EP2946460A2 - Dispositif électrique pour le stockage d'électricité par volant d'inertie - Google Patents

Dispositif électrique pour le stockage d'électricité par volant d'inertie

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Publication number
EP2946460A2
EP2946460A2 EP14703147.0A EP14703147A EP2946460A2 EP 2946460 A2 EP2946460 A2 EP 2946460A2 EP 14703147 A EP14703147 A EP 14703147A EP 2946460 A2 EP2946460 A2 EP 2946460A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
flywheel
energy storage
generator
storage device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14703147.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Saint Mleux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Levisys SAS
Original Assignee
Levisys SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Levisys SAS filed Critical Levisys SAS
Publication of EP2946460A2 publication Critical patent/EP2946460A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/47—Air-gap windings, i.e. iron-free windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to a device for storing energy by flywheel.
  • a flywheel device is a device for storing and returning energy stored in kinetic form in a moving mass of a rotational movement.
  • Such devices are particularly used to smooth and make more regular the operating regime of an electrical system, the irregularities are due to the power source of the system or the receiver using energy.
  • such devices can for example be used to regulate the frequency of an electrical network, to stabilize micro-grids or smart grids or to avoid interruptions in order to provide power without interruption.
  • the flywheel devices Compared to conventional energy storage devices, the flywheel devices have advantages such as longer life, particularly in terms of charge and discharge cycles, short response time, and cost of operation. low maintenance.
  • a flywheel device generally consists of an assembly comprising a wheel suspended and com bined with an electric motor / generator whose rotor is connected to said wheel to form the flywheel.
  • This assembly is generally placed in a hermetic enclosure under vacuum, and the wheel is generally kept in suspension in a magnetic field and stabilized in the sense of document FR 2 882 203, this configuration makes it possible to limit the energy losses by friction. mechanical.
  • the flywheel devices have a limited efficiency insofar as they are equipped with engines / generator ensuring the conversion of electrical energy into kinetic energy and vice versa, on the one hand whose behavior can have a negative impact. on the stability of the rotation of the steering wheel, and secondly whose performance is low in that they have a significant self-discharge mainly due to friction taking place at the steering wheel and the stator, wound, such flywheels having a metal core driving. significant energy losses by eddy currents and Joule effect in motors / generators operating by magnetic repulsion.
  • Rotor stability is also an important factor since any instability of the rotor must be corrected or absorbed by the flywheel suspension arms, which also results in a loss of energy. For this purpose it is appropriate that the electric machine generates the least possible parasitic axial or radial forces likely to destabilize the rotor.
  • the object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, and in particular to improve the stability and efficiency of such flywheel devices, and for this purpose consists of an energy storage device comprising:
  • At least one motor / generator of the Lorentz motor / generator type comprising the rotor, a wound stator devoid of ferromagnetic material and to the magnet fixed on the flywheel,
  • At least one magnetic flux closing means characterized in that the flow closure means is rotatably mounted synchronously with the magnet of the motor / electric generator.
  • such an energy storage device comprises a stator that does not have a metal core, whether it is solid or laminated. More specifically, the magnetic flux closing means are only present on the rotor of the energy storage device.
  • the engine / generator used is a Lorentz engine / generator (also called Laplace engine / generator), that is to say that to operate such a motor / generator uses the Laplace force which general is generated by a current conducting wire traversed by an electric current having a certain intensity when the wire is subjected to an electromagnetic field.
  • the Laplace force thus generated is orthogonal to the fo rm of the electromagnetic field.
  • the generated driving force also has parasitic components, in particular in the radial and axial directions, which destabilize the rotor, and therefore the steering wheel.
  • said flux closure no longer undergoes variations in the magnetic field and is always exposed to the same local magnetic field.
  • the electric motor / generator has few no-load losses, that is to say when it is not loaded but the rotor is rotating, and little loss of load, that is, that is, when energy exchanges take place between the motor / generator and the outside during the charging or discharging of the flywheel rotor.
  • the flux density is provided by the magnets of the rotor and there is no energy loss at the inductor to create the flux density.
  • Such a device thus makes it possible to limit the energy losses at the level of the electric motor / generator, the efficiency of the device being greatly increased.
  • the energy storage device comprises a plurality of magnets fixed on the rotor forming a flywheel, and arranged in a "Klaus Halbach" configuration, and the stator is arranged around and facing remote magnets.
  • a "Klaus Halbach” configuration makes it possible to generate a strong focused magnetic field in a controlled direction and direction.
  • the rotor comprises at least one flow closure means fixed on the rotor forming a flywheel, facing the magnets, away from the stator, and the opposite side to the magnets with respect to the stator .
  • the magnets are fixed on a cylindrical portion of the flywheel rotor, where appropriate, the flow closure means are preferably fixed on a thick wall of the flywheel rotor.
  • the flow closure means can be integrated in the thick wall of the rotor so that they are not protruding relative to the thick wall.
  • the magnets can be integrated in the cylindrical part of the rotor so that they are not protruding with respect to the cylindrical part.
  • the flow closure means is embodied in the form of a band attached to the flywheel.
  • the stator comprises a multiphase winding.
  • the arrangement of the phases of the stator can be optimized so that the resultant of the radial forces of the motor / electrical generator are zero or self-centering and that the resultant axial forces of the motor / electrical generator are zero or self-centering.
  • Such an arrangement of the stator phases makes it possible to give the motor / electrical generator a neutral behavior with respect to the stability of the rotation of the rotor forming the flywheel.
  • the stator winding comprises Litz wire.
  • the Litz wire which is a wire made up of elementary strands with a very thin section of the order of 0.1 mm in diameter, or even less, makes it possible to considerably reduce losses from eddy currents, especially when the electric motor / generator is not asked.
  • first-order losses are limited to Joule losses in the stator.
  • the losses are strictly limited to the Joule losses in the stator and to the eddy current losses in the strands of the Litz wires of the stator.
  • the stator is wound so as to optimize the operation of the electric motor / generator by minimizing the parasitic forces, that is to say the other forces that the Lorentz force.
  • the flow closure means are made from soft iron.
  • the hysteresis cycle of the soft iron is very narrow, this makes it possible to reduce the losses.
  • the rotor forming a flywheel comprises two Lorentz motor / generator type electric motors / generators mounted symmetrically and in opposition on both sides of a median plane of the flywheel. .
  • this configuration provides a better efficiency and a better compensation of the forces, in particular axial forces, which can destabilize the rotor forming flywheel because the axial forces generated by the rotation of the steering wheel on both sides plan median flywheel are symmetrical and in opposition to this median plane of the flywheel.
  • the use of two electric motors / generators also makes it possible to increase the safety of the device insofar as in a given configuration, if one of the electric motors / generators is no longer operational, this does not preclude the other is to supply energy to the rotor or to recover it from the rotor so that the device continues to perform its storage and discharge task in order to maintain the stability of an electrical network or to avoid interruptions in order to provide uninterrupted power supply.
  • Another advantage is to allow, when the two engines / generators are operational, to provide energy much faster than when a single Lorentz engine / generator is used.
  • the stators of the two electric motors / generators are connected in series.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view in longitudinal section of a rotor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a rotor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view in longitudinal section of a rotor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an unobstructed view of the stator winding according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view in longitudinal section of a rotor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view of the "Klaus Halbach" configuration for use in a fourth embodiment of the present invention
  • - Figure 7 is a schematic perspective view of a longitudinal section of a rotor according to the fourth embodiment of the present invention.
  • an energy storage device comprises:
  • a rotor 1 forming a flywheel comprising a cylindrical portion 2 and a thick wall concentric 3 fixedly attached to one another and at a distance so as to form a single monolithic piece.
  • the cylindrical portion 2 and the thick wall 3 support a wheel (not shown) which may, for example, be made of composite material, in particular carbon fibers.
  • an electric motor / generator of the Lorentz motor / generator type comprising the rotor 1, a stator 4 and a magnet 5.
  • the magnet 5 is fixed on the cylindrical part 2 of the rotor made of ferromagnetic material, the thick wall 3 consists of a ferromagnetic material and is thus designed to be a magnetic flux closing means, the stator 4 is disposed between the cylindrical portion 2 and the thick wall 3.
  • the thick wall 3 closing flux is therefore directly connected to the cylindrical portion 2 and driven the same rotational movement.
  • stator 4 which is wound son Litz.
  • the stator 4 retains the same arrangement as in FIGS. 1 and 2 with respect to the cylindrical portion 2 and the thick wall 3.
  • the device as illustrated in FIGS. 3 and 4 has a wound winding stator made of Litz wires which makes it possible to significantly reduce the losses due to the eddy current.
  • the rotor 1 has two motors / electric generators of the Lorentz motor / generator type arranged symmetrically with respect to the center of the cylindrical portion 2 of the rotor 1.
  • the configuration of the two motors / generators is substantially the same as in the preceding figures, thus having two magnets 5 (one for each motor / electric generator) and two stators 4.
  • the stators 4a and 4b are wound with wire of
  • the rotor 1 forming a flywheel is manufactured such that a rim 6 connects the cylindrical portion 2 to the thick wall 3.
  • the rim 6 is shaped to be very rigid at its inner radius near the cylindrical portion 2 so as not to peel off, and so as to be flexible at its outer radius near the thick wall 3 so to follow the deformation of the thick wall 3.
  • rims 6 may be used distributed along the cylindrical portion 2 and the thick wall 3 to ensure a perfect connection between the cylindrical portion 2 and the thick wall 3.
  • the number of rims 6 to be used is determined according to the resonance modes of the wheel in the speed range of the rotor 1 considered.
  • Such an embodiment makes it possible to significantly reduce the energy losses, and to limit the self-discharge of the rotor by means of a notable reduction of the eddy current losses and by hysteresis, and an elimination of parasitic forces destabilizing the rotation of the rotor 1.
  • the use of two engines / electric generators of the Lorentz motor / generator type makes it possible to increase the stability, in particular the axial stability, of the rotation of the rotor 1.
  • the rotor 1 has a configuration similar to the configuration of Figure 5, namely two engines / generators electric motor / generator Lorentz whose stators 4 are not shown.
  • FIGS. 6 and 7 The embodiment disclosed in FIGS. 6 and 7 is different from that of FIG. 5 in that it comprises magnets arranged in a "Klaus Halbach” configuration on the cylindrical portion 2 of the rotor 1 for to form two "Halbach cylinders" 5 or “magic cylinders", and in that the roto r is mostly made of a non-ferromagnetic material.
  • the magnetic flux closure is provided by two rings 7 made of ferromagnetic soft iron type material, each integrated in the thick wall structure 3 of the rotor 1 and arranged facing a Halbach cylinder.
  • Such an embodiment makes it possible to significantly reduce energy losses and to limit self-discharge of the rotor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de stockage de l'énergie comprenant : - un rotor (1) formant volant d'inertie, - au moins un moteur / générateur électrique de type moteur / générateur de Lorentz comprenant le rotor (1 ), un stator (4) bobiné dépourvu de matériau ferromagnétique et au moins un aimant (5) fixé sur le rotor, - au moins un moyen de fermeture de flux magnétique, remarquable en ce que le moyen de fermeture de flux est monté mobile en rotation synchrone avec l'aimant (5) du moteur / générateur électrique.

Description

Dispositif électrique pour le stockage d'électricité par volant d'inertie
L'invention concerne un dispositif de stockage de l'énergie par volant d'inertie.
Un dispositif de volant d'inertie est un dispositif permettant le stockage et la restitution d'énergie stockée sous forme cinétique dans une masse animée d'un mouvement de rotation.
De tels dispositifs sont particulièrement utilisés pour lisser et rendre plus régulier le régime de fonctionnement d'un système électrique, que les irrégularités soient dues à la source d'alimentation en énergie du système ou au récepteur utilisant l'énergie.
Ainsi, ils permettent d'emmagasiner un surplus d'énergie avant de le restituer lorsque le système en manque.
Dans le cas d'un système électrique, notamment, de tels dispositifs peuvent par exemple être utilisés pour réguler la fréquence d'un réseau électrique, pour stabiliser les micro-réseaux ou les réseaux intelligents ou pour éviter les interruptions afin de fournir une alimentation sans interruption.
Par rapport aux dispositifs classiques de stockage de l'énergie, les dispositifs de volants d'inertie présentent des avantages comme une plus grande durée de vie notamment en termes de cycles de charges et de décharges, un temps de réponse court, et un coût de maintenance faible.
Un dispositif de volant d'inertie est généralement constitué d'un ensemble comprenant une roue suspendue et com binée à u n moteu r / générateur électrique dont le rotor est lié à ladite roue pour former le volant d'inertie. Cet ensemble est généralement placé dans une enceinte hermétique sous vide, et l a roue est généralement maintenue en suspension dans un champ magnétique et stabil isé au sens du document FR 2 882 203, cette configuration permet de lim iter les pertes d 'énerg ie par frottements mécaniques.
De manière générale, il est particulièrement souhaitable de réduire au maximum les frottements existant de manière à d im inuer les pertes d'énergie et la pollution sonore qu'ils engendrent.
Actuellement, les dispositifs de volant d'inertie ont une efficacité limitée dans la mesure où ils sont équipés de moteurs/générateur assurant la conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique et inversement, d'une part dont le comportement peut avoir un impact négatif sur la stabilité de la rotation du volant, et d'autre part dont le rendement est faible en ce qu'ils présentent une autodécharge importante principalement due aux frottements ayant lieu au niveau du volant et au stator, bobiné, de tels volants d'inertie présentant un noyau métallique entraînant des pertes importantes en énergie par courants de Foucault et par effet Joule dans les moteurs / générateurs fonctionnant par répulsion magnétique.
La stabilité du rotor est également un facteur important puisque toute instabilité du rotor doit être corrigée ou absorbée par les pal iers de suspension du volant, ce qui entraîne également une perte d'énergie. À cette fin il convient que la machine électrique génère le moins possible de forces axiales ou radiales parasites susceptibles de déstabiliser le rotor.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, et notamment d'améliorer la stabilité et le rendement de tels dispositifs de volant d'inertie, et consiste pour cela en un dispositif de stockage de l'énergie comprenant :
- un rotor formant volant d'inertie,
- au moins un moteur / générateur électrique de type moteur / générateur de Lorentz comprenant le rotor, un stator bobiné dépourvu de matériau ferromagnétique et au moi ns u n aimant fixé sur le volant d'inertie,
- au moins un moyen de fermeture de flux magnétique, caractérisé en ce que le moyen de fermeture de flux est monté mobile en rotation synchrone avec l'aimant du moteur / générateur électrique.
Il est à noter qu'un tel dispositif de stockage de l'énergie comprend un stator ne présentant pas un noyau métallique, qu'il soit massif ou feuilleté. Plus précisément, les moyens de fermeture de flux magnétiques ne sont présents que sur le rotor du dispositif de stockage de l'énergie.
D'autre part, le moteur / générateur utilisé est un moteur / générateur de Lorentz (encore appelé moteur / générateur de Laplace), c'est-à- dire que pour fonctionner un tel moteur / générateur exploite la force de Laplace qui de manière générale est générée par un fil conducteur de courant traversé par un courant électrique présentant une certaine intensité lorsque le fil est soumis à un champ électromagnétique. La force de Laplace ainsi générée est orthogonale au pl a n fo r m é p a r l e f i l e t l e c h a m p électromagnétique. En assurant une rotation du moyen de fermeture de flux synchrone avec le rotor, la fermeture de flux tourne en synchronisme avec le champ magnétique inducteur du rotor, la direction du champ magnétique inducteur est optimisée et l'intensité du champ selon des directions parasites est fortement réduite.
En effet, en utilisant une fermeture de flux fixe, les variations du flux magnétique inducteur entraînent dans celle-ci des variations correspondantes.
Ces variations ne sont pas simultanées en raison de l'existence d'un cycle d'hystérésis du matériau constituant la fermeture de flux, et il a été constaté la formation d'un champ magnétique présentant des composantes parasites selon des directions non souhaitées.
De ce fait, lorsque le moteur électrique est alimenté et que le stator développe son champ magnétique tournant, la force motrice générée présente également des composantes parasites, notamment selon les directions radiale et axiale, qui déstabilisent le rotor, et donc le volant.
Cela entraîne également une perte d'énergie principalement par courants de Foucault. Il est alors possible d'utiliser des tôles feuilletées pour former les moyens de fermeture de flux magnétique du rotor pour limiter cet effet.
En utilisant une fermeture de flux qui tourne en synchronisme avec le champ magnétique inducteur du rotor, conformément à l'invention, ladite fermeture de flux ne subit plus de variations du champ magnétique et est exposée toujours au même champ magnétique local.
Il en va de même lorsque le dispositif de stockage fonctionne en mode générateur ou en rotation libre.
De cette manière, le moteur / générateur électrique présente peu de pertes à vide, c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas sollicité mais que le rotor est en rotation , et peu de pertes en charge, c'est-à-dire lorsque des échanges d'énergie ont lieu entre le moteur / générateur électrique et l'extérieur pendant la charge ou la décharge du rotor formant volant d'inertie.
Lorsque le rotor est en rotation sans que le moteur / générateur électrique ne soit sollicité, il n'y a pas de pertes dans la fermeture de flux puisque celle-ci tourne en synchronisme avec le champ inducteur des aimants du rotor électrique.
Lorsque le moteur / générateur électrique est sollicité en mode moteur ou en mode générateur, la densité de flux est fournie par les aimants du rotor et il n'y a pas de pertes d'énergie au niveau de l'inducteur pour créer la densité de flux.
Dès lors que le champ magnétique tournant créé par le stator du moteur / générateur électrique est synchrone avec les aimants et la fermeture de flux, il n'y a pas de pertes par courant de Foucault dans le bobinage du stator. Seules les harmoniques éventuelles sont susceptibles d'être à l'origine de pertes faibles dans la partie tournante. Au premier ordre les pertes sont limitées à peu de pertes par effet Joule dans le stator.
Un tel dispositif permet donc de limiter les pertes d'énergie au niveau du moteur / générateur électrique, le rendement du dispositif s'en trouve grandement accru.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le dispositif de stockage de l'énergie comprend plusieurs aimants fixés sur le rotor formant volant d'inertie, et disposés selon une configuration de « Klaus Halbach », et le stator est disposé autour en regard et à distance des aimants.
Avantageusement, une configuration de « Klaus Halbach » permet de générer un fort champ magnétique focalisé dans une direction et un sens maîtrisés.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention , le rotor comprend au moins un moyen de fermeture de flux fixé sur le rotor formant volant d'inertie, en regard des aimants, à distance du stator, et du côté opposé aux aimants par rapport au stator.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, les aimants sont fixés sur une partie cylindrique du rotor formant volant d'inertie, le cas échéant, les moyens de fermeture de flux sont préférentiellement fixés sur une paroi épaisse du rotor formant volant d'inertie.
Avantageusement, les moyens de fermeture de flux peuvent être intégrés dans la paroi épaisse du rotor de sorte qu'ils ne soient pas protubérants par rapport à la paroi épaisse.
De la même manière, les aimants peuvent être intégrés dans la partie cylindrique du rotor de sorte qu'ils ne soient pas protubérants par rapport à la partie cylindrique.
Selon une variante de réalisation préférée, le moyen de fermeture de flux est réalisé sous la forme d'une bande rapportée sur le volant d'inertie.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le stator comporte un bobinage multiphasé. Avantageusement, l'agencement des phases du stator peut être optimisé pour que la résultante des forces radiales du moteur / générateur électrique soient nulles ou auto-centreuses et que la résultante des forces axiales du moteur / générateur électrique soient nulles ou auto-centreuses.
Un tel agencement des phases du stator permet de donner au moteur / générateur électrique un comportement neutre quant à la stabilité de la rotation du rotor formant volant d'inertie.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le bobinage du stator comprend du fil de Litz.
Le fil de Litz, qui est un fil constitué de brins élémentaires de section très fine de l'ordre de 0.1 mm de diamètre, voire inférieur, permet une importante réduction des pertes provenant des courants de Foucault notamment quand le moteur / générateur électrique n'est pas sollicité.
Avantageusement, quand le moteur / générateur électrique est en mode moteur, les pertes au premier ordre sont limitées aux pertes Joule dans le stator.
Avantageusement, quand le moteur / générateur électrique est en mode générateur, les pertes sont strictement limitées aux pertes Joule dans le stator et aux pertes par courant de Foucault dans les brins des fils de Litz du stator.
Avantageusement, le stator est bobiné de manière à optimiser le fonctionnement du moteur / générateur électrique en réduisant au maximum les forces parasites, c'est-à-dire les autres forces que la force de Lorentz.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, les moyens de fermeture de flux sont réalisés à partir de fer doux.
Le cycle d'hystérésis du fer doux est très étroit, cela permet de réduire les pertes.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, le rotor formant volant d'inertie comprend deux moteurs / générateurs électriques de type moteur / générateur de Lorentz montés symétriquement et en opposition de part et d'autre d'un plan médian du volant d'inertie.
De cette man ière, cette configuration apporte une meilleure efficacité et une meilleure compensation des forces, notamment des forces axiales, pouvant déstabiliser le rotor formant volant d'inertie du fait que les forces axiales générées par la rotation du volant de part et d'autre du plan médian du volant d'inertie sont symétriques et en opposition par rapport à ce plan médian du volant d'inertie.
Avantageusement, l'utilisation de deux moteurs / générateurs électriques permet en outre d'accroître la sécurité du dispositif dans la mesure où dans une configuration donnée, si l'un des moteurs / générateurs électriques n'est plus opérationnel, cela n'empêche pas l'autre de fournir de l'énergie au rotor ou d'en récupérer du rotor pour que le dispositif continue à remplir sa tâche de stockage et de décharge afin de maintenir la stabilité d'un réseau électrique ou éviter les interruptions afin de fournir une alimentation sans interruption.
Un autre avantage est de permettre, lorsque les deux moteurs / générateurs sont opérationnels, de fournir de l'énergie bien plus rapidement que lorsqu'un seul moteur / générateur de Lorentz est utilisé.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, les stators des deux moteurs / générateurs électriques sont connectés en série.
On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation possibles de l'invention en référence aux figures annexées ; sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un rotor selon un prem ier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un rotor selon le prem ier mode de réal isation de la présente invention,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un rotor selon un second mode de réal isation de la présente invention,
- la figure 4 est une vue débobinée du bobinage du stator selon le second mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un rotor selon un troisième mode de réalisation de la présente invention,
- l a fig u re 6 est u n e vu e e n pers pective d ' a i m a n ts e n configuration de « Klaus Halbach » utilisée pour un quatrième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 7 est une vue schématique en perspective d'une coupe longitudinale d'un rotor selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention.
En référence aux figures 1 et 2, un dispositif de stockage de l'énergie comprend :
- un rotor 1 formant volant d'inertie comprenant une partie cylindrique 2 et une paroi épaisse 3 concentriques reliées fixement l'une à l'autre et à distance de manière à ne former qu'une seule pièce monolithique. La partie cylindrique 2 et la paroi épaisse 3 supportent une roue (non représentée) qui pourra, par exemple, être réal isée en matériau composite, notamment en fibres de carbone.
- un moteur / générateur électrique de type moteur / générateur de Lorentz comprenant le rotor 1 , un stator 4 et un aimant 5. L'aimant 5 est fixé sur la partie cylindrique 2 d u rotor en matériau ferromagnétique, la paroi épaisse 3 est constituée d'un matériau ferromagnétique et est ainsi conçue pour être un moyen de fermeture de flux magnétique, le stator 4 est disposé entre la partie cylindrique 2 et la paroi épaisse 3.
La paroi épaisse 3 de fermeture de flux est donc directement liée à la partie cylindrique 2 et entraînée du même mouvement de rotation.
De cette manière, la fermeture de flux est en rotation synchrone avec la partie cylindrique 2 portant les aimants inducteurs.
Comme exposé précédemment, une telle configuration permet une annulation des pertes en énergie et des forces parasites susceptibles de déstabiliser la rotation du rotor 1 qui seraient générées en raison du cycle d'hystérésis magnétique du matériau constituant la paroi épaisse 3.
Ainsi, les pertes d'énergie sont limitées puisqu'il n'y a pas de pertes dans la fermeture de flux et les forces déstabilisant la rotation du rotor 1 sont annulées.
En référence aux figures 3 et 4, on retrouve la même configuration que dans les figures 1 et 2 à l'exception du stator 4 qui est bobiné en fils de Litz. Le stator 4 conserve toutefois le même agencement que dans les figures 1 et 2 par rapport à la partie cylindrique 2 et la paroi épaisse 3.
En plus de présenter une fermeture de flux magnétique tournant en synchronisme avec le champ généré par l'aimant 5 du moteur / générateur électrique et donc d'annuler les pertes dans la fermeture de flux magnétique, le dispositif tel qu'illustré sur les figures 3 et 4 présente un stator bobiné en fils de Litz permettant de réduire notablement les pertes dues au courant de Foucault.
En référence à la figure 5, le rotor 1 présente deux moteurs / générateurs électriques de type moteur / générateur de Lorentz disposés symétriquement par rapport au centre de la partie cylindrique 2 du rotor 1 .
La configuration des deux moteurs / générateurs est sensiblement la même que sur les figures précédentes, présentant donc deux aimants 5 (un pour chaque moteur / générateur électrique) et deux stators 4.
Préférentiellement, les stators 4a et 4b sont bobinés avec du fil de
Litz.
Le rotor 1 formant volant d'inertie est fabriqué de telle manière qu'une jante 6 relie fixement la partie cylindrique 2 à la paroi épaisse 3.
La jante 6 est conformée de manière à être très rigide au niveau de son rayon intérieur près de la partie cylindrique 2 afin de ne pas se décoller, et de manière à être souple au niveau de son rayon extérieur près de la paroi épaisse 3 de façon à bien suivre les déformations de la paroi épaisse 3.
Plusieurs jantes 6 peuvent être utilisées réparties le long de la partie cylindrique 2 et la paroi épaisse 3 pour assurer une liaison parfaite entre la partie cylindrique 2 et la paroi épaisse 3.
Préférentiellement, le nombre de jantes 6 à utiliser est déterminé en fonction des modes de résonance de la roue dans la plage de vitesse du rotor 1 considérée.
Un tel mode de réalisation permet de réduire notablement les pertes en énergie, et de limiter l'autodécharge du rotor grâce à une réduction notable des pertes par courant de Foucault et par hystérésis, et une élimination des forces parasites déstabilisant la rotation du rotor 1 . De plus, l'utilisation de deux moteurs / générateurs électriques de type moteur / générateur de Lorentz permet d'accroître la stabilité, notamment axiale, de la rotation du rotor 1 .
En référence aux fig u res 6 et 7 , l e rotor 1 présente une configuration similaire à la configuration de la figure 5, à savoir deux moteurs / générateurs électriques de type moteur / générateur de Lorentz dont les stators 4 ne sont pas représentés.
Le mode de réalisation divulgué dans les figures 6 et 7 est différent de celui de la figure 5 en ce qu'il comprend des aimants disposés selon une configuration de « Klaus Halbach » sur la partie cylindrique 2 du rotor 1 pour former deux « cylindres de Halbach » 5 ou « cylindres magiques », et en ce q u e l e roto r 1 e st majoritairement fa briq u é d an s u n matériau non- ferromagnétique. La fermeture de flux magnétique est assurée par deux anneaux 7 fabriquées en matériau ferromagnétique de type fer doux, chacune intégrée dans la structure de la paroi épaisse 3 du rotor 1 et disposée en regard d'un cylindre de Halbach.
Un tel mode de réalisation permet de réduire notablement les pertes en énergie, et de limiter l'autodécharge du rotor.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons possibles.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de stockage de l'énergie comprenant :
- un rotor (1 ) formant volant d'inertie,
- au moins un moteur / générateur électrique de type moteur / générateur de Lorentz comprenant le rotor (1 ), un stator (4) bobiné dépourvu de matériau ferromagnétique et au moins un aimant (5) fixé sur le rotor,
- au moins un moyen de fermeture de flux magnétique, caractérisé en ce que le moyen de fermeture de flux est monté mobile en rotation synchrone avec l'aimant (5) du moteur / générateur électrique.
2. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs aimants (5) fixés su r le rotor (1 ) formant volant d'inertie, et disposés selon une configuration de « Klaus Halbach ».
3. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen (7) de fermeture de fluxest fixé sur le rotor (1 ) formant volant d'inertie, en regard des aimants (5), et du côté opposé aux aimants (5) par rapport au stator (4).
4. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de fermeture de flux est réalisé sous la forme d'une bande rapportée sur le volant d'inertie.
5. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le stator (4) comporte un bobinage multiphasé.
6. Dispositif de stockage de l'énergieselon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bobinage du stator (4) comprend du fil de Litz.
7. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens (7) de fermeture de flux sont réalisés à partir de fer doux.
8. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux moteurs / générateurs électriques de type moteur / générateur de Lorentz.
9. Dispositif de stockage de l'énergie selon la revendication 8 caractérisé en ce que les deux moteurs / générateurs électriques sont montés symétriquement de part et d'autre d'un plan médian du volant d'inertie.
10. Dispositif de stockage de l'énergie selon l'une quelconque des revendications 8 et 9 caractérisé en ce que les stators (4) des deux moteurs / générateurs électriques sont connectés en série.
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