Brevet FR2757574A1 — publié le 19980626

Dispositif générateur d'électricité à roue à aubes pour bateau ou analogue La présente invention concerne un dispositif générateur d'électricité à roue à aubes pour bateau ou analogue dans lequel ledit dispositif générateur est accroché audit bateau qui est apte à se déplacer pour créer un courant d'eau relatif par rapport à la roue à aubes en vue d'entraîner ladite roue. On connaît déjà des hydrogénérateurs qui produisent de l'énergie électrique pour les bateaux. Ils comprennent généralement une hélice totalement submergée dans l'eau. L'hélice est entraînée par le courant d'eau relatif créé par le déplacement du bateau. Elle est reliée à un mécanisme convertisseur d'énergie électrique qui peut être soit dans l'eau comme l'hélice, soit hors de l'eau et relié à l'hélice via des moyens de transmission appropriés. De tels hydrogénérateurs ont un faible rendement en raison du faible rendement de l'hélice, des pertes hydrodynamiques dues au support de l'hélice et du convertisseur plongés dans l'eau, ou des pertes de transmission lorsque le convertisseur est hors de l'eau. Le Demandeur s'est posé le problème de fournir un hydrogénérateur qui engendre un bon rendement avec des pertes hydrodynamiques faibles par rapport aux hydrogénérateurs à hélice de l'état de la technique et qui est de mise en oeuvre facile et peu coûteuse. La présente invention apporte une solution à ce problème. Elle a pour objet un dispositif générateur d'électricité comprenant une roue à aubes reliée à un mécanisme convertisseur d'énergie électrique et qui est caractérisé par le fait que ledit dispositif est destiné à être accroché à un bateau ou analogue, apte à se déplacer pour créer un courant d'eau relatif par rapport à la roue à aubes, et par le fait que ledit dispositif comprend des moyens d'accrochage de la roue à aubes à une zone choisie du bateau, ledit accrochage étant mobile en translation rectiligne verticale et en rotation horizontale, en fonction de l'inclinaison du bateau par rapport à la surface de l'eau, et de la pression du dispositif générateur sur l'eau, de telle sorte que la roue est entraînée par le déplacement du bateau et maintenue sensiblement flottante pendant le déplacement du bateau. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'arbre de la roue est creux et le mécanisme convertisseur est logé coaxialement et de façon étanche dans ledit arbre. Selon un second mode de réalisation de l'invention, le mécanisme convertisseur est logé hors de l'eau. Avantageusement, dans les premier ou second modes de réalisation, le mécanisme convertisseur comprend un alternateur possédant un rotor entraîné par des moyens d'engrenage amplificateurs reliés à la roue. Selon un autre aspect de l'invention, les aubes de la roue ont des extrémités libres droites ou courbes. Pour améliorer le rendement de la roue, l'axe de rotation des aubes est décalé par rapport à l'axe de rotation de la roue. Avantageusement, les extrémités libres des aubes comprennent des moyens appropriés pour améliorer la flottaison de la roue à aubes. En pratique, le dispositif comprend en outre des moyens propres à capter des grandeurs représentatives de la vitesse de rotation de la roue, de l'énergie débitée à la sortie du convertisseur et la profondeur de la roue dans l'eau, et l'accrochage est mobile en translation verticale et en rotation horizontale en fonction desdites grandeurs ainsi captées. Selon un autre aspect de l'invention, les moyens d'accrochage comprennent un bras possédant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, l'extrémité inférieure comprenant des moyens formant support propres à supporter l'arbre de la roue à aubes, et l'extrémité supérieure étant apte à être accrochée à la zone choisie du bateau, de façon mobile en translation rectiligne verticale et/ou en rotation horizontale. En pratique, les moyens d'accrochage comprennent - des premiers moyens formant glissière rectiligne, fixés sur la zone du bateau sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur - une première plaque formant support apte à être mobile en translation rectiligne verticale dans les premiers moyens formant glissière, ladite première plaque comprenant des moyens formant crochet - des seconds moyens formant glissière curviligne fixés sur la première plaque formant support ; et - une seconde plaque accrochée aux moyens formant crochet, de façon mobile en rotation horizontale, l'extrémité supérieure du bras étant solidaire de la seconde plaque, et le bras comprenant des moyens formant appui aptes à se déplacer dans lesdits seconds moyens formant glissière curviligne. En variante, les moyens d'accrochage comprennent - des premiers moyens formant glissière rectiligne fixés sur la zone du bateau sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur - une première plaque formant support apte à être mobile en translation rectiligne verticale dans les premiers moyens formant glissière, ladite première plaque comprenant des moyens formant crochet - une seconde plaque accrochée aux moyens formant crochet, de façon mobile en rotation horizontale, l'extrémité supérieure du bras étant solidaire de la seconde plaque - un vérin comprenant une première extrémité solidaire de la seconde plaque et une seconde extrémité solidaire du bras ledit vérin étant propre sur commande à incliner, soulever hors de l'eau et/ou enfoncer dans l'eau le bras supportant la roue à aubes ; et - des moyens de commande propres, en réponse à des conditions prédéterminées, à commander ledit vérin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ciaprès et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement la poupe d'un voilier sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur d'électricité selon l'invention, le voilier ayant une gîte sensiblement nulle - les figures 2A et 2B représentent respectivement la poupe du voilier avec une gîte bâbord et une gîte tribord et illustrent la rotation autour d'un axe horizontal du dispositif en fonction de la gîte du voilier selon l'invention - la figure 3 illustre schématiquement le déplacement de la roue à aubes de façon rectiligne verticale selon l'invention - les figures 4A et 4B illustrent schématiquement des moyens d'accrochage à glissières curvilignes selon l'invention - les figures 5A et 5B illustrent schématiquement des moyens d'accrochage comprenant un vérin selon l'invention - les figures 6A et 6B illustrent schématiquement la roue à aube comprenant un arbre creux pour loger le convertisseur d'énergie selon l'invention - la figure 7 représente schématiquement le décalage de l'axe des aubes par rapport à l'axe de rotation de la roue selon l'invention - la figure 8 représente schématiquement des aubes équipées de moyens flotteurs selon l'invention - la figure 9 illustre schématiquement les moyens essentiels constitutifs du convertisseur d'énergie logé dans l'arbre creux de la roue selon l'invention - la figure 10 illustre schématiquement les moyens essentiels constitutifs du convertisseur d'énergie disposé hors de l'eau selon l'invention ; et - les figures 11A et 11B sont des vues illustrant le dispositif générateur équipé de moyens flotteurs selon l'invention. En référence à la figure 1, on a représenté la poupe d'un voilier sur laquelle est destiné à être accroché le dispos il tif générateur d'électricité selon l'invention. I1 est clair que le dispositif générateur d'électricité selon l'invention peut être accroché à un autre endroit qu'à la poupe du voilier, par exemple sur l'un de côtés du bateau. De même, il peut être accroché à toute embarcation, bateau ou analogue, susceptible de se déplacer pour créer un courant d'eau relatif par rapport à la roue à aubes en vue d'entraîné ner celle-ci. L'accrochage à un bateau ou analogue d'une roue à aubes est surtout problématique lorsque ledit bateau, tel qu'un voilier, est destiné à subir des conditions météorologiques, maritimes ou autres très difficiles, entraînant notamment des variations importantes de la gîte du voilier, et de la vitesse de celui-ci. La solution proposée selon l'invention consiste à entraîner la roue par le déplacement du bateau en maintenant sensiblement flottante ladite roue quelles que soient l'inclinaison du bateau et la vitesse de celui-ci. Pour atteindre ce résultat, il est prévu des moyens d'accrochage de la roue à aubes à un bateau aptes à fournir un accrochage mobile en translation rectiligne verticale et/ou en rotation horizontale en fonction de l'inclinaison du bateau par rapport à la surface de l'eau et de la pression du dispositif générateur sur l'eau. En référence à la figure 1, la gîte G du voilier VOI est sensiblement nulle par rapport à l'axe vertical V (par rapport à et la surface de la mer SEA). Les moyens d'accrochage ACC que l'on décrira plus en détail ci-après maintiennent flottante la roue ROU à aubes AUB sur la surface de la mer SEA. En référence à la figure 2A, la gîte G du voilier VOI est importante, ici vers tribord par rapport à l'axe vertical V (par rapport à la surface de la mer SEA). Les moyens d'accrochage ACC maintiennent flottante la roue ROU à aubes AUB grâce à une rotation par rapport à un axe horizontal (par rapport à la surface de la mer) dans le sens des aiguilles d'une montre. Maintenir flottant signifie ici que l'axe AR de l'arbre de la roue est maintenu hors de l'eau, pour permettre l'entraînement de la roue par le déplacement du bateau. En référence à la figure 2B, la gîte du voilier VOI est importante, ici vers bâbord par rapport à l'axe vertical V (par rapport à la surface de la mer SEA). Les moyens d'accrochage ACC maintiennent flottante la roue ROU à aubes AUB grâce à une rotation RH par rapport à un axe horizontal (par rapport à la surface de la mer) dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. En référence à la figure 3, la vitesse du voilier est suffisamment importante pour créer une pente croissante PEN au niveau de la surface de la mer située dans le sillage du voilier VOI. Les moyens d'accrochage ACC maintiennent flottante la roue ROU à aubes AUB grâce à une translation rectiligne TR verticale (par rapport à la surface de la mer). En référence aux figures 4A à 4B, les moyens d'accrochage ACC comprennent un bras 10 possédant une extrémité inférieure 12 et une extrémité supérieure 14. L'extrémité inférieure 12 du bras se prolonge par des moyens formant support propres à supporter l'arbre de la roue à aubes ROU. En pratique, ces moyens formant support comprennent une fourche à deux dents 20 et 22. L'extrémité supérieure 14 du bras est apte à être accrochée à la zone choisie du bateau, de façon mobile en translation rectiligne verticale TR et en rotation horizontale RH comme on le décrira plus en détail ci-après. En référence à la figure 4A, les moyens d'accrochage comprennent des premiers moyens formant glissière 30 et 32, fixés sur la zone du bateau sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur. En pratique, ces glissières rectilignes sont préalablement prévues sur la poupe d'un voilier, par exemple pour l'accrochage d'un moteur hors bord. Une plaque rectangulaire formant support 40 apte à être mobile en translation rectiligne verticale TR dans les premiers moyens formant glissière 30 et 32 est prévue. Ces glissières 30 et 32 permettent aux moyens d'accrochage de se déplacer rectilignement et verticalement le long desdites glissières en fonction du comportement du voilier. La plaque 40 comprend un crochet 45 disposé sur sa partie médiane supérieure. Ce crochet 45 est de forme sphérique par exemple. Des moyens formant glissière de forme curviligne 52, 54, 56 sont prévus sur la partie inférieure de la plaque 40. Ces glissières curviligne sont fixées sur la plaque 40 par des moyens de fixation réglables 61, 63, 65, 67 et 69. En pratique, les glissières sont au nombre de trois. Elles sont curvilignes pour former un demi-cercle. Les moyens d'accrochage comprennent en outre une seconde plaque 70 destinée à être accrochée au crochet 45. Cet accrochage est mobile en rotation horizontale RH selon l'axe 47. L'extrémité supérieure du bras 14 est destinée à être solidaire de la plaque 70. Cette solidarisation est réalisée à l'aide d'un système d'attache approprié selon un axe horizontal 49. Très avantageusement, le bras 10 est apte à être mobile en rotation horizontale RH dans les glissières 52, 54 ou 56. Cette mobilité est réalisée à l'aide de moyens mécaniques et élastiques permettant de rendre mobile le bras dans lesdites glissières. Ces moyens mécaniques et élastiques comprennent des moyens formant appui, par exemple deux éléments formant doigt 100 et 101, dont l'un 100 traverse perpendiculairement le bras et dont l'autre 101 est libre de se déplacer dans les glissières curvilignes 52, 54 ou 56. Le doigt 100 comprend deux extrémités 102 et 103 disposées respectivement de part et d'autre du bras 10, l'extrémité 102 étant montée de façon élastique dans le bras. Le doigt 101 comprend deux extrémités 106 et 107, l'extrémité 106 se déplaçant dans lune des glissières. Les moyens de fixation du doigt 100 dans le bras 10 comprennent une plaque 110 fixée sur le bras au moyen de quatre visécrous 82, 84, 86 et 88. La plaque 110 comprend une ouverture 111 à travers laquelle passe l'extrémité 102 du doigt 100. Des moyens élastiques 104 (ressorts) permettent de rendre élastique la fixation du doigt 100. Un système de réglage 120 permet de régler le déplacement de l'extrémité 106 du doigt 101 dans une des glissières 52, 54, ou 56. Le système de réglage 120 comprend par exemple une cale de réglage disposée au niveau de l'extrémité 107. Un autre système de réglage 124 disposé au niveau de l'extré- mité 102 du doigt 100 permet de régler la pression du bras 10 sur l'eau en appliquant ou en libérant les moyens ressorts 104. Les doigts 100 et 101 sont maintenus solidaires l'un à l'autre et sont parallèles entre eux par des moyens de coopération appropriés 130. En variante, en référence aux figures 5A à 5B, les moyens d'accrochage comprennent un vérin 200 comprenant une première extrémité 202 solidaire de la plaque 70 par des moyens de fixation appropriés 209. La plaque 70 s'étend ici jusqu'à la fourche supportant l'arbre de la roue. l'extrémité 202 du vérin est articulée en rotation autour d'un axe horizontal 207. Le vérin comprend en outre une seconde extrémité 204 solidaire du bras 10. Cette solidarisation est par exemple réalisée à l'aide de moyens de fixation classiques tels que des moyens de type vis/écrou. Le vérin remplace ici les glissières 52, 54 et 56 décrites en référence aux figures 4A et 4B, ainsi que les moyens formant appui 100 et 101 du bras 10 sur lesdites glissières. Le vérin est apte, sur commande, à se détendre ou se rétracter pour incliner, soulever hors de l'eau ou enfoncer dans l'eau le bras 10 supportant la roue à aubes. Des moyens de commande du vérin (non représentés) sont aptes à agir en réponse à des conditions prédéterminées, peuvent être des paramètres tels que l'inclinaison du bateau, l'énergie débitée par la roue à aubes, la profondeur de la roue dans l'eau, la vitesse de rotation de la roue. Ces paramètres peuvent être mesurés par des capteurs appropriés utilisant des techniques bien connues de l'homme de l'art. Il est à remarquer que dans cette configuration, la plaque 40 est apte à se déplacer rectilignement TR, tandis que la plaque 70 est apte à se déplacer en rotation horizontale RH. Le vérin est du type électrique avec de préférence des moyens amortisseurs hydrauliques pour amortir la commande du vérin. dans l'eau. Une sécurité complémentaire peut être prévue pour en cas de choc particulier déclencher le soulèvement de la roue hors de 1 'eau. En référence aux figures 6A et 6B, la roue à aubes est constituée de deux parties 800 et 850 susceptibles d'être assemblées l'une à l'autre. Dans cette configuration, l'arbre de la roue 802 est creux et comprend une cavité 804 dans laquelle est logé le mécanisme convertisseur CONV de façon coaxiale et aussi étanche. Il est à remarquer que les aubes 810 de la roue ont des extrémités libres droites. En variante, ces extrémités libres peuvent être courbes. En référence à la figure 7, pour améliorer le rendement de la roue, l'axe de rotation 812 des aubes 810 est décalé par rapport à l'axe AR de rotation de la roue d'un angle A de quelques degrés. En référence à la figure 8, les extrémités libres des aubes 810 comprennent en outre des moyens flotteurs 820 appropriés pour améliorer la flottaison de la roue à aubes. Par exemple, ces moyens flotteurs comprennent des éléments en mousse. En référence à la figure 9, le mécanisme convertisseur est logé dans l'arbre creux de la roue comme en référence aux figures 6A et 6B. Dans cette configuration, l'arbre de la roue 860 est fixe tandis que les aubes 810 sont destinées à être rotatives autour dudit arbre 802. L'arbre joue donc le rôle de stator, tandis que les aubes jouent le rôle ici de rotor. L'alternateur 870 du convertisseur d'énergie électrique est solidaire ici de l'arbre de la roue par les moyens 872. Le rotor 874 de l'alternateur est entraîné par une couronne dentée 876 qui a pour axe celui de l'arbre de la roue. Par exemple, le nombre de dents de la couronne dentée 876 est ici de 30. Cette couronne dentée 876 est entraînée par deux couronnes dentées constituées ici d'un nombre de dents égal à 90 et diamétralement opposées autour du rotor 874. Le facteur amplificateur intermédiaire est donc ici égal à 3. Chaque couronne dentée 878 communique en outre avec une couronne dentée 880 dont le nombre de dents est égal à 30. Le second facteur amplificateur est donc égal ici à 3. Le facteur amplificateur total est donc ici égal à 9. Les deux couronnes dentées 880 sont solidaires des aubes et tournent donc à la vitesse de ces dernières. En référence à la figure 10, le mécanisme convertisseur CONV est logé hors de l'eau. Le mouvement de la roue à aubes ROU est transmis alors à l'alternateur du convertisseur CONV via des moyens de transmission à engrenage amplificateur, par courroie COU, chaîne de friction ou analogue solidaires de l'axe de l'arbre de la roue AR par des moyens appropriés du type roue dentée RD par exemple. En référence aux figures 11A et llB, le mécanisme convertisseur CONV est disposé hors de l'eau. Des moyens flotteurs FLO1 et FLO2 sont disposés sur les deux joues de la roue JO1 et JO2. Les moyens d'accrochage ACC sont susceptibles d'être relevés manuellement à la manière d'une échelle ECH de bord ou d'un pantographe. Revendications 1. Dispositif générateur d'électricité comprenant une roue à aubes (ROU) reliée à un mécanisme convertisseur d'énergie électrique (CONV), caractérisé en ce que ledit dispositif est destiné à être accroché à un bateau ou analogue apte à se déplacer pour créer un courant d'eau relatif par rapport à la roue à aubes, et en ce qu'il comprend des moyens d'accrochage (ACC) de la roue à aubes à une zone choisie du bateau, ledit accrochage étant mobile en translation rectiligne verticale (TR) et/ou rotation horizontale (RH), en fonction de l'inclinaison du bateau par rapport à la surface de l'eau, et de la pression du dispositif générateur sur l'eau de telle sorte que la roue (ROU) est entraînée par le déplacement du bateau et maintenue sensiblement flottante pendant le déplacement du bateau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de la roue est creux et en ce que le mécanisme convertisseur (CONV) est logé coaxialement et de façon étanche dans ledit arbre. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme convertisseur (CONV) est logé hors de l'eau. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le mécanisme convertisseur (CONV) comprend un alternateur possédant un rotor entraîné par des moyens d'engrenage amplificateur reliés à la roue (COU). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes de la roue ont des extrémités libres droites ou courbes. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités libres des aubes comprennent des moyens (820) appropriés pour améliorer la flottaison de la roue à aubes. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage (ACC) comprennent un bras (10) possédant une extrémité inférieure (12) et une extrémité supérieure (14), l'extrémité inférieure (12) comprenant des moyens formant support (20, 22) propres à supporter l'arbre de la roue à aubes, et l'extrémité supérieure (14) étant apte à être accrochée à la zone choisie du bateau, de façon mobile en translation rectiligne verticale (TR), et/ou en rotation horizontale (RH). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage (ACC) comprennent - des premiers moyens formant glissière rectiligne (30, 32) fixés sur la zone du bateau sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur, - une première plaque formant support (40) apte à être mobile en translation rectiligne verticale dans les premiers moyens formant glissière, ladite première plaque comprenant des moyens formant crochet (45), - des seconds moyens formant glissière de forme curviligne (52, 54, 56) fixés sur la première plaque formant support (40), et - une seconde plaque (70) accrochée aux moyens formant crochet (45) de façon mobile en rotation horizontale (RH), l'extrémité supérieure du bras étant solidaire de la seconde plaque, et le bras comprenant des moyens formant appui (100 et 101) aptes à être mobiles en rotation horizontale (RH) dans lesdits seconds moyens formant glissière (52, 54, 56). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage (ACC) comprennent - des premiers moyens formant glissière (30, 32) fixés sur la zone du bateau sur laquelle est destiné à être accroché le dispositif générateur, - une première plaque formant support (40) apte à être mobile en translation rectiligne verticale (TR) dans les premiers moyens formant glissière, ladite première plaque comprenant des moyens formant crochet (45), - une seconde plaque (70) accrochée aux moyens formant crochet (45) de la première plaque, ledit accrochage état mobile en rotation horizontale (RH), l'extrémité supérieure du bras étant solidaire de la seconde plaque (70), - un vérin (200) comprenant une première extrémité solidaire de la seconde plaque (70) et une seconde extrémité solidaire du bras (10), ledit vérin étant propre sur commande à incliner, soulever hors de l'eau et/ou enfoncer dans l'eau le bras supportant la roue à aubes (ROU), et - des moyens de commande propres en réponse à des conditions prédéterminées à commander ledit vérin.