Brevet FR2770198A1 — publié le 19990430

Description La présente invention concerne principalement la propulsion, des navires par le vent, au moyen d'une hélice aérienne entrainant une hélice immergée. Elle peut aussi servir pour des installations ne demandant pas un régime de fonctionnement trés strict. Par manque de vent ou un changement nécessaire du sens de rotation de l'utilisation (manoeuvres de ports) un systéme électrique remplace l'hélice aérienne. La figure 1/11 représente le schéma de principe du fonctionnement de l'installation. Seule la moitié supérieure des auxiliaires montée sur les arbres est représentée. Figure 1/11 (Marche par le vent). Le dispositif comprend une hélice aérienne (non représentée) HA entrainant un arbre A5 par l'engrenage EN55. L'électro-aimant EA51 excité, entraine l'arbre auxiliaire AU6 par la plaque magnétique PM61. L'arbre A7 est entrainé par le manchon d'accouplement MA67. L'hélice immergée HI (non representée) claveté sur l'arbre A7, tourne plus ou moins vite selon la vitesse du vent, du pas de l'hélice aérienne HA ou de l'excitation de l'électro-aimant EA51. Figure 1/11 Marche électrique : une dynamo-moteur DS (non représentée) sous tension entraine : l'accouplement mécanique T30, l'arbre auxiliaire AU3, la plaque magnétique PM31, l'électroaimant excité EA41, l'arbre A4, la poulie PL42, la poulie PL72 par des courroies synchrones CS47, (non représentées) l'arbre A7 et l'hélice immergée HI. La vitesse et le sens de rotation de HI sont fonction de la dynamo-moteur, la vitesse de HI peut aussi être réglée par l'excitation plus ou moins forte de l'électro-aimant EA41 : marche avant continue par vent insuffisant, la dynamo-moteur DS tourne à vitesse constante. A cette allure, les deux électros-aimants EAll et EA51 ne peuvent pas être excités (sécurités électrique et mécanique). Figure 1/11 charge des accumulateurs électriques le navire en marche avant; l'arbre A5 entraine la poulie PL50 par les courroies synchrones CS15 (non représentées). L'arbre Al est entrainé par la poulie PL10 ainsi que l'électro-aimant excité EAll, la plaque magnétique PM 21, l'arbre auxiliaire AU2, l'accouplement mécanique T22 et la dynamo-moteur DS. Cette derniére charge les accumulateurs électriques par l'intermédiaire d'un régulateur. A cette allure l'électro-aimant EA41 ne peut pas être excité ( sécurité électrique et mécanique). Figure 1/11 : charge des accumulateurs, le navire au mouillage : le dispositif reste le même excepté l'éléctro-aimant EA51 qui ne peut pas être excité ainsi que l'électro-aimant EA41 comme précedamment, tous les deux sont munis de sécurités mécanique et électrique. Un régulateur limite la vitesse de l'hélice aérienne HA (pas variable, non réversible). En marche avant par le vent, ce régulateur peut aussi être utilisé (marche automatique). Au mouillage et en marche avant par le vent l'alternateur AT, charge et entretient la charge des accumulateurs électriques. Par vent faible, un systéme de délestage supprime la charge par la dynamo-moteur DS (déséxcitation de l'électro-aimant EA11. En cas d'incident (emballement) l'hélice aérienne HA est mise systématiquement en drapeau. En cas d'impossibilité d'excitation des électros-aimants ceux-ci peuvent être joints mécaniquement aux plaques magnétiques. Figure 9/11 et 10/11 repére des trous 15. Dans les installations de faibles puissance les arbres auxiliaires AU2, AU3 et AU6 peuvent être supprimés. Dans ce cas, les accouplements mécaniques T22 et T30 deviennent des plaques magnétiques. Le manchon d'accouplement MA67 sera remplacé par des accouplements mécaniques T63 et T73. Les arbres auxiliaires sont utiles pour la bonne stabilisation de l'installation. Leurs paliers de buté à roulements assurent un bon alignement des arbres et le réglage de l'écartement entre les électros-aimants et les plaques magnétiques grâce aux semelles de fixation des cages de roulements dont les trous sont ovalisés dans le sens longitudinale. Ils suppriment les éventuelles vibrations, assouplissent la marche en ayant un certain volant d'inertie. Tous les arbres : sont usinés dans une matiére non magnétique (inox réf). Le manchon d'accouplement MA67, en plus de sa fonction d'accouplement permet un réglage trés précis de l'écartement entre l'électro-aimant EA51 et la plaque magnétique PM61 par des calles d'épaisseurs calibrées, intercalées entre les arbres AU6 et A7. En fonctionnement par électros-aimants excités : les électros-aimants et les plaques magnétiques ne doivent pas se toucher. Ecartement minimum entre eux. La capacité des accumulateurs électriques sera choisie en fonction de l'importance de l'installation, de la fréquence des manoeuvres, des installations du bord appareil de navigation, de manutension, du confort climatisation, électroménager, cuisine, éclairage etc... Ne pas oublier que la propulsion principale reste le vent. Pour des voyages programmés en temps, un ou plusieurs moteurs à combution interne pourront être montés. Perte en partie des avantages de l'énergie naturelle. Suivant les lattitudes des panneaux solaires pourront êtres utilisés. La taille du navire justifiera une ou plusieurs hélices aériennes montées chacune sur son propre mat. Toute l'installation électrique sera réalisée avec le maximum de protection : étanchéité, fusibles, dijoncteurs, tension choisi suivant l'utilisation Figure 2/11 Arbre Al L'arbre Al a pour but principal de supporter la poulie PL10 entrainée par la poulie PL50 au moyen de courroies synchrones type NFISO5296 (le nombre de courroies est fonction de l'importance de l'installation). Une gorge 5, reçoit un anneau élastique du type axiale NFE22-163. Il maintient en translation la poulie PL10. Une portée 4, reçoit la poulie PL10. Montage à glissement doux. Une gorge de clavette 3, reçoit la clavette paralléle forme A type NFE22-177 entrainement de la poulie PL10. Deux portées de paliers à roulements 6, reçoivent les roulements de paliers du type NFE04-114 montage par différence de dilation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre. L'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Une portée 8 reçoit l'électro-aimant EA11, montage à glissement doux. Une gorge de clavette 9, reçoit la clavette paralléle forme C type NFE22-177 entraînement de l'électro-aimant EA11. Quatre trous filetés 10, reçoivent les vis type NFE27-160 symbole FHC. Ces vis rendent solidaires l'électro-aimant EA11 et l'arbre Al. L'arbre Al est identique à l'arbre A4. Pour une même installation, ils sont parfaitement intercheangeables. Figure 3/11 Arbre AU2 L'arbre auxiliaire AU2 a pour but de transmettre le mouvement de rotation de l'arbre Al à la dynamo-moteur DS. Dans l'installation, il stabilise l'ensemble par des paliers de butées à roulements. Les dimensions sont fonction de l'importance de l'installation. Pour des faibles puissances, il peut être supprimé. Deux portées 8, reçoivent les accouplements magnétiques PM21 et mécaniques T22. (PM21 peut être utilisé en mécanique) montage à glissement doux. Deux gorges de clavettes 9, reçoivent chacune une clavette paralléle forme C type NFE22-177 entrainement des accouplements PM21 et T22. Deux portées 6, reçoivent les roulements de paliers du type NFE04-114. Montage par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre, l'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Huit trous filetés 10, reçoivent les vis du type NFE27-160 symbole FHC, ces vis rendent solidaires les accouplements PM21 et T22 de l'arbre AU2. L'arbre auxiliaire AU2 est totalement identique à l'arbre auxiliaire AU3. Pour une même installation, ils sont parfaitements interchangeables. Figure 4/11 Arbre AU3 L'arbre auxiliaire AU3 a pour but de transmettre le mouvement de rotation de la dynamo-moteur DS à l'arbre A4. Dans l'installation, il stabilise l'ensemble par des paliers de butées à roulements. Les dimensions sont fonction de l'importance de l'installation. Pour les faibles puissances il peut être supprimé. Deux portées 8, reçoivent les accouplements magnétiques PM31 et mécanique T30 (PM31 peut être mécanique). Montage à glissement doux. Deux gorges de clavettes 9, reçoivent chacune une clavette paralléle forme C type NFE22-177 entrainent des accouplements PM31 et T30. Deux portées 6, reçoivent les roulements de paliers de type NFE04-114. Montage par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre, l'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Huit trous filetés 10, reçoivent les vis du type NFE27-160 symbole FHC, ces vis rendent solidaires les accouplements PM31 et T30 de l'arbre AU3. L'arbre auxiliaire AU3 est totalement identique à l'arbre auxiliaire AU2. Pour une même installation, ils sont parfaitement interchangeables. Figure 5/11 Arbre A4 L'arbre A4 a pour but de supporter la poulie PL42 qui entraîne la poulie PL72 au moyen des courroies synchrones du type NFIS05296 (le nombre de courroies est fonction de l'importance de l'installation). Une gorge 5 reçoit, un anneau élastique du type axiale NFE22-163 pour maintenir en translation la poulie PL42. Une portée 4 reçoit, la poulie PL42 montage à glissement doux. Une gorge de clavette 3, reçoit la clavette paralléle forme A type NFE22-177 entrainement de la poulie PL42. Deux portées de paliers à roulements 6, reçoivent les roulements de paliers du type NFE04-114. Montage par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre. L'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Une portée 8, reçoit l'électro-aimant EA41 montage à glissement doux. Une gorge de clavette 9, reçoit la clavette paralléle forme C type NFE22-177, entrainement de l'électro-aimant EA41. Quatre trous filetés 10, reçoivent les vis type NFE27-160 symbole FHC. Ces vis rendent solidaires l'électro-aimant EA41 et l'arbre A4. L'arbre A4 est identique à l'arbre Al. Pour une même installation, ils sont parfaitement intercheangeables. Figure 6/11 Arbre A5 L'arbre A5 est la piéce la plus importante de l'installation. C'est lui qui transmet le mouvement rotatif de l'hélice aérienne HA à l'ensemble du dispositif, par l'engrenage EN55. Une portée 2, reçoit l'engrenage concourant type NFE22-011. Montage à glissement doux. Une gorge de clavette 3, reçoit une clavette paralléle forme A type NFE22-177. Entrainement de l'engrenage EN55. Une portée 4, reçoit la poulie PL50. Montage à glissement doux. Cette poulie entraîne la poulie PL10 par des courroies synchrones type NFIS05296. Le nombre de courroies dépend de l'importance de l'installation. Une gorge de clavette 3, reçoit une clavette paralléle forme A type NFE22-177 pour l'entrainement de la poulie PL50. Une gorge 5, reçoit un anneau élastique du type axiale NFE22-163 pour maintenir en translation la poulie PL50. Un épaulement E permet le démontage du roulement du type NFE04-114 montée sur la portée AT, prévue pour entrainer un alternateur. Deux portées 6, reçoivent les paliers de roulement du type NFE04-114. Montés par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre. L'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Une portée 8, reçoit l'électro-aimant EA51. Montage à glissement doux. Une gorge de clavette 9, reçoit une clavette paralléle forme C type NFE22-177 entrainement de l'électro-aimant EA51. Quatres trous filetés 10, reçoivent les vis du type NFE27-160 symbole FHC. Ces vis rendent solidaires l'électro-aimant EA51 et l'arbre A5. Figure 7/11 Arbre auxiliaire AU6 L'arbre auxiliaire AU6 a pour but de transmettre le mouvement de rotation de l'arbre A5 à l'arbre A7. Il régle d'une façon précise l'écartement entre l'électro-aimant EA51 et la plaque magnétique PM61. Une portée 8, reçoit la plaque magnétique PM61. Montage à glissement doux. Une gorge de clavette 9, reçoit une clavette paralléle forme C type NFE22-177. Elle permet l'entrainement de la plaque magnétique PM61. Deux portées 6, reçoivent les paliers à roulements du type NFE04-114. Montage par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre. L'arbre est maintenu radialement et axialement au moyen des cages de roulements. Quatres trous filetés 10, reçoivent les vis du type NFE27-160 symbole FHC. Ces vis rendent solidaires la plaque magnétique PM61 et l'arbre AU6. L'arbre AU6 est fileté sur une longueur 11. Ce filetage reçoit le manchon d'accouplement 25 (MA67) et son écrou de blocage 26. Le manchon sert de jonction entre les arbres AU6 et A7. Il permet un écartement parfait entre EA51 et PM61 (magnétisme maximum, écartement minimum) par l'introduction de rondelles d'épaisseurs calibrées entre AU6 et A7. Il permet aussi le démontage du palier à roulements. Figure 8/11 Arbre A7 L'arbre A7 a pour but de recevoir l'hélice immergée HI (ou l'utilisation d'une autre installation) et de la faire tourner : soit par le vent, soit par une dynamo-moteur DS. Un filetage 12, reçoit un manchon d'accouplement 25 (MA67) et son écrou de blocage 26. Deux portées 6, reçoivent les roulements du type NFE04-114. Montage par différence de dilatation. Deux butées de paliers à roulements 7, positionnent les roulements sur l'arbre. L'arbre est maintenu radialement et axialement, au moyen des cages de roulements. Une portée 4, reçoit la poulie PL72. Montage à glissement doux .Cette poulie est entrainée par la dynamo-moteur DS, la poulie PL42, les courroies synchrones CT47 et l'électro-aimant EA41. Une gorge de clavette 3, reçoit une clavette parallèle forme A type NFE22-177. Cette clavette permet à la poulie PL72 d'entrainer l'arbre A7. Une gorge 5, reçoit un anneau élastique du type axiale NFE22-163 pour maintenir en translation la poulie PL72. Une portée en bout d'arbre reçoit l'hélice HI ou une autre utilisation. Un électro-frein pourra être monté pour bloquer l'arbre A7 pendant les manoeuvres et au mouillage si necéssaire. Figure 9/11 Electro-aimant Les électros-aimants EA11, EA41 et EA51 sont montés sur les portée 8 des arbres Al, A4 et A5 à glissement doux par les alésages 14. Ils sont soumis aux normes Européennes en vigeurs. Une gorge de clavette 9, reçoit une clavette forme C type NFE22-177. Entrainement des électros-aimants. Quatres trous fraisés 20, permettent le passage des vis type NFE27-160 symbole FHC et la fixation des électros aimants, par les fraisages. En aucun cas, ces vis ne doivent dépasser la surface plane SP des accouplements. Six trous 15, permettent de transformer les électrosaimants en accouplements mécanique. Figure 10/11 Plaque Magnétique Les plaques magnétiques PM21, PM31 et PM61 sont montées sur les portées 8, des arbres AU2, AU3 et AU6 à glissement doux ainsi que les accouplements mécaniques T22 et T30 par les alésages 14. Une gorge de clavette 9, reçoit une clavette paralléle forme C type NFE22-177 entrainent des plaques magnétiques et des accouplements mécaniques. Quatres trous fraisés 20, permettent le passage des vis type NFE27-160 symbole FHC et la fixation des plaques magnétiques et des accouplements mécaniques par les fraisages. En aucun cas, ces vis ne doivent dépasser la surface plane SP des accouplements. Six trous 15, permettent de transformer les plaques magnétiques en accouplements mécaniques. Figure 11/11 Manchon d'accouplement Le manchon d'accouplement 25 (MA67) a pour but la jonction des arbres A5 et A7 par l'intermédiaire de l'arbre auxiliaire AU6. Il permet un réglage trés précis de l'écartement entre l'électro-aimant EA51 et la plaque magnétique PM61 par des rondelles d'épaisseurs calibrées intercalées entre AU6 et A7. Les roulements de paliers des arbres AU6 et A7 coté manchon peuvent être démontés quand le manchon est retiré. Le manchon 25 (MA67) est bloqué sur les arbres filetés au moyen de deux écrous 26. Un systéme de freinage de ces écrous sera adapté suivant l'utilisation. Le manchon et ses écrous de blocage seront du type NFE25-401 symbole H. Ils seront de la même matiére que les arbres. Revendication 1) Dispositif pour la propulsion des navires par le vent comprenant une hélice aérienne HA, entrainant une hélice immergée HI par l'intermédiaire d'une transmission électro-magnétique. La sécurité du navire est assurée par une propulsion éléctrique à partir d'une dynamo-moteur DS alimentée par des accumulateurs électriques chargés par l'hélice aérienne HA. Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte : une hélice aérienne HA à pas variables non réversible, de la position ouverte à la position fermée, dans ces deux positions l'hélice ne tourne pas. Elle est maintenue face au vent par une girouette fixée sur son arriére. Un treilli à fines mailles la protége ainsi que son environnement. Ce treilli est au minimum à 2 métres au dessus du pont. Le tout est porté par un mat. Plusieurs hélices peuvent être couplées entres elles, suivant l'importance de l'installation. Ce systéme est proposé par l'industrie. L'hélice aérienne HA transmet son mouvement rotatif à un engrenage EN55 claveté et positionné longitudinalement par un anneau élastique sur l'arbre A5. L'arbre A5 entraine l'electroaimant EA51, claveté et fixé à son extrémité. A son autre extrémité est prévu un entrainement pour un alternateur de charge des accumulateurs électriques et un accouplement pour recevoir l'énergie d'une autre hélice. L'electro-aimant EA51 excité attire la plaque magnétique PM61 clavetée et fixée à l'extrémité de l'arbre auxiliaire AU6. A l'autre extrémité de AU6 fileté, le manchon d'accouplement MA67 se visse, ainsi que sur l'extrémité filetée de l'arbre A7 rendant ces deux arbres solidaires. Le manchon d'accouplement MA67 est bloqué sur les arbres AU6 et A7 par deux écrous freins. Des cales d'épaisseurs sont intercalées entre les deux arbres, réglant d'une façon très précise l'écartement minimum entre l'électro-aimant EA51 et la plaque magnétique PM61. Quand l'hélice aérienne HA tourne que l'electro-aimant EA51 est excité, l'hélice immergée HI, tourne plus ou moins vite selon la vitesse du vent, le pas de l'hélice aérienne HA et l'excitation plus ou moins forte de l'électro-aimant EA51 (Glissement). 2) Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé en ce qu'il comporte Une poulie PL50 clavetée et positionnée longitudinalement par un anneau élastique sur l'arbre A5 entrainant une poulie PL10 clavetée et positionnée longitudinalement par un anneau élastique sur l'arbre Al, par des courroies synchrones C15. L'électro-aimant EA11 claveté et fixé à l'autre extrémité de l'arbre Al, excité attire la plaque magnétique PM21 clavetée et fixée sur l'extrémité de l'arbre auxiliaire AU2. Un tourteau d'accouplement T22 fixé sur l'autre extrémité de l'arbre AU2 est rendu mécaniquement solidaire du tourteau de la dynamo-moteur DS. Quand l'hélice aérienne HA tourne, que l'électro-aimant EA11 est excité, la dynamo-moteur DS tourne et charge les accumulateurs électriques en passant par un régulateur. Par manque de vent, la vitesse de la dynamo-moteur devient insuffisante pour la charge, le régulateur coupe le débit de la dynamo-moteur. Celui-ci ne peut être réenclanché que manuellement, afin d'éviter les battements à la limite de l'enclenchement et du déclenchement. L'alternateur continue à assurer une charge quelque soit la vitesse de l'hélice aérienne HA. Des panneaux solaires peuvent être utilisés. 3) Dispositif suivant les revendications 1 et 2. caractérisé en ce qu'il comporte : des accumulateurs électriques alimentant une dynamo-moteur DS. Le tourteau de la dynamomoteur entraine mécaniquement le tourteau T30, claveté et fixé à l'extrémité de l'arbre auxiliaire AU3. La plaque magnétique PM31 clavetée et fixée sur l'autre extrémité de l'arbre AU3 est attirée par l'électro-aimant EA41, claveté et fixé sur l'extrémité de l'arbre A4. La poulie PL42 clavetée et tenue longitudinalement par un anneau élastique sur l'autre extrémité de l'arbre A4, entraine la poulie PL72 clavetée et tenue longitudinalement sur l'arbre porte hélice immergée HI, A7, par l'intermédiaire de courroies synchrones C47. La vitesse de l'hélice immergée HI, est fonction de la dynamo moteur DS ou de l'excitation plus ou moins forte de l'electroaimant EA41 (Glissement). Son sens de rotation à droite ou à gauche dépend de la polarité de la dynamo-moteur DS. Dans ce système de propulsion, les électros-aimants EA11 et EA51 ne peuvent pas être excités, protection électrique et mécanique. 4) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est identique à la revendication 2, excepté que l'électro-aimant EA51 ne peut pas être excité, sécurité électrique et mécanique et que le régulateur de charge peut réenclencher automatiquement le débit de la dynamo-moteur sur charge accumulateurs quand l'hélice aérienne HA a repris une vitesse très supérieure au déclenchement. 5) Dispositif suivant les revendications 1,2 et 3 pour le montage des arbres Al, AU2, AU3, A4, A5, AU6, A7. Caractérisé en ce qu'il comporte : des roulements de paliers montés sur les portés 6 des arbres positionnés par des cages de roulements, reglés en hauteur, par des cales d'epaisseurs intercalées entre la semelle de fixation des cages de roulements et la carlingue du navire (alignement des arbres). Longitudinalement par des trous ovalisés dans le sens de la longueur des semelles de fixation des cages de roulements, fixées sur la carlingue du navire par des boulons. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3 caractérisé en ce que le systéme de réglage de l'écartement des électros-aimants et des plaques magnétiques est obtenu par les semelles de fixation des cages de roulements et des boulons assurants la jonction entre semelles et carlingue du navire. Les écartements doivent être au minimum pour que le rendement des électros-aimants soit maximum. Les boulons de jonction doivent être déserrés, une cale d'épaisseur doit être intercalée entre électros-aimants et plaques magnétiques. Les boulons des semelles doivent être bloqués de façon à ce que la cale d'épaisseur puisse être retirée sans forcer. En cas de jonction, des électros-aimants et des plaques magnétiques par des boulons, ces deux éléments doivent se serrer l'un contre l'autre. (panne d'electricité, Electro-aimant défectueux) 7) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arrêt de l'hélice immergée HI se fait par un électro-frein bloquant l'arbre porte hélice A7 en cas d'une grande inertie de l'hélice immergée HI pendant les manoeuvres et au mouillage du navire (courant marin).