Brevet FR2474601A1 — publié le 19810731

Dispositif de production d'énergie à partir des mouvements de roulis et de tangage d'un engin flottant. Ce dispositif a pour but de transformer une partie de l'énergie communiquée à un navire ou à tout autre engin flottant par le mouvement de la mer, en énergie mécanique ou électrique utilisable pour la propulsion, l'énergie électrique de bord, ou la fourniture d'énergie électrique å des installations externes. Un certain nombre de solutions ont déjà été proposées pour produire de l'énergie a partir des vagues de la mer. On peut les classer en deux groupes, le premier utilisant l'énergie dynamique de la masse d'eau a partir d'installations fixes en bord de mer, le deuxième utilisant le mouvement vertical de flotteurs entrainant un système mécanique à bord d'un navire ou a terre. Pour le premier groupe, une conversion efficace en énergie mécanique pose des problèmes complexes, l'apport par la masse d'eau se faisant d'une manière discontinue. Pour le deuxième groupe, l'installation de flotteurs extérieurs est une gêne dans la marche du navire, et les mouvements propres du navire vont venir interférer avec ceux des flotteurs, rendant plus difficile leur utilisation. D'autre part, l'observation d'un navire dans une mer teu ou moyennement agitée montre que ses mouvements comportent essentiellement du roulis et du tangage plus que des mouvements verticaux. A cause de l'inertie du navire, ces mouvements sont aussi plus réguliers que ceiix des vaques qui les produisent, et donc plus susceptibles d'être utilisés efficacement. Le système décrit utilise donc ces mouvements de roulis et de tangage. C'est un système autonome, ne nécessitant pas de référence externe avec la mer, et produisant directement de l'énergie mécanique sous forme de rotation d'un arbre moiteur. Le transformateur d'énergie proposé est basé sur un gyroscope, dont le fonctionnement est décrit dans le cas d'utilisation des mouvements de tangage du navire. Soit un gyroscope lié au navire, l'axe de son rotor étant par exemple vertical. Le mouvement de tangage du navire est un mouvement angulaire alternatif, et l'effet gyroscopique connu est alors de créer un couple de précession suivant un axe perpendiculaire a l'axe de tangage, couple alternativement positif et négatif suivant la vitesse angulaire de tangage. De l'énergie sera produite en faisant travailler ce couple, c'est-à-dire en laissant le hâtai du gyroscope tourner suivant l'axe moyen du couple de précession, c'est-à-dire l'axe longitudinal du navire, en entratnant un . récepteur d'énergie. Le couple de précession est en synchronisme avec la vitesse de tangage du navire, le couple étant maximum lorsque l'axe est vertical, s'annulant lorsqu'il est horizontal, et s'inversant au-delà. Le mode de fonctionnement du gyroscope est donc une oscillation de précession de part et d'autre de la verticale à la fréquence des mouvements de tangage du navire. La. possibilité existe aussi d'une rotation de nrécession continue, lorsque la précession atteint 90 degrés au moment oll la vitesse de tangage s' annule, puis s'inverse. Le couple-de précession est alors constamment dans le même sens, tmais cela nécessite une synchronisation entre les mouvements du gyroscope et ceux du navire. Le mode de fonctionnement en précession alternative a pour avantage de s'adapter instantanément aux variations de fréquence et d'amplitude des mouvements d tangage. Diverses solutions sont possibles pour utiliser l'énergie d'un axe en rotation alternative, utilisant des systèmes mécaniques ou électromagnétiques. Les conditions particulièresdu présent dispositif sont essentiellement les irrégularités du mouvement de rotation, qui peut, comme indiqué ci-dessus, aller de faibles oscillations à des révolutions complètes dans un sens ou dans l'autre, au gré des mouvements du navire. La solution décrite ci-dessous nermet, à partir de ces conditions, de restituer l'énergie sous forme d'une rotation régulière d'un volant d'inertie, lui-même entraenant soit l'arbre d'hélice, soit un générateur électrique. Le couple de précession obtenu est fonction de 1. l'amplitude et la fréquence des mouvements du navire. 2. La masse du rotor du gyroscope, son rayon de giration, sa vitesse de rotation. Pour un mouvement donné du navire, la puissance produite peut donc être modulée en agissant sur ces trois paramètres du gyroscope. La puissance produite est théoriquement limitée par l'interférence des forces gyroscopiques avec les mouvements du navire, qui conduisent à une diminution de leur amplitude. Ce principe de production d'énergie présente les avantages suivants - Système autonome, pouvant s'adapter simplement sur tout engin flottant déjà existant, et ne nécessitant pas de contact direct avec la mer. Son utilisation sur un navire n'entraine donc aucune traitée supplémentaire..L'utilisation d'un gyroscope suffisamment puissant peut même créer un amortissement sensible des mouvements angulaires du navire. Comme le sytème utilise les mouvements angulaires du navire, il aura la même efficacité quel que soit l'endroit du navire où il est monté, ce qui laisse toute liberté pour son installation. - Possibilité de puissance en rapport avec l'énergie communiquée. par la mer à l'ensemble du navire, et non pas seulement à un flotteur additionnel, d'o l'éventualité de puissance suffisante pour la pronulsion. Un double effet peut être obtenu en utilisant simultanément deux gyroscopes, le premier fonctionnant comme indiqué précédemment, le deuxième étant monté à 90 degrés pour utiliser les mouvements de roulis. - Production directe d'énergie mécanique sous forme de rotation d'un arbre moteur. I1 est à remarquer que l'oscillation du bâti du gyroscope, bien que provoquée par les mouvements angulaires du navire (de l'ordre de quelques degrés en mer peu agitée), n'est pas limitée à cette amplitude, et peut approcher et méme dépasser 90 degrés de part et d'autre de la verticale. Le récepteur d'énergie doit autoriser une amplitude suffisante pour une bonne efficacité, le travail fourni par le couple de précession étant d'autant plus grand que la précession est importante. I1 est donné ci-dessous à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation appliqué à la production d'un mouvement de rotation continue d'un volant d'inertie, à partir des mouvements de tangage d'un navire. La figure 1 représente l'ensemble du système, les figures 2 et 3 illustrent le fonctionnement pour chaque sens de rotation du bats. Figure 1 : Le gyroscope (1) est représenté avec son axe (2) vertical, la rotation du gyroscope étant initialisée et entretenue par le moteur électrique (3) fixé sur le bâti (4). Ce bâti peut pivoter en entraînant l'axe (5) dont les paliers (6) sont solidaires du navire. L'axe (5) du b ti entraine dans sa rotation alternative une couronne dentée (7), qui elle-même entraîne 2 pignons dentés (8) et (9). Ces pignons sont reliés par des mécanismes à rochet (13) et (14) aux roues dentées (10) et (11) qui s'engrènent l'une dans l'autre. Le mécanisme à rochet du pignon (8) assure l'entrainement de la roue (10) lorsque le pignon tourne dans le sens indiqué par la flèche. I1 fonctionne en roue libre lorsqu'il tourne en sens inverse par rapport à la roue (10). le système à rochet du pignon (9) assure la même fonction pour la roue (11), mais pour le sens de rotation inverse, comme indiqué par la flèche. Chacune des roues (10) et (11) joue le rible de volant d'inertie, et la roue (10) est utilisée pour entraîner un arbre moteur (12). Considérons le systeme en fonctionnement continu, c'est-a-dire les roues (10) et (11) ayant déjà acquis une certaine vitesse de rotation. A cause des systèmes à rochet opposés, le sens de rotation de (10) et (11) est imposé comme indiqué sur les figures 2 et 3, et il est compatible avec le bâti du gyroscope, c'est-à-dire aussi les pignons (8) et (9), n'ayant aucune rotation. Un couple moteur s'exerce sur ces roues dès qu'une vitesse de précession suffisante du bâti du gyroscope dans un sens ou dans l'autre est créée par les mouvements du navire. Figure 2 Pour une précession positive, le sens de rotation des pignons (8) et (9) est indiqué par les flèches. A cause des systèmes à rochet, le pignon (9) va entraîner la roue (11) dès qu'il va tourner à la même vitesse qu'elle, la roue (10) étant elle-même entrarnée par (11). Figure 3 Pour une précession néqaCive, c'est le pignon (8) qui va entraSner (10), et donc (llti;mais avec toujours le même sens de rotation des roues (i) et (11) Finalement, l'arbre moteur (12) est donc entraîné toujours dans le même sens, quelle que soit l'oscillation du gyroscope. De plus, celui-ci ne peut que lui fournir de l'énergie, le système fonctionnant en roue libre dès que les oscillations de précession sont insuffisantes par rapport à la vitesse acquise par l'arbre moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de production d'énergie à partir du mouvement des vagues appliqué aux engins flottants, caractérisé par le fait que les mouvements angulaires de l'engin flottant sont utilisés par le moyen d'au moins un gyroscope à un degré de liberté de rotation suivant un axe de précession pivotant dans des paliers liés au dit engin flottant, le bâti du gyroscope étant solidaire de cet axe et l'entratnant dans ses mouvements de rotation, déterminant ainsi une production d'énergie mécanique pouvant être utilisée par l'intermédiaire de systèmes tels que mécaniques ou électromagnétiques. 2. Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe du rotor du gyroscope est perpendiculaire à l'axe de précession pour obtenir le couple moteur suivant cet axe de précession. 3. Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système mécanique intermédiaire comporte une couronne dentée solidaire de l'axe de précession, entranant des pignons dont chacun est relié à une roue dentée par l'intermédiaire d'un 'système à rochet. 4. Dispositif de production d'énergie selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que les roues dentées du système mécanique s' engrènent l'une dans l'autre, et que les systèmes à rochet agissent en sens inverse l'un de l'autre; ce qui assure une rotation de sens constant des roues dentées, l'une d'elle entrainant un arbre moteur. 5. Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1, caracterisé par la possibilité d'associer plusieurs gyroscopes fonctionnant suivant des axes différents afin d'utiliser les différents types de mouvements angulaires de l'engin flottant, chaque gyroscope possédant son propre système mécanique intermédiaire, et attaquant tous le même arbre moteur afin d'augmenter la puissance résultante.