Brevet FR2557302A1 — publié le 19850628

I 2557302 APPAREIL POUR MESURER ET AFFICHER LA VITESSE D'UNE EMBARCATION, NOTAMMENT D' UNE PLANCHE A VOILE La présente invention concerne un appareil pour mesurer et afficher la vitesse d'une embarcation, notamment d'une planche & voile, comportant une hélice immergée montée sur un pivot qui est tracté par l'embarcation, au moins un aimant permanent solidaire de l'hélice, ses pôles étant diamétralement opposés par rapport a l'axe de rotation de l'helice, et un dispositif de mesure monté sur l'embarcation et équipé d'un organe d'affichage. On connaît déjà, pour mesurer et afficher la vitesse d'une embarcation, divers types de lochs à hélice qui sont reliés à un indicateur de vitesse situé à bord de l'embarcation par une ligne de transmission mécanique ou électrique. Avec ces appareils, le fait que la ligne de transmission traverse la coque de l'embarcation s'accompagne de problèmes d'étanchéité et rend l'entretien plus difficile. Pour remédier à ce problème, on a conçu des appareils dans lesquels l'hélice est solidaire d'un aimant permanent dont le champ tournant induit, à travers une coque réalisée en matériaux non ferromagnétiques, une tension électrique dans une ou des bobines montées à l'intérieur de la coque, c'est-à-dire à une distance relativement importante de l'aimant. Le brevet américain No 4'159'644 décrit un appareil de ce genre, dans lequel les variations du champ magnétique sont détectées au moyen d'une combinaison de deux magnétomètres qui sont excités par un courant alternatif. En présence d'un champ magnétique, on obtient à la sortie des magnétomètres une tension dont l'amplitude et la polarité représentent la différence entre les composantes axiales du champ dans les deux magnétomètres. Ce dispositif permet de détecter la fréquence de rotation de l'aimant en éliminant les effets parasites des champs magnétiques dont les composantes sont égales simultanément dans les deux magnétomètres, par exemple le champ terrestre. Dans cette réalisation, ce dispositif complexe est nécessaire pour détecter les variations du champ de l'aimant à une distance suffisante et quand celui-ci tourne à faible vitesse. En effet, l'intensité du champ 2 2557302 magnétique décroît si rapidement avec la distance que ses variations ne peuvent pas être détectées de manière fiable au moyen des bobines d'induction usuelles à des distances de l'ordre du décimètre et avec des fréquences relativement basses. Ainsi, cet appareil comporte des organes de détection relativement complexes et coûteux. En outre, il doit être excité par un courant alternatif qui n'est en général pas & disposition sur un dériveur léger et pas du tout sur une planche à voile. Par consequent, le but de la présente invention consiste à fournir un appareil simple et peu coûteux, de préférence amovible, permettant de mesurer et afficher la vitesse sur une embarcation dépourvue de source d'énergie électrique, notamment une planche & voile, et n'exigeant pas de transmission mécanique ou électrique ni de percement de la coque. Dans ce but, l'obJet de la présente invention est un appareil du type mentionné plus haut, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte une bobine agencée pour induire un signal électrique repré- sentatif des variations de champ magnétique engendrées par la rotation de l'aimant, au moins un organe d'amplification pour amplifier ce signal tout en éliminant les fréquences très basses, et un fréquence- mètre pour déterminer la fréquence du signal après amplification. Afin de présenter une sensibilité suffisante aux faibles variations de champ magnétique, la bobine comporte au moins 10'000 spires. Selon une forme de réalisation préférée, la source de courant continu est constituée par des cellules photovolta!ques, et l'organe d'affichage est du type à cristaux liquides. De préférence, l'hélice est réalisée en une matière synthétique et l'aimant se trouve logé à l'intérieur de l'hélice. Comme le dispositif de mesure peut ne comporter aucune liaison mécani- que ou électrique avec l'extérieur, en particulier s'il est alimenté par des piles de longue durée ou par des cellules photovoltaîques, 3 2557302 l'appareil peut comporter un bottier étanche qui est muni d'une fenêtre transparente et qui renferme la totalité du dispositif de mesure, y compris la source de courant continu. Réalisé sous forme miniaturisée, ce bottier peut être monté de manière amovible sur l'embarcation grâce à un dispositif de fixation rapide, pour être emporté par l'utilisateur lorsque celui-ci quitte l'embarcation. Selon une autre variante de montage, le boîtier peut être encastré dans la partie supérieure de la structure d'une planche à voile. La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence à la description d'une forme de réalisation préférée donnée ci-dessous à titre d'exemple, et au dessin annexé dans lequel: La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une hélice équipée d'un aimant et agencée pour la mesure des faibles vitesses au moyen d'un appareil selon l'invention, La fig. 2 est une vue, analogue à la fig. 1, d'une hélice agencée pour la mesure des vitesses relativement grandes, La fig. 3 est un schéma-bloc du dispositif de mesure, La fig. 4 est une vue frontale du boîtier renfermant le dispositif de mesure, La fig. 5 est une vue en coupe schématique du boîtier de la fig. 4, et La fig. 6 est un exemple d'une disposition de l'appareil sur une planche à voile. L'hélice 1 représentée sur la fig. 1 comporte un corps monobloc comprenant une partie centrale 2 de forme allongée et évidée axialement, et une double ailette hélicoïdale 3 dont le pas est égal à mm. Ce corps est réalisé en matière synthétique. Un aimant permanent 4 de forme cylindrique se trouve fixé dans l'évidement axial du corps de l'hélice. Cet aimant est polarisé dans le sens transversal, c'est-à-dire selon un diamètre du cylindre; il peut être 4 Z 2557302 bipolaire ou multipolaire. La partie avant de l'hélice 1 comporte un pivot comprenant une tige métallique 5 qui tourne librement dans un alésage axial d'une douille cylindrique 6. Cette douille 6, réalisée en métal ou en matière synthétique, est fixée dans l'évidement axial du corps de l'hélice. A l'intérieur de cet évidement, la tige 5 du pivot comporte une butée 7 qui peut s'appuyer contre l'extrémité de la douille 6. L'autre extrémité de la tige 5 est repliée en forme de crochet 8 pour permettre d'accrocher l'hélice à l'embarcation. Les matériaux utilisés pour la tige 5 et la douille 6 sont choisis de manière à présenter un faible coefficient de frottement. L'hélice 1, avec son pas relativement court, est conçue pour la mesure des vitesses faibles et modérées qui sont généralement pratiquées avec une planche à voile. Elle convient de façon optimale à la détection des vitesses comprises approximativement entre 0,5 et 10 noeuds. Pour des mesures dans une gamme de vitesses plus élevées, on peut utiliser une hélice telle que représentée sur la fig. 2. Cette hélice 10 com- porte une double ailette hélicoldale 13 dont le pas est par exemple égal à 100 mm. Tournant ainsi cinq fois plus lentement que l'hélice 1, cette hélice présente une usure beaucoup plus faible aux vitesses élevées. En principe, son aimant 4 est identique à celui de l'hélice 1, mais ici un aimant multipolaire est spécialement avantageux pour faciliter la mesure des faibles vitesses. Pour le reste, la construc- tion de l'hélice 10 est identique à celle de l'hélice 1. Une grande partie de l'hélice peut être réalisée en un matériau léger et elle peut même comporter des évidements étanches, de façon à pré- senter une masse volumique apparente voisine de celle de l'eau. Ainsi, l'hélice suspendue à l'embarcation par son crochet 8 s'oriente dans le sens d'écoulement de l'eau déjà aux faibles vitesses de déplacement. Selon une forme d'exécution particulière, on peut obtenir une réduc- tion du poids de l'hélice en réalisant la douille 6 au moyen d'un aimant de forme annulaire, qui remplace l'aimant cylindrique 4. Le dispositif de mesure représenté par le schéma-bloc de la fig. 3 est 2557302 disposé à bord de l'embarcation, à une distance de l'aimant 4 pouvant aller Jusqu'à plusieurs décimètres. Pour détecter en un point fixe de l'embarcation les variations périodiques du champ magnétique, causées par la rotation de l'aimant 4, le dispositif comprend une bobine 21 comportant plusieurs dizaines de milliers de spires et un noyau magné- tisable. Dans l'exemple décrit ici, la bobine 21 comporte 20'000 spires de fil de cuivre de 0,02 mm de diamètre. La faible tension induite dans la bobine 21 est fortement amplifiée par une chaîne de trois organes d'amplification, par exemple des amplificateurs opéra- tionnels 22 à très faible consommation de courant. Chacun des amplifi- cateurs opérationnels 22 est combiné avec un circuit filtre afin d'éliminer la composante basse fréquence générée par la bobine lors de ses propres mouvements dans le champ magnétique terrestre. Une batte- rie de cellules photovoltalques 23 exposées à la lumière ambiante alimente l'ensemble du dispositif de mesure. Lorsque l'aimant 4 est en rotation, ce montage produit, à la sortie 27 du dernier amplificateur opérationnel, un signal électrique carré dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation de l'hélice. Ce signal carré est transmis à un fréquencemètre 24 connu en soi, raccordé à une base de temps 25 qui est réglable pour permettre l'étalonnage de l'appareil. Le fréquencemètre 24 comprend un décodeur qui commande une unité d'affichage 26 à cristaux liquides. L'ensemble du fréquencemètre est réalisé au moyen de circuits du type CMOS à très faible consommation d'énergie, afin d'utiliser une alimentation de faible puissance par la batterie 23 de cellules photovolta!ques. Le boltier étanche 30 représenté sur les figures 4 et 5 renferme la totalité du dispositif de mesure illustré par la fig. 3. Il comprend un corps 31 de forme générale aplatie, dont une ouverture frontale est obturée.par une plaque transparente 32 scellée de façon étanche sur le corps du boîtier. De préférence, le corps 31 et la plaque transparente 32 sont réalisés en-matière synthétique. La face frontale du boltier 30, représentée en particulier sur la fig. 4, laisse apparaître derrière la plaque transparente 32 une unité d'affichage 26 et la batterie 23 de cellules photovolta!ques. Les 6 2:*2557302 circuits électroniques sont noyes dans un bloc de résine 33 qui est fixé dans le bottier 30, de même que la bobine 21. Dans cet exemple, le bottier 30 est conçu pour être amovible. En effet, sa taille inférieure à celle d'un paquet de cigarettes et son faible poids permettent à l'utilisateur de le transporter facilement dans une poche lorsqu'il quitte son embarcation, et de mettre ainsi son appareil à l'abri du vol ou des déprédations. A cet effet, le dos du bottier 30 comporte un organe d'accrochage rapide 34, de type connu, qui s'accroche par pression sur un organe correspondant fixé à l'embarcation à l'emplacement voulu. Ce dispositif d'accrochage facilite également le transfert de l'appareil de mesure d'une embarcation à une autre. La fig. 6 illustre schématiquement une disposition préférée de l'appareil selon l'invention sur une planche à voile 40. L'hélice 1 est accrochée au moyen d'une attache rapide 9 de type connu, par exemple un clip en acier inoxydable, à un aileron arrière 41 de la planche, cet aileron étant percé d'un trou 42 à proximité de son bord de fuite. Selon une variante évitant tout percement, l'aileron 41 peut comporter, pour l'accrochage de l'hélice, une boucle fixe noyée ou collée. Le bottier 30 renfermant le dispositif de mesure et notamment l'organe d'affichage, se trouve fixé sur la surface supérieure 43 de la planche à voile, de façon à être bien visible par le navigateur. La distance maximale entre le boitier 30 et l'hélice 1 varie notamment en fonction de la plus faible vitesse à mesurer. Avec l'exemple de réalisation décrit ici, il s'avère qu'avec une hélice 1 au pas de 20 mm et un aimant bipolaire de qualité courante, cette distance maximale est d'environ 25 cm pour une vitesse limite inférieure de 0,5 noeud. Si l'on se contente de mesurer les vitesses à partir de 1 noeud, cette distance maximale est supérieure à 40 cm. Dans le cas de la fig. 6, le rayon R égal à 40 cm montre que la position du bottier 30 peut être choisie librement dans une zone relativement étendue, tout en permet- tant au navigateur de lire, dans la direction de la flèche A, la vitesse affichée par l'appareil. 7 2557302 A ce propos, il faut relever que des essais, effectués avec une autre variante de réalisation du dispositif comportant notamment un aimant de caractéristiques supérieures, ont démontré que l'appareil pouvait fonctionner de manière suffisamment précise quand on augmente la distance entre la bobine et l'aimant Jusqu'à une valeur de 1,70 m. Du fait que, grâce à l'alimentation par cellules photovoltalques le boîtier 30 peut être scellé à demeure, on peut l'encastrer dans la partie supérieure de la structure de la planche à voile lors de la construction de cette dernière, la face frontale du boîtier étant à fleur de la surface supérieure de la planche. Avec cette disposition, le boîtier est parfaitement protégé contre le chocs, la perte ou le vol. Comme le montre la description ci-dessus, l'appareil selon l'invention est particulièrement adapté à la mesure de la vitesse d'une planche à voile. Cependant, il est tout aussi bien utilisable pour mesurer la vitesse d'un dériveur léger, monocoque ou multicoque, ou même d'une embarcation plus importante à condition que l'appareil de mesure soit place, par rapport à l'hélice 1, à une distance inférieure au rayon maximum R et que la coque de l'embarcation ne soit pas ferromagnéti- que. Sur les embarcations légères, on appréciera particulièrement le fait que l'hélice et le boîtier de l'appareil sont aisément amovibles et interchangeables. Sur les embarcations plus importantes, il peut être avantageux de dissocier les fonctions de mesure et d'affichage dans deux bottiers différents, avec une transmission des résultats entre les deux bottiers qui peut s'effectuer par exemple par cable ou par ultrasons. Dans un tel cas, l'organe d'affichage peut être incor- poré dans un tableau de bord ou être porté par exemple au poignet par un navigateur. Combiné avec un capteur adéquat équipé d'un aimant, un dispositif de mesure identique peut être utilisé pour mesurer et afficher la vitesse d'une bicyclette, d'une aile delta, d'un avion du type ULM ou de tout véhicule dépourvu d'une source de courant électrique. D'une façon générale, l'appareil décrit ci-dessus est susceptible de faire l'obJet de toute modification ou variante évidente pour l'homme de l'art, sans 8 255732 sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1. Appareil pour mesurer et afficher la vitesse d'une embarcation, notamment d'une planche à voile, comportant une hélice immergée montée sur un pivot qui est tracté par l'embarcation, au moins un aimant permanent solidaire de l'hélice, ses pôles étant diamétralement oppo- sés par rapport à l'axe de rotation de l'hélice, et un dispositif de mesure monté sur l'embarcation et équipé d'un organe d'affichage, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte une bobine (21) agencée pour induire un signal électrique représentatif des variations de champ magnétique engendrées par la rotation de l'aimant (4), au moins un organe d'amplification (22) pour amplifier ce signal tout en éliminant les fréquences très basses, et un fréquencemètre (24) pour déterminer la fréquence du signal après amplification. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine (21) comporte au moins 10'000 spires. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de courant continu est constituée par une batterie de cellules photovolta!ques (23). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérise en ce que l'organe d'affichage (26) est du type A cristaux liquides. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice (1, 10) est en matière synthétique et en ce que l'aimant (4) est logé à l'intérieur de l'hélice. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'ii comporte un boltier étanche (30) qui est muni d'une fenêtre transparente (32) et qui renferme la totalité du dispositif de mesure y compris la source de courant continu (23). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bottier (30) est monté de manière amovible sur l'embarcation (40). 2557302 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boltier (30) est encastré dans la partie supérieure de la structure d'une planche à voile.