La présente invention est relative aux dispositifs de stockage d'énergie à volant d'inertie.

Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie comprenant : - un volant d'inertie en matériau magnétiquement perméable, monté rotatif autour d'un axe central, ce volant d'inertie portant des pôles en matériau magnétiquement perméable, ledit volant d'inertie comportant une périphérie extérieure qui présente une certaine largeur axiale, - et un stator comportant d'une part, des bobines induites et d'autre part, au moins une bobine d'excitation et un circuit magnétique adaptés pour générer un champ magnétique traversant les pôles et les bobines induites.

Le document WO-A-01/63 729 décrit un exemple d'un tel dispositif de stockage d'énergie.

La présente invention a notamment pour but de perfectionner encore les dispositifs de stockage d'énergie de ce type, notamment pour en augmenter la puissance sans avoir à augmenter outre mesure le diamètre du volant d'inertie. En effet, une telle augmentation de diamètre n'est pas souhaitable, pour deux raisons : - la force centrifuge subie par la périphérie du volant d'inertie augmente avec le diamètre de ce volant, de sorte que ce diamètre ne peut pas tre augmenté indéfiniment, - et il est de toutes façons souhaitable de limiter l'encombrement du dispositif.

A cet effet, selon l'invention, un dispositif de stockage d'énergie du genre en question est caractérisé en ce que les bobines induites du stator sont disposées radialement autour du volant d'inertie, le circuit magnétique du stator comprenant : - une partie externe entourant le volant d'inertie et dans laquelle sont logées les bobines induites, ladite

partie externe étant séparée radialement dudit volant d'inertie par un entrefer de travail ayant une épaisseur inférieure à 20 mm, - et au moins un flasque latéral en matériau magnétiquement perméable, disposé latéralement par rapport au volant d'inertie et séparé axialement dudit volant d'inertie par un entrefer de retour ayant une épaisseur inférieure à 20 mm, et en ce que les pôles du volant d'inertie sont délimités angulairement par des évidements ménagés à la périphérie extérieure du volant d'inertie, et ouverts radialement vers l'extérieur, chaque évidement présentant une profondeur au moins égale à trois fois l'épaisseur de l'entrefer de travail, et les évidements s'étendant sur une largeur axiale inférieure à la largeur axiale de la périphérie extérieure du volant d'inertie, lesdits évidements étant formés uniquement dans une partie centrale de ladite périphérie extérieure du volant d'inertie.

Grâce à ces dispositions, l'entrefer de travail présente un diamètre plus important que dans l'art antérieur susmentionné, ce qui augmente la puissance de l'alternateur électrique constitué par le volant d'inertie et le stator. De plus, on met à profit les flasques latéraux (qui peuvent par exemple faire partie d'une enceinte sous vide dans laquelle est logé le volant d'inertie) et les parties latérales du volant d'inertie pour refermer au mieux les lignes de champ magnétique et donc limiter les pertes magnétiques. De plus, les parties pleines annulaires de la périphérie extérieure du volant d'inertie renforcent considérablement la résistance mécanique du volant d'inertie et contribuent en outre à optimiser le stockage d'énergie cinétique.

Enfin, cette disposition permet également, le cas échéant, de réaliser un volant d'inertie qui soit parfaitement symétrique par rapport à un plan médian radial et donc bien équilibré.

Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - les évidements ont tous sensiblement une mme longueur circonférentielle et sont séparés les uns des autres par des zones non évidées présentant également sensiblement ladite longueur circonférentielle ; - chaque évidement est encadré axialement par deux parties pleines appartenant à la périphérie extérieure du volant d'inertie, chacune desdites parties pleines présentant une largeur axiale au moins égale à 0,25 fois la profondeur de l'évidement ; - la périphérie du volant d'inertie présente des fentes parallèles disposées dans des plans radiaux, ces fentes débouchant radialement vers l'extérieur et tangentiellement dans les évidements ; - lesdites fentes s'étendent chacune angulairement entre deux évidements successifs ; - lesdites fentes sont ménagées uniquement au voisinage de chaque évidement, d'un côté disposé vers l'avant dudit évidement dans le sens de rotation du volant d'inertie ; - la partie externe du circuit magnétique est réalisée en matériau ferromagnétique divisé et comporte des encoches dans lesquelles sont disposées les bobines induites, lesquelles bobines ne faisant pas saillie dans l'entrefer de travail ; - le stator comporte au moins deux bobines d'excitation cylindrique centrées sur l'axe central, qui encadrent axialement l'ensemble des bobines induites ; - la partie externe du circuit magnétique ainsi que les bobines induites et d'excitation sont imprégnées de résine thermo conductrice ; - les bobines d'excitation et les bobines induites sont reliées à des câbles électriques qui traversent des passages de câbles ménagés radialement dans une enceinte à

vide qui entoure le volant d'inertie et le stator, ces passages de câbles étant obturés par une résine qui imprègne également la partie externe du circuit magnétique ainsi que les bobines d'excitation et induites ; - le volant d'inertie et le stator sont disposés dans une enceinte à vide comportant au moins deux parois latérales encadrant axialement le volant d'inertie, au moins l'une desdites parois latérales comportant au moins un premier canal ouvert axialement vers le volant d'inertie, ce premier canal s'étendant selon un arc de cercle centré sur ledit axe central, dans le sens de rotation du volant d'inertie, entre une extrémité amont et une extrémité aval pourvue d'une sortie de gaz communiquant avec l'extérieur de l'enceinte à vide, tandis que le volant d'inertie est disposé et conformé pour entraîner en rotation des molécules de gaz dans ledit premier canal vers l'extrémité aval ; - le volant d'inertie comporte un deuxième canal circulaire disposé en correspondance avec le premier canal ; - au moins l'un des premier et deuxième canaux est pourvu d'ailettes ; - le volant d'inertie présente une couronne périphérique et une partie centrale, disposée radialement vers l'intérieur de la couronne périphérique et plus mince que ladite couronne périphérique ; - la couronne périphérique présente au moins une face annulaire intérieure, et au moins une masselotte d'équilibrage est fixée sur ladite face annulaire intérieure ; - la couronne périphérique présente au moins une face annulaire intérieure comportant un matériau ferromagnétique divisé, et au moins un aimant solidaire du stator est fixé au-dessus d'une portion inférieure de ladite face annulaire intérieure, ledit aimant étant disposé pour exercer une force vers le haut sur ledit

matériau ferromagnétique divisé, l'axe central étant horizontal ; - le volant d'inertie est encadré axialement par deux flasques latéraux en matériau magnétiquement perméable, séparés chacun dudit volant d'inertie par un entrefer de retour ayant une épaisseur inférieure à 20 mm ; - les flasques latéraux délimitent au moins partiellement une chambre à vide contenant Le volant d'inertie et le stator.

Par ailleurs, selon un autre aspect de l'invention, indépendant des aspects susmentionnés, un dispositif de stockage d'énergie comprend : - un volant d'inertie monté rotatif autour d'un axe central, ce volant d'inertie portant des pôles en matériau ferromagnétique disposés en regard d'un stator comportant des bobines induites et au moins une bobine d'excitation, - et une enceinte à vide contenant Le volant d'inertie, cette enceinte à vide comportant au moins une paroi latérale qui présente au moins un premier canal en arc de cercle ouvert axialement vers le volant d'inertie, ce premier canal étant centré sur ledit axe central et s'étendant, dans un sens de rotation du volant d'inertie, entre une extrémité amont et une extrémité avaL pourvue d'une sortie de gaz communiquant avec l'extérieur de la chambre à vide, tandis que le volant d'inertie est disposé pour entraîner en rotation des molécules de gaz dans ledit premier canal vers l'extrémité aval. Avantageusement, dans cet aspect de l'invention, le volant d'inertie peut comporter un deuxième canal disposé en correspondance avec le premier canal, et ledit deuxième canal peut éventuellement tre pourvu d'ailettes.

Selon encore un autre aspect de l'invention, indépendant des aspects susmentionnés, un dispositif de stockage d'énergie comprend un volant d'inertie monté rotatif autour d'un axe central, ce volant d'inertie

portant des pôles en matériau ferromagnétique disposés en regard d'un stator comportant des bobines induites et au moins une bobine d'excitation, le volant d'inertie ayant une couronne périphérique qui présente au moins une face annulaire intérieure comportant un matériau ferromagnétique divisé, et au moins un aimant solidaire du stator est fixé au-dessus d'une portion inférieure de ladite face annulaire intérieure, ledit aimant étant disposé pour exercer une force vers le haut sur ledit matériau ferromagnétique divisé, l'axe central étant horizontal.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins j. oints.

Sur les dessins : - la figure 1 est un schéma bloc d'ensemble d'une installation intégrant un dispositif de stockage d'énergie selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en demi coupe axiale montrant la partie supérieure d'un exemple de dispositif de stockage d'énergie utilisable notamment dans l'installation de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective du volant d'inertie appartenant au dispositif de stockage d'énergie des figures 2 et 3, - la figure 5 est une vue en plan d'un des flasques latéraux de l'enceinte à vide appartenant au dispositif de stockage d'énergie des figures 2 et 3, - et la figure 6 est une vue similaire à la figure 2, montrant la partie inférieure du dispositif de stockage d'énergie.

Sur les différentes figures, les mmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

La figure 1 représente schématiquement un exemple

d'installation comprenant un dispositif de stockage d'énergie V, comprenant un volant d'inertie qui est entraîné en rotation par un moteur M, notamment un moteur thermique, généralement par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission T tel qu'un variateur de vitesse ou autre.

Le dispositif de stockage d'énergie V est commandé par un dispositif de commande C, et ce dispositif de stockage d'énergie est adapté pour restituer de l'énergie sous forme électrique, vers un circuit utilisateur U.

Les figures 2 et 3 montrent un exemple de dispositif de stockage d'énergie V utilisable dans l'installation de la figure 1, selon une forme de réalisation de l'invention.

Ce dispositif de stockage V comporte un volant d'inertie 1 réalisé en matériau magnétiquement perméable, par exemple en acier ou en fonte. Ce volant d'inertie est monté rotatif autour d'un axe central X qui, dans l'exemple considéré ici, est un axe horizontal mais pourrait le cas échéant tre vertical.

Le volant d'inertie 1 peut comporter par exemple un moyeu central 2 qui peut tre solidaire d'un arbre 3 lui- mme monté rotatif sur des paliers fixes 4,5. Le moyeu central 2 du volant d'inertie peut tre prolongé radialement vers l'extérieur par un voile mince 6, lui-mme prolongé radialement vers l'extérieur par une couronne périphérique épaisse 7, qui présente une largeur axiale nettement supérieure à la largeur axiale du voile mince 6.

Cette couronne périphérique 7 présente une surface externe 7a, deux faces latérales 7b et deux faces annulaires intérieures 7c.

Le volant d'inertie 1 peut avantageusement tre disposé à l'intérieur d'une chambre à vide 8 délimitée par une enceinte rigide 9 qui peut comprendre par exemple deux flasques latéraux 10 en forme de disques reliés de façon étanche par une virole extérieure 11. L'enceinte 9 est de préférence réalisée en matériau magnétiquement perméable,

par exemple en acier ou en fonte.

La chambre à vide 8 est maintenue sous vide par au moins une pompe à vide P qui permet d'évacuer vers l'extérieur le gaz contenu à l'intérieur de ladite chambre à vide. En complément de cette pompe à vide P, ou le cas échéant en remplacement de celle-ci, le volant d'inertie et au moins un des flasques latéraux 10 de l'enceinte sont conformés pour coopérer ensemble de façon à expulser vers l'extérieur les gaz contenus dans la chambre à vide 8, par l'intermédiaire d'un passage de sortie de gaz 12 relié à un clapet de sortie 13 ou autre autorisant uniquement la sortie de gaz vers l'extérieur et non l'entrée de gaz vers la chambre à vide 8.

A cet effet, comme représenté sur la figure 4, au moins l'une des faces latérales 7b de la couronne périphérique 7 du volant d'inertie est pourvue d'un canal circulaire 14 ouvert axialement vers le flasque latéral 10 correspondant et pourvu le cas échéant d'ailettes 15 radiales.

Comme représenté sur les figures 2 et 5, le flasque latéral 10 correspondant comporte, quant à lui, un canal 16 en arc de cercle ouvert axialement vers le volant d'inertie et disposé en correspondance avec le canal 14 du volant d'inertie, ce canal 16 s'étendant angulairement entre une extrémité amont 17 et une extrémité aval 18, dans le sens de rotation R du volant d'inertie, l'extrémité aval 18 étant pourvue du passage de sortie de gaz 12 susmentionné.

Les canaux 14,16 peuvent par exemple présenter chacun une section en demi-cerle.

Ainsi, lorsque le volant d'inertie tourne dans le sens angulaire R, les molécules de gaz contenues dans les canaux 14,16 sont également entraînées en rotation et sont brutalement arrtées au niveau de l'extrémité aval 18 du canal 16, ce qui augmente localement la pression de gaz au niveau de cette extrémité aval et permet la sortie de gaz

par le passage 12.

Par ailleurs, comme représenté sur les figures 2,3 et 4, la surface extérieure 7a de la couronne périphérique du volant d'inertie est pourvue d'une pluralité d'évidements 19 qui sont ouverts radialement vers l'extérieur et qui sont disposés à intervalles angulaires réguliers autour de l'axe central X.

Tous les évidements 19 peuvent par exemple s'étendre sur la mme longueur circonférentielle L, et les parties pleines 20 de la couronne périphérique, qui séparent lesdits évidements 19, présentent avantageusement la mme longueur circonférentielle L (voir figure 3). Les parties pleines 20 forment chacune un pôle magnétique.

Chaque évidement présente une certaine profondeur p dans sa partie centrale, et peut présenter une certaine largeur axiale mesurée parallèlement à l'axe X.

Chaque évidement 19 n-lest ménagé que dans la partie centrale de la couronne 7, de sorte que ledit évidement est encadré par deux parties pleines 7d parallèlement à l'axe X, ces parties pleines présentant chacune une largeur axiale lp généralement inférieure à la largeur le et pouvant tre supérieures à 0,25 fois la profondeur p de l'évidement.

Avantageusement, comme on peut le voir sur les figures 2 à 4, des fentes radiales 21 peuvent tre ménagées à la périphérie de la couronne 7, en alignement avec les évidements 19. Ces fentes 20, qui sont destinées à limiter les phénomènes de courant de Foucault, peuvent tre soit prévues sur tout le pourtour de la couronne 7, soit, comme dans l'exemple représenté, prévues uniquement au voisinage des évidements 19, par exemple uniquement vers l'avant des évidements 19 dans le sens de rotation R du volant d'inertie.

Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le dispositif de stockage d'énergie V comporte également un stator 22, qui forme avec le volant d'inertie un

alternateur homopolaire. Ce stator est logé dans l'espace annulaire entre la périphérie extérieure de la couronne 7 et la virole 11, et il peut comporter par exemple : - au moins une bobine d'excitation 23, et avantageusement au moins deux bobines d'excitation annulaires (de préférence quatre bobines 23), centrées par exemple sur l'axe X et disposées respectivement au voisinage des flasques latéraux 10, - une pluralité de bobines induites 24, de préférence trois fois plus nombreuses que les évidements 19, ces bobines induites étant disposées chacune avec son axe central orienté radialement, - et un circuit magnétique 25 qui inclut une partie externe 26 comportant des encoches 27 dans lesquelles sont logées les bobines induites 24, cette partie externe 26 étant réalisée en matériau ferromagnétique divisé, par exemple en tôles d'acier accolées.

Le circuit magnétique 25 est par ailleurs complété par les flasques latéraux 10 de l'enceinte de la chambre à vide, de façon que les lignes de champ magnétique 28 (voir figure 6) se referment sur la couronne 7 du volant d'inertie, sensiblement sans perte magnétique.

Avantageusement, la partie externe 26 du circuit magnétique, les bobines d'excitation 23 et les bobines induites 24 sont noyées par une masse de résine 22a qui assure la cohésion du stator 22.

De préférence, cette résine obture également des passages de câble 29 dans lesquels passent des câbles 30 qui relient les bobines d'excitation 23 au circuit de commande C et les bobines induites 24 au circuit d'utilisation U, ces passages de câbles traversant radialement la virole 11 de l'enceinte de la chambre à vide. On obtient ainsi des traversées de câbles parfaitement étanches et peu coûteuses.

La résine susmentionnée peut avantageusement tre

une résine thermo conductrice, par exemple une résine synthétique chargée en matériau thermiquement conducteur, de façon à faciliter la dissipation de chaleur vers l'extérieur de la chambre à vide.

Le stator 22 présente une surface intérieure qui est séparée de la surface extérieure 7a de la couronne du volant d'inertie par un entrefer de travail 31, qui présente une épaisseur radiale el inférieure à 20 mm, et avantageusement inférieure à 5 mm. De préférence, la profondeur p des évidements 19 susmentionnés est au moins égale à 3 fois l'épaisseur radiale el de l'entrefer de travail.

Par ailleurs, les faces latérales 7b de la couronne du volant d'inertie sont séparées des flasques latéraux 10 par des entrefers de retour 32 qui permettent aux lignes de champ magnétique 28 de se refermer sur la couronne 7 du volant d'inertie, ces entrefers de retour présentant chacun une épaisseur axiale e2 généralement inférieure à. 20 mm et avantageusement inférieure à 5 mm.

Le cas échéant, les faces annulaires intérieures 7c de la couronne du volant d'inertie peuvent tre mises à profit pour porter divers éléments, sans risque de décrochage de ces éléments du fait de la force centrifuge.

Les éléments en question portés par les faces annulaires intérieures de la couronne du volant d'inertie peuvent comprendre par exemple : - des masselottes d'équilibrage 33, permettant d'équilibrer le volant d'inertie 1, - et/ou une ou plusieurs couronnes 34 constituées en matériau ferromagnétique divisé, notamment en tôles accolées, la ou les couronnes 34 coopérant chacune avec au moins un aimant 35, par exemple un aimant permanent ou un électroaimant, disposé au-dessus de la partie inférieure de la couronne 34 correspondante lorsque l'axe X est horizontal : l'aimant 35 crée ainsi une force d'attraction vers le haut qui contrebalance le poids du volant d'inertie et permet de réaliser une sustentation magnétique de ce volant d'inertie.