Brevet FR2523654A1 — publié le 19830923

Dispositif de production d'énergie électrique à partir de la houle La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique à partir de la houle, destiné notamment à être installé sur un corps flottant tel que navire, bouée et analogues, par exemple pour son alimentation en énergie électrique par l'intermédiaire d'une génératrice. On a déjà depuis longtemps cherché à utiliser la source d'énergie formée par la houle et qui est présente en permanence sur toutes les mers et océans avec une intensité variable selon les régions et en fonction de la distance à la côte, et de nombreux procédés d'utilisation de cette énergie,ont été décrits pour la propulsion des navires, l'alimentation des bouées ou le fonctionnement d'usines marines. Ils mettent en jeu de divers phénomènes physiques tels que la déformation de la surface libre, la propagation d'une onde de pression, le'mouvement orbital de particules d'eau, etc.. et utilisent directement l'eau de mer, l'air atmosphérique, de l'huile dans un circuit hydraulique, etc... Ces procédés sont basés par exemple sur le principe d'une colonne d'eau oscillante avec turbine à air ou turbine hydraulique en association avec une génratrice électrique, ou sur le principe des redresseurs transformant le mouvement alternatif des vagues en un écoulement mi-directionnel ou encore sur l'emploi de systèmes mécaniques : pilonnement d'un flotteur actionnant une pompe, batteurs à houles, radeaux oscillants, etc... Toutefois, il apparat que ces systèmes sont soit des installations d'une taille très importante (usine, caissons ou radeaux avec turbines ou analogue), soit des installations relativement simples quant aux principes (par exemple colonne d'eau), mais relativement complexes dans leur réalisation (hélices, arbres moteurs, turbines à eau/à air et dispositifs annexes). C'est pourquoi, la prdsente invention a pour but de produire une énergie électrique suffisante pour alimenter le phare d'une bouée de signalisation ou de détresse flottant librement à la surface de la mer ou bien les batteries installées dans les voiliers, ou encore pour alimenter des bouées d'un système de repérage ( ARGOS, par exemple) ou même pour accroître la puissance des navires soumis au tangage, moyennant la mise en oeuvre d'un système simple, fiable, robuste et impliquant un coût d'investissement relativement réduit. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un dispositif du type indiqué plus haut gra- ce au fait qu'il comporte un balancier monté de façon à osciller librement dans le corps flottant et équipé de moyens mécaniques de transformation des mouvements oscillatoires du corps flottant en une rotation du rotor de la génératrice. Comme on le voit, ce système mécanique à balancier entratnant un rotor de turbine n'emploie aucune turbine, ni hélice, caisscn hydraulique ou pneumatique, etc et utilise le mouvement de balancement d'un corps flottant sous l'effet de la houle. Selon une variante de réalisation de l'invention, lesdits moyens mécaniques sont constitués par un mécanisme de transmission formé d'au moins un pignon relié au rotor de la génératrice solidaire du balancier et d'au moins une crémaillère solidaire du corps flottant, ce qui est un sys tème d'entraînement extrêmement simple transformant un mouvement alternatif de balancier en un mouvement de rotation d'un axe. En outre avantageusement, il est pré- vu deux pignons montés en roues libres solidaires d'un axe relié au rotor de la génératrice et perpendiculaire au plan d'oscillation du balancier et engrenant avec des créamaillères courbAs respectives constituées en forme de couronnes dentées disposées d? part et d'autre du plan d'oscillation du balancier dont l'une comporte une denture extérieure et l'autre une denture intérieure. Enfin selon une autre variante avantageuse de réalisation de l'invention, le mécanisme de transmission est constitué par une seule crémaillère courbe solidaire du corps flottant et par un seul pignon d'entraînement engrenant avec cette crémaillère et dont l'axe entraîne le rotor de la génératrice par l'intermédiaire d'une boîte d'engrenages comportant deux pignons montés en roues libres, agissant en des sens de rotation opposés, et d'un multiplicateur de vitesse. Cette variante simplifie encore le dispositif selon l'invention en en réduisant le coût de fabrication, par suite du remplacement d'un pignon et de la crémaillère courbe à denture intérieure par une boite d'engrenages. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les Fig. 1 et 2 sont des vues en coupe axiale à 90" d'un dispositif conforme à l'invention, installé dans une bouée ; et - la Fig. 3 est un schéma partiel d'une variante de réalisation de l'invention montrant le système d'engrenages reliant le pignon moteur au rotor de la gdné- ratrice, dans le cas où un seul secteur denté d'entraînement est prévu. Sur les figures 1 et 2, on voit représenté un corps flottant 1 constitué par une boude de forme générale biconique, portant un phare ou un signal lumineux 2 à son sommet et un lest 3 dans sa partie inférieure. Le corps 1 de la bouée forme un caisson allongé étanche, dans lequel peut être également installée une batterie de secours, non représentée,destinée à alimenter le phare 2 pendant les périodes de calme plat et logée à la partie inférieure du corps 1. De plus, ce dernier comporte une ou plusieurs trappes de visite 4 fermant de façon étanche. Le corps flottant 1 comporte en outre, dans sa partie médiane une surface extérieure cylindrique 5 et, au niveau de la partie conique renversée inférieure, une dérive 6 d'orientation par rapport à la houle. Le corps flottant 1 comporte en son intérieur, le dispositif conforme à l'invention qui comporte un balancier 7 et des moyens mécaniques, de transformation des mouvements oscillatoires du corps 1 en une rotation du rotor d'une génératrice (décrits utltérieurement). Le balancier 7 est formé par deux barres 8 s'écartant l'une de l'autre d'un angle faible,disposées dans le plan vertical d'oscillation du balancier et reliées à leur sommet à un manchon 9 enserrant un axe 10 monté dans des roulements à aiguille 11, dont les couronnes sont solidaires de la plaque supérieure 12 de support du phare 2 par des cornières 13, par exemple par soudage. Les barres 8 sont reliées entre elles par des entretoises horizontales 14 et sont solidaires d'un étrier inférieur 15 formé d'une plaque. En outre, des flasques raidisseurs 16 sont fixés par soudage entre le manchon supérieur 9 et les entretoises 14 et des montants obliques 17 relient les bords latéraux de l'étrier 15 aux barres 8 au niveau des entretoises 14. L'étrier 15 porte une partie des moyens mécaniques cités précédemmment et constitués par un axe horizontal 18 portant deux pignons identiques 19 et 20 disposés symétriquement par rapport au plan vertical d'oscillation du balancier 7 et montés sur roues libres fonctionnant en des sens opposés. L'axe 18 est soutenu à une extrémité par un support 21 solidaire de l'étrier 15 et à son autre extrémité, est relié par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse non représenté au rotor d'une génératrice désignée par la référence 22. Les pignons 19, 20 engrènent avec des crémaillères courbes respectives constituant la partie complémentaire desdits moyens mécaniques, à savoir : une crémaillère supérieure 23 et une crémaillère inférieure 24, qui sont formées respectivement par un élément de couronne dentée extérieu rement et par un élément de couronne dentée intérieurement. Ces couronnes dentées 23 et 24 sont fixées au corps flottant 1 au voisinage de sa partie médiane 5 dans des supports appropriés d'extrémité 25, 26. Par ailleurs, il est prévu sur l'étrier 15 un régulateur de tension 27 ainsi qu'un contrepoids d'équilibrage non représenté. On va expliquer ci-après le fonctionnement du dispositif selon liinvention, en supposant pour faciliter la compréhension des phénomènes que c'est le balancier qui se déplace ( jusque dans la position 28 repérée en trait mixte) par rapport à la bouée 1, alors qu'en réalité la bouée se balance sous l'effet de la houle, tandis que le balancier reste fixe en position verticale. Lorsque le balancier se déplace de la gauche (position 28) vers la droite, selon la flèche 29, (figure 1), la crémaillère 24 entraîne le pignon 20 et donc l'axe 18 dans le sens de. la flèche 30, en supposant que la roue libre du pignon 20 réalise l'entraînement dans ce sens. Pendant ce déplacement, la roue libre du pignon 19 n'étant alors pas bloquée (les roues libres des pignons 19,20 agissent en sens opposés) tourne à vide en engrenant avec la crémaillère supérieure 23. Lors du déplacement inverse du balancier, en sens opposé à celui de la flèche 29, la roue libre du pignon 19 est bloquée sur l'axe 18 et réalise à l'entraînement de l'axe 18 dans le sens de la flèche 30 (car il s'agit alors de la crémaillère supérieure), tandis que la roue libre du pignon 20 tourne à vide en engrenant avec la crémaillère inférieure 24. On obtient ainsi un entraînement continu en rotation de l'axe 18 et donc du rotor de la génératrice 22. Ci-après, on va décrire, en référence à la figure 3, une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, qui ne comprend plus qu'un pignon et une crémail lère d'entraînement, à savoir : le pignon 19 et la crémaillère supérieure 23. Le pigon 19 est relié au rotor de la génératrice 22 par l'intermédiaire d'une boîte d'engrenages désignée globalement par la référence 31. Par ailleurs, l'ensemble des éléments oenstitutifs de la bote 1 restent identiques à ceux des figures 1 et 2 et n'ont pas été représentés sur la figure 3 pour en simplifier le dessin. Dans la boite d'engrenages 31, le pignon 19 constituant le pignon moteur ou d'entraînement, est solidiaire d'un arbre 32 portant un premier pignon intermédiaire 33 et sur l'extrémité libre 34 duquel est monté un pignon arbré de sortie 35 constitué à la manière d'une roue libre qui est solidaire de l'arbre 36 du rotor de la génératrice ou, plus précisément, du multiplicateur de vitesse non représenté, monté entre ce pignon 35 et la génératrice. La boite 31 comporte en outre un second arbre 37 parallèle d l'arbre 32 et dont une extrémité porte un pignon 38 engrenant avec un pignon intermédiaire, indépendant monté fou 39, lui-même engrenant avec le pignon inter médiaire 33.De plus l'autre extrémité de l'arbre 37 porte un pignon 40 monté en roue libre, dont le sens d'action est opposé à celui du pignon arbré 35. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif de la figure 3. Lorsque la crémaillère 23 entraîne le pignon 19 dans le sens de la flèche en trait plein 41, l'arbre 32 tourne dans ce même sens et le pignon 35 tourne également dans ce sens (flèche 42) en supposant que la roue libre de ce pignon est bloqué dans ce sens de rotation sur l'arbre 32. Par conséquent, l'arbre 36 est entraîné également dans ce sens (flèche 43). Au cours de ce fonctionnement, le pignon 39 tourne dans le sens de la flèche 44,en étant entraîné par le pignon 33 et entraîne dans le sens de la flèche 45 le pignon 38 et donc l'arbre 37 (même sens de rotation que l'arbre 32). Mais, la roue libre du piqnon 40 engrenant avec le pignon 35 agissant en sens opposé de celui de la roue libre du pignon 35, le pignon 40 tourne alors librement sur l'arbre 37 tout en engrenant avec le pignon 35. Si l'on considère alors un déplacement en sens opposé de la crémaillère 23, le pignon 19 et l'arbre 32 tournent en sens opposé à celui des flèches 41 et 42 (c'est-a dire dans le sens deys flèches en pointillés 46 et 47 , auquel cas, le pignon 35 est désolidarisé de l'extrémité 34 de l'arbre 32, par sa roue libre et le pignon 39 tourne dans le sens de la flèche 48 en entraînant le pignon 38 et ltarbre 37 dans le sens de la flèche 49. Or, la roue libre du pignon étant bloquée dans ce sens de rotation sur l'axe 37, tourne dans le sens de la flèche 50 et entraîne de ce fait le pignon de sortie 23 dans le sens de la flèche 43, c'est-à-dire, le mime sens de rotation que celui du pignon 19. Ainsi on obtient un entraînement en rotation continu du rotor 36 de la génératrice 22, dans le mEme sens. REVENDICATIONS 10) - Dispositif de production d'énergie électrique à partir de la houle, destiné notamment à autre installé sur un corps flottant (1) tel que navire, bouée et analogue, par exemple pour son alimentation en énergie électrique par l'intermédiaire d'une génératrice, caractérisé en ce qu'il comporte un balancier (7) monté de façon à osciller librement dans le corps flottant 1 et équipé de moyens mécaniques (18, 19, 20, 23, 24; 31) de transformation des mouvements oscillatoires du corps flottant en une rotation du rotor de la génératrice (22). 20) - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques (18, 19, 20, 23, 24; 31) sont constitués par un mécanisme de transmission torme d'au moins un pignon (19, 20) relié au rotor 36 de la gent ratrice 22 solidaire du balancier (7), et d'au moins une crémaillère (23,24) solidaire du corps flottant (1). 30) - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu deux pignons (19,20) montés en roues libres solidaires d'un axe (18) relié au rotor de la génératrice (22) et perpendiculaire au plan d'oscillation du balancier (7) et engrenant avec des crémaillères courbes respectives (23, 24) constituées en forme de couronnes dentées disposées de part et d'autre du plan d'oscill3tion du balancier dont l'une (23) comporte une denture extérieure et l'autre (24) une denture intérieure. 40) - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les roues libres des pignons (19, 20) sont montées de manière que leurs sens d'entraînement en rotation sur leur axe commun (18) sont réciproquement opposés. 50) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'axe 18 portant les pignons est relié au rotor de la génératrice (22) par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse. 60) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le balancier (7) est constitué par deux bras (8) solidaires d'un axe horizontal (10) supérieur monté dans des roulements (11) à la partie supérieure (12) du corps flottant (1), et par un étrier inférieur (15) portant l'axe (18) muni des pignons (19, 20) le multiplicateur de vitesse, la génératrice (22), un régulateur de tension (27) et un contrepoids. 70) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les crémaillères (23, 24) sont fixées dans des supports latéraux (25, 26) fixés à la paroi intérieure du corps (1) au voisinage de sa partie médiane (5). 80) - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission est constitué par une seule crémaillère courbe (23) solidaire du corps flottant (1) et par un seul pignon d'entraînement (19) engrenant avec cette crémaillère et dont l'axe (32) entraîne le rotor (36) de la génératrice (22) par l'intermédiaire d'une boite d'engrenages (31) comportant deux pignons (35, 40) montés en roues libres agissant en des sens de rotation opposés et d'un multiplicateur de vitesse. 90) - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la botte d'engrenages (31) est constituée par le pignon d'entraînement (19) dont l'arbre (32) porte un premier pignon intermédiaire (33) et un pignon de sortie (35) montésen roue libre sur cet arbre et solidaire du rotor (36) de la génératrice (22) et par un deuxième arbre (37) parallèle au premier, portant un pignon monté fixe (38) et engrenant avec un deuxième pignon intermédiaire indépendant monté fou (39)entraîné par le premier pignon intermédiaire (33), et dont l'autre extrémité porte un pignon (40) monté en roue libre et engrenant avec le pignon de sortie (35).