle- même .
Dans une telle disposition l'axe moteur est actionné par une force externe, par exemple une éolienne de forte puissance qui permet de faire tourner le premier axe selon une vitesse constante, ou dans un rapport constant, correspondant à une énergie déterminée, et d'utiliser le surplus ponctuel d'énergie pour recharger le dispositif accumulateur. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de « lisser » l'alimentation en énergie qui peut être aléatoire, très forte à certains moments (vent fort dans l'exemple de l' éolienne) et très faible, voire nulle à d'autres moments (calme plat) ; - le premier axe est mobile et agencé pour tourner en sens inverse de l'axe moteur avec une vitesse égale à la vitesse de l'axe moteur divisée par le nombre de boîtiers.
Ainsi, pendant que le ressort du boîtier engrené se dévide pour faire tourner le premier axe à une vitesse plus faible, les autres ressorts situés dans les autres boîtiers immobilisés se retendent d'un cinquième ou sensiblement un cinquième de la puissance délivrée par l'axe moteur, ce qui tend à reconstituer l'énergie mécanique de ces ressorts de
façon sensiblement permanente et continue, donnant ainsi toujours une énergie disponible en sortie du premier axe, sans que l'on puisse observer d'épuisement de la force accumulée dans les ressorts ;
- les moyens d'embrayage pour chaque roue dentée comportent un pion solidaire en rotation de l'axe moteur et propre à se déplacer entre une première position de dégagement de la roue dentée libre en rotation par rapport à l'axe moteur et une seconde position d'enclenchement de la roue dentée pour la rendre solidaire en rotation de l'axe moteur ;
- les moyens d'embrayage comportent une plaque comprenant une partie évidée s 'étendant sur un secteur d'arc de cercle de longueur déterminée, ladite plaque étant agencée pour coopérer à frottement avec l'extrémité du pion ;
- l'axe moteur est connecté à un moteur électrique ; - le dispositif comporte des moyens à ressort d' actionnement du pion en position d'enclenchement de la roue dentée, et des moyens de remontée du pion en position de dégagement au-dessus et en appui sur la surface de la plaque ; - les moyens de remontée comprennent une tige comportant des plaquettes inclinées servant respectivement de chemin de roulement à un galet solidaire verticalement d'un organe propre à remonter le pion correspondant à chacune des roues dentées ;
- le dispositif accumulateur comprend de plus des moyens de recharge de l'énergie potentielle du ou des ressorts ;
- les moyens de recharge comportent une éolienne ; - les moyens de recharge comportent un système d'accumulation d'énergie gravitaire à boules ;
- les moyens de recharge utilisent l'énergie marémotrice .
L'invention concerne également un procédé mettant en œuvre le dispositif tel que décrit ci-avant.
Elle concerne notamment un procédé de rechargement partiel de l'énergie mécanique de ressorts pendant le déchargement accéléré de l'énergie mécanique d'un autre ressort, et ce successivement dans le temps. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode 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 d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
- La figure 2 est une vue en coupe latérale selon II -II de la figure 3, d'un boîtier appartenant au dispositif de la figure 1. - La figure 3 est une vue de dessus en coupe selon III-III de la figure 2, du boîtier de la figure 2.
- La figure 4 est une vue éclatée, en pièces détachées, partiellement en coupe, d'un boîtier et de la roue dentée en vis-à-vis, appartenant au dispositif de la figure 1.
- La figure 5 est une vue de dessus de la roue dentée montrant la surface supérieure à secteur de la plaque .
- La figure 6 est une vue en coupe latérale des moyens à ressort d' actionnement du pion en position d'enclenchement de la roue dentée.
- La figure 7 est une vue latérale de la tige à plaques de remontée successive des pions, pour enclenchement des roues dentées. - Les figures 8 et 9 sont des vues latérales schématiques de modes de réalisation de moyens de recharge à boules selon l'invention.
- Les figures 10 et 11 sont des vues, respectivement latérale et de dessus, d'un mode de réalisation de moyens de recharge utilisant la force marémotrice .
- La figure 12 est une vue schématique de la boîte à ressort avec cliquet utilisée par exemple avec les moyens de recharge des figures 10 et 11. La figure 1 montre un dispositif 1 comprenant cinq boîtiers identiques 2, cylindriques, par exemple métalliques de hauteur égale au tiers de leur diamètre, mobiles en rotation autour d'un premier axe 3. Chaque boîtier comporte un ressort à spirale interne qui sera plus amplement décrit par la suite et est muni sur sa face externe cylindrique d'une couronne dentée 4, solidaire du boîtier correspondant et comprenant par exemple 64 dents.
Le dispositif 1 comprend également cinq roues dentées 5 de même diamètre et s 'engrenant avec les couronnes dentées 4 en vis-à-vis, lesdites roues étant successivement mobiles puis solidaires en rotation d'un axe moteur 6.
Des moyens d'embrayage 7 sont prévus pour mettre successivement les roues dentées dans une première position, en rotation libre par rapport à l'axe moteur 6, et dans une deuxième position, embrayée, solidaire en rotation avec l'axe moteur, comme on va le voir ci-après.
Les moyens d'embrayage 7 comportent une plaque intermédiaire 8 comprenant une partie évidée agencée pour coopérer avec un pion 9 à ressort, solidaire d'une face supérieure 10, elle-même fixée rigidement à 1 ' axe moteur 6.
Le dispositif selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici comporte également des moyens 11 de remontée du pion 9 pour amener ce dernier en position de dégagement et de désolidaπsation de la roue dentée d'avec l'axe moteur 6.
Les moyens 11 comportent une tige 12 fixe, disposée a quelque distance des dents des roues dentées, et munie de cliquets antiretour des roues dentées dont on verra l'utilisation dans la suite.
Les moyens 11 comprennent cinq plans inclinés 13 servant respectivement de chemin de roulement à des galets 14 respectivement solidaires verticalement d'organes 15 propres à remonter les pions 9 quand ces
derniers se trouvent en vis-à-vis pour permettre le dégagement .
Le dispositif 1 comporte de plus des moyens 16 permettant d'actionner en rotation l'axe 3, ou d'être actionnés en rotation par l'axe 3, qui tourne librement d'un côté dans un roulement 17 et qui est solidaire de l'autre côté d'une roue 18 qui peut être raccordée à une roue externe d'alimentation ou de relargage d'énergie (non représentée) . Les moyens 16 permettent notamment de remonter initialement l'ensemble des ressorts dont les boîtiers sont alors bloqués en rotation, mais ceux-ci peuvent également être remontés via l'axe moteur 6. L'axe moteur 6 est quant à lui fixé d'un côté à un palier de roulement 19 et connecté de l'autre côté, par exemple via un système de motoréducteur 20, connu en lui-même, à un moteur électrique 21 agencé, par exemple via un boîtier d'engrenage 22, pour alimenter un alternateur 23 pour générer de l'électricité, ou au contraire pour être alimenté par ledit alternateur, par exemple raccordé à une éolienne, pour faire tourner le moteur 21 puis l'axe moteur 6.
On va maintenant détailler plus précisément les éléments du dispositif qui vient d'être décrit en référence aux figures 2 à 7.
Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner les mêmes éléments .
La figure 2 est une vue en coupe latérale selon III-III du boîtier 2.
Le boîtier 2 comprend un corps cylindrique 24, solidaire de deux parois circulaires d'extrémité 25, fixés sur le corps par exemple par vis 26. Les parois circulaires 25 sont percées axialement de part en part d'un orifice circulaire 27 de passage de l'axe 3 et comprennent chacune un palier 28 de roulement, situé à l'extérieur assurant une rotation libre du boîtier autour de l'axe 3 pratiquement sans aucun frottement . Comme on l'a vu, une couronne dentée 4 est par ailleurs fixée, par exemple par soudage sur la face externe du corps 24.
En référence à la figure 3, le corps 4 du boîtier 2 comprend un ressort en spirale 29 fixé à son extrémité centrale 30 sur une bague 31 solidaire en rotation de l'axe 3 par exemple par le biais d'un ergot 32. Le ressort a été représenté sur la figure avec trois spires pour raison de facilité mais il va de soi qu'il en comporte beaucoup plus, de façon à permettre un dévidement plus long.
L'autre extrémité 33 du ressort est quant à elle solidaire du boîtier par le biais d'une tige 35 fixée aux parois 25.
On a représenté sur la figure 4, les deux éléments principaux du dispositif 1 selon l'invention, en pièces détachées, à savoir le boîtier 2, et la roue dentée 5.
Cette dernière va donc maintenant être détaillée, en faisant également référence aux figures 5 et 6.
La roue 5 comporte un pavé plat 36 cylindrique muni de dents 37 à sa périphérie, s ' engrenant avec les dents de la couronne du boîtier 2.
Le pavé 36 est monté mobile autour de l'axe moteur 6 via un palier à enroulement à billes 38 connu en lui-même. Il comporte cinq trous 39 (voir figure 5) répartis régulièrement angulairement sur un cercle de la zone située à sa périphérie Le nombre de trous est ici cinq parce que le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici comporte cinq boîtiers. En fait, s'il y avait n boîtiers, le nombre serait n.
L'axe 6 étant vertical, une butée 40 inférieure est fixée à l'axe 6 et permet au pavé de ne pas descendre le long de l'axe. Le pavé comporte en partie inférieure des moyens 15 qui vont être détaillés en référence à la figure 6, et en partie supérieure la plaque intermédiaire 8, à secteur, solidaire du pavé.
La plaque 8 est située entre le pavé et une plaque supérieure 10 fixée et solidaire en rotation de l'axe 6, ladite plaque 10 étant munie du pion 9 qui va lui aussi être détaillé en référence à la figure 6.
Sur la figure 5 a été représentée une vue de dessus de la plaque intermédiaire 8. La plaque est constituée d'un disque plat centré autour de l'axe 6, dont un secteur d'extrémité 41, par exemple sur une portion de 100°, a été évidé, de façon à découvrir un orifice 39.
Les moyens 7 d'embrayage pour chaque roue dentée prévus dans le mode de réalisation de l'invention
plus particulièrement décrit ici vont maintenant être décrits .
Ils comportent un pion 9 fixé sur la face externe d'une coupelle 42 sur laquelle appuie un ressort à boudin 43 en appui de l'autre côté sur un chapeau 44 vissé sur un réceptacle cylindrique 45 solidaire de la plaque supérieure 10, par exemple par soudage.
Lorsque le ressort 43 est détendu au maximum, la coupelle est en butée sur la face supérieure de la plaque 10, le pion étant enfoncé entièrement au travers de la plaque 10, de la plaque intermédiaire 8 et dans un trou 39 du pavé 36.
Les moyens 7 comprennent de plus des moyens 11 de remontée du pion au travers du pavé, pour permettre à l'extrémité 47 de celui-ci de se dégager du trou 39, au-dessus du pavé, puis en appui sur la surface 48 de la plaque intermédiaire 8.
Les moyens 11 comprennent cinq organes à butée 49 alignés et coaxiaux avec chaque trou 39, propres à se déplacer à coulissement dans un tube 50 solidaire du pavé 36 entre une position haute d'effacement du pion en vis-à-vis au-dessus de la plaque 8 et une position basse de pénétration du pion dans le pavé, et donc d'embrayage de la roue dentée avec l'axe 6. Pour ce faire, les moyens 11 comprennent un ergot
51 en contact avec l'extrémité 47 du pion 9 et une extrémité à butée verticale 52 entre les deux positions .
L'organe 49 est muni d'un galet 14 de roulement sur un cercle concentrique à l'axe 6, qui est amené à
coopérer avec les plaquettes ou plans inclinés qui vont maintenant être détaillés en référence à la figure 7.
La figure 7 montre une partie des moyens de remontée qui comportent une tige 53 comportant des plaquettes inclinées 13 sur lesquelles les galets 14 remontent et permettent au pion de s'effacer sur la surface de la plaque 8, avant que ces derniers ne retombent dans un trou 39, une fois que la plaque 8 ajourée laisse découvert ledit trou.
Plus précisément, les plaquettes sont en forme d'arc de cercle avec un angle agencé en fonction de leur largeur pour remonter le pion 9 du dénivelé nécessaire pour permettre l'effacement du pion. La tige 53, située un peu à distance des roues dentées, comporte également les cliquets 54 antiretour des roues dentées, empêchant le retour en arrière desdits roues quand ces dernières sont désolidarisées de l'axe 6, sous la force de dévidement des ressorts des boîtiers en vis-à-vis.
On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif selon l'invention en faisant plus particulièrement référence aux figures 1, 5 et 6, dans les deux modes possibles de réalisation du procédé.
Dans le premier cas, les ressorts 29 des cinq boîtiers 2 sont bandés en faisant tourner l'axe 3 par le biais des moyens 16, alimentés en énergie directement disponible, les boîtiers étant quant à eux bloqués en rotation.
Puis l'axe 3 est bloqué à son tour en rotation. Pour mettre en marche le dispositif un frein (non représenté) libère alors l'axe 6 (préalablement immobilisé) . Le premier boîtier, par exemple le boîtier supérieur étant en prise sur la roue dentée 5, elle- même bloquée sur l'axe 6, ce dernier est entraîné en rotation à la même vitesse (si les diamètres de roues entre boîtier et roue dentée sont identiques) , mais dans le sens inverse sous la force de rappel du ressort qui commence à se dévider.
Les autres boîtiers sont quant à eux immobiles, car bloqués en rotation par les roues dentées en vis- à-vis qui sont débrayées de l'axe 6, les roues dentées étant quant à elles arrêtées par des cliquets antiretour 54.
Lorsque le galet 14 arrive après une rotation d'un cinquième de tour, sur la plaquette 13, le pion 9, repoussé par les moyens de remontée 11, passe sur le dessus de la roue dentée.
La roue dentée est alors désolidarisée de l'axe et reste bloquée par le cliquet antiretour 54, le pion 9 passant alors sur la surface de la plaque 8 du fait de la rotation de l'axe 6 qui est en effet, cette fois-ci, entraîné par la deuxième roue dentée, par exemple située juste en dessous de la première.
Cette roue comporte en effet une plaque 8 décalée d'un cinquième de tour, de la plaque 8 de la première roue .
Le pion 9 de la plaque supérieure 10 correspondante, vient donc s ' encliqueter dans le trou
39 en vis-à-vis, un cinquième de tour plus tard, et ainsi de suite avec les roues suivantes jusqu'à revenir à la première.
L'axe 6 est donc actionné en permanence et de façon continue par les ressorts des boîtiers 2 qui se détendent petit à petit un par un et successivement.
Le dispositif fait ainsi tourner le moteur 21, pour créer de l'énergie électrique.
Dans l'autre mode de réalisation de l'invention, l'axe 6 est actionné en permanence par une source d'énergie faisant tourner le moteur électrique 21 plus ou moins vite, et donc l'axe 6. Celui-ci entraîne alors de façon symétrique avec ce qui vient d'être décrit, la première roue dentée qui actionne le boîtier à ressort correspondant qui, via son ressort interne qui vient en compression sur l'axe 3, fait tourner l'axe 3 dans le sens inverse, à une vitesse régulée égale au cinquième de la vitesse de rotation de l'axe 6.
Les quatre autres boîtiers étant immobilisés comme on l'a vu, voient leur ressort se retendre en partie, ce qui permet de maintenir une durée de fonctionnement accrue de l'ensemble du système, en utilisant en permanence et s'il y a lieu le surplus d'énergie de la source 23.
On va maintenant décrire des moyens 60 de recharge de l'énergie des ressorts en référence aux figures 8 et 9.
Dans la suite on utilisera des mêmes numéros pour désigner les mêmes éléments ou des éléments similaires .
Les premiers moyens 60 comprennent un élévateur 61 en noria, à godets 62, par exemple actionnés électriquement ou manuellement.
Les godets 62 sont agencés pour remonter des boules 63, par exemple de quelques kilos, jusqu'à un réservoir 64 (Cf. figure 8) ou un tapis en pente 65 (Cf. figure 9) qui alimente via un loquet de blocage 66 au cas où on ne souhaite pas actionner, une coupelle 67 solidaire d'une chaîne 68 d' actionnement en rotation du boîtier à ressort permettant de retendre ce dernier. Les coupelles, par exemple au nombre de une ou quelques dizaines, par exemple entre dix et vingt, redescendent chargées de boules, pour revenir ensuite au point bas de l'élévateur 61.
Plus précisément, le réservoir 64 a un stockage de boules/poids variant selon le nombre de jours de fonctionnement. Il libère via le loquet de blocage 67 commandé à distance et/ou automatiquement, une boule à la fois. La boule entraîne en descendant la courroie ou chaîne solidaire en rotation du boîtier à ressort.
Au moins une boule est par ailleurs remontée quand cela est nécessaire, pour être déposée dans le boîtier stockant les boules (Cf. figure 8).
Les boules libérées du boîtier, engendrent en descendant la même force que le ressort, ce qui
permet à la traction ou compression du ressort d'être constante .
Dans le cas où, de plus, les moyens de recharge comprennent une éolienne, et le vent n'est pas constant, un nombre adéquat de boules est prévu dans le réservoir pour permettre le fonctionnement même en
1 ' absence de vent .
Le réglage de la vitesse de remontée des boules est fonction de la région. Ainsi, par vent fort, le chargement de boules dans le réservoir sera plus rapide, ce qui permet de reconstituer plus rapidement le stockage.
En référence aux figures 10 et 11, il est par exemple également prévu l'utilisation de l'énergie marémotrice via une installation 70. Celle-ci est équipée d'une bouée 71 (flotteur) placée à l'intérieur d'une structure 72 métallique de guidage vertical dans l'eau, par exemple constitué par quatre rails de guidage. La bouée est reliée par une chaîne ou une corde 73 à la périphérie du boîtier 74.
L'énergie des vagues est captée dans le sens vertical à la descente de la bouée avec la marée.
La descente de la bouée 71 engendre en effet la remise en tension du ressort 75, la couronne du boîtier 76 à ressort comportant un système de cliquets 77 (Cf. figure 6) , ce qui permet à la chaîne de remonter avec les vagues et de capter par contre l'énergie lorsque la bouée descend avec son poids.
Comme il va de soi et comme il résulte de ce qui précède, la présente invention ne se limite pas au
mode de réalisation plus particulièrement décrit mais en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où le système d'embrayage des roues dentées est différent et/ou ces dernières sont en plus grand nombre avec des diamètres plus ou moins importants .
Claims
1. Dispositif (1) accumulateur d'énergie mécanique comprenant au moins deux boîtiers (2) cylindriques identiques mobiles en rotation autour d'un premier axe (3) , chaque boîtier contenant un ressort à spirale (29) dont le centre (30) est fixé audit premier axe et l'extrémité externe (33) est fixée au boîtier correspondant, lesdits boîtiers étant munis sur leur face externe cylindrique d'une couronne dentée (4) coopérant avec une roue dentée
(5) située en vis à vis successivement mobile, puis solidaire en rotation par rapport à un second axe
(6) , dit axe moteur, chaque roue comportant pour ce faire des moyens (7) d'embrayage pour mettre ladite roue dans une première position débrayée de l'axe moteur (6), et une deuxième position, embrayée, solidaire en rotation avec l'axe moteur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comporte cinq boîtiers et roues dentées correspondantes, les ressorts de chaque boîtier se détendant successivement d'une portion de tour .
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier axe est agencé pour être maintenu fixe, les boîtiers étant agencés pour faire tourner l'axe moteur, les roues dentées (5) entraînant ledit axe moteur (6) en étant elles-mêmes actionnées par les couronnes dentées (4) en vis à vis, mises en rotation par les ressorts (29) qui se détendent successivement et progressivement .
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier axe est mobile et agencé pour tourner en sens inverse de l'axe moteur, pour retendre partiellement le ressort du ou des boîtiers en vis-à-vis des roues dentées immobilisées par cliquets
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier axe est mobile et agencé pour tourner en sens inverse de l'axe moteur avec une vitesse égale à la vitesse de l'axe moteur divisée par le nombre de boîtiers.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (7) d'embrayage pour chaque roue dentée comportent un pion (9) solidaire en rotation de l'axe moteur et propre à se déplacer entre une première position de dégagement de la roue dentée libre en rotation par rapport à l'axe moteur et une seconde position d'enclenchement de la roue dentée pour le rendre solidaire en rotation de l'axe moteur.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens (7) d'embrayage comportent une plaque intermédiaire (8) comprenant une partie évidée (41) s' étendant sur un secteur d'arc de cercle de longueur déterminée, ladite plaque étant agencée pour coopérer à frottement avec l'extrémité (47) dudit pion (9).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que l'axe moteur (6) est connecté à un moteur électrique
(21) .
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que il comporte des moyens à ressort (43) d' actionnement du pion (9) en position d'enclenchement de la roue dentée (5) , et des moyens (11) de remontée du pion en position de dégagement au-dessus du pavé puis en appui sur la surface de la plaque (8) .
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (11) de remontée comprennent une tige (53) comportant des plaquettes (13) inclinées servant respectivement de chemin de roulement à un galet solidaire verticalement d'un organe propre à remonter le pion correspondant à chacune des roues dentées .
11. Dispositif accumulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens (60, 70) de recharge de l'énergie potentielle du ou des ressorts.
12. Dispositif accumulateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de recharge comportent une éolienne.
13. Dispositif accumulateur selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les moyens (60) de recharge comportent un système d'accumulation d'énergie gravitaire à boules.
14. Dispositif accumulateur selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les moyens de recharge comportent des moyens (70) utilisant l'énergie marémotrice.
15. Procédé de fonctionnement d'un dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on maintient le premier axe fixe et on fait tourner l'axe moteur en actionnant successivement les roues dentées par les couronnes dentées en vis-à-vis mises en rotation par les ressorts qui se détendent successivement et progressivement .
16. Procédé de fonctionnement d'un dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on laisse tourner le premier axe en sens inverse de l'axe moteur, avec une vitesse inférieure à celle de l'axe moteur, pour retendre partiellement le ressort du ou des boîtiers en vis-à-vis des roues dentées immobilisées par cliquet.
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