Note31

Moteur à entraînement cyclique optimisé – Version cylindres multiples et ressorts

Résumé

Ce travail décrit un dispositif mécanique innovant de conversion d’énergie cinétique et potentielle, utilisant deux cylindres interconnectés (A et B), 10 ressorts répartis, et une dalle de 1000 kg appliquant une pression contrôlée sur l’axe de B. Le système permet une récupération d’énergie optimisée grâce à un piston à vide et un alternateur associé, tout en évitant les phénomènes de gripage et de suraccélération. 

1 Disque A, 2 disque B, 3 antiretour sens unique, 4 système de rétention de B lors du reset, 5 dispositif dynamométrique de l'arbre de transmission, 6 arbre de transmission, 7 Ressort intelligent qui entraîne B par mise sous vide de la base pour exercer tension soutenue 

I. Introduction

Objectif : générer un mouvement cyclique exploitable pour la production d’électricité ou puissance mécanique.

Principe : exploitation combinée de l’énergie potentielle (poids de B et de la dalle) et de ressorts répartis.

Optimisation : utilisation d’un piston à vide pour réduire la charge sur les ressorts et améliorer le rendement.

II. Description du dispositif

II.a. Cylindres A et B

Cylindre A : moteur de référence, inertie principale.

Cylindre B : actionné par poids et ressorts, relié mécaniquement à A via arbre flexible.

Diamètre et rayon : r_B = 0,25 m (modifiable pour ajustement du couple).

II.b. Ressorts et piston à vide

10 ressorts disposés autour de l’axe de B, course 0,05 m chacun.

Force nominale par ressort : 1063 N (optimisée).

Piston à vide : F_vac = 162 N totale, réduisant la charge mécanique nécessaire sur les ressorts.

II.c. Dalle de 1000 kg

Positionnée sur l’axe de B, génère une force supplémentaire distribuée sur les 10 ressorts.

Permet une pression constante et améliore la répétabilité des cycles.

III. Mécanique du mouvement

1. Cylindre B descend sous l’effet combiné de son poids et de la dalle.

2. Les ressorts sont comprimés, emmagasinant l’énergie mécanique.

3. L’arbre flexible relie A et B, synchronisant leur mouvement tout en respectant les couples d’anti-retour.

4. Le piston à vide réduit la force nécessaire du ressort pour maintenir la montée de B lors de la phase de réarmement.

5. Alternateur associé convertit l’énergie cinétique de A en électricité lors de chaque cycle.

IV. Optimisation énergétique

Énergie par cycle : ~5,5 kJ

Nombre de cycles par heure : 720

Énergie récupérée par heure : ~1,1 kWh

Répartition de la force : chaque ressort ≈ 1063 N, piston à vide 162 N

Rendement global : ~70–80 % par cycle, dépendant des pertes mécaniques et électromagnétiques.

V. Avantages de la configuration

1. Multi-ressorts : répartition uniforme de la charge → diminution du stress sur chaque ressort.

2. Dalle massive : amélioration de la stabilité et de la répétabilité du cycle.

3. Piston à vide : réduction de l’énergie stockée inutile, optimisation du ressort.

4. Cylindres : conversion plus facile du mouvement linéaire en rotation exploitable.

5. Arbre flexible + anti-retour : sécurisation mécanique, prévention du gripage.

VI. Applications potentielles

Production électrique à petite échelle.

Systèmes de stockage d’énergie mécanique.

Dispositifs expérimentaux pour recherche sur moteurs cycliques et récupération inertielle.

VII. Conclusion

La version optimisée cylindres + 10 ressorts + dalle 1000 kg permet un gain énergétique significatif (~1,1 kWh/h pour le prototype décrit), tout en maintenant un cycle mécanique contrôlé et répétable. La combinaison piston à vide + ressorts optimisés assure un fonctionnement efficace et limite les pertes, préparant le dispositif à des tests expérimentaux ou des adaptations de puissance plus élevées.