Brevet FR2823178A1 — publié le 20021011

PROPULSEUR DE NAVIRE A NACELLE SUSPENDUE SOUS LA COOUE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des navires, submersibles et insubmersibles, et en particulier leur propulsion au moyen de propulseurs placés entièrement sous l'eau, par exemple sous ou à côté de la coque d'un navire submersible, tel qu'un bateau, ou de n'importe quel côté d'un sous-marin. Art antérieur et problème posé Dans le domaine de la propulsion des navires, submersibles ou insubmersibles, il est connu de mettre en oeuvre plusieurs techniques de propulsion en utilisant des propulseurs complètement immergés. Parmi celles-ci, on cite la propulsion par jets hydrauliques, appelés communément hydro-jets , et illustrée par la demande de brevet français déposée par le déposant de la présente demande et publiée sous le numéro 2 766 262. Ce type de propulseur permet à un navire d'effectuer n'importe quelle manoeuvre au port, de le stabiliser en route et de lui faire faire du positionnement dynamique sans utilisation d'un autre mécanisme. Il est orientable sur 3600 autour d'un axe vertical et peut être même incliné autour d'un axe horizontal, notamment en ce qui concerne les sous-marins. D'autre part, on connaît un autre type de propulseur immergé, la propulsion s'effectuant au moyen d'une hélice. Celle-ci est entraînée par un moteur électrique placé dans une nacelle orientable et fixée sous la coque du navire. Dans ce type de propulseur, le rotor du moteur électrique est emmanché et claveté sur la ligne d'arbre portant l'hélice et étant supporté par deux paliers dont les bagues ou parties fixes sont solidaires de la coque de la nacelle. En conséquence, cette dernière doit donc assurer deux fonctions principales. La première semble incontournable ; il s'agit de l'étanchéité du moteur vis-à-vis de l'eau. Cette première fonction est assurée par le côté carénage de la nacelle et les différents joints d'étanchéité. La deuxième, qui constitue un inconvénient majeur, est d'ordre mécanique. En effet, la nacelle supporte l'arbre d'hélice et, par conséquent, les efforts qui lui sont appliqués. Ceux-ci sont constitués principalement par un effort longitudinal de propulsion et l'effort du poids statique du stator du moteur qui est monté directement sur l'arbre d'hélice. Or, pour respecter un cahier des charges au niveau du poids et de la traînée aérodynamique de la nacelle, celle-ci est constituée d'une coque relativement mince qui est donc difficile à rigidifier. De ce fait, sous l'effet de ces efforts, elle a tendance à se déformer quand le système fonctionne et entraîne des problèmes de désalignement des paliers. Ainsi, on est amené à agrandir l'entrefer magnétique entre le rotor et le stator du moteur pour éviter un éventuel frottement de ces deux parties du moteur. Il s'ensuit une augmentation du courant magnétisant ou de la taille des aimants et donc des pertes d'énergie par effet Joule. Le but de l'invention est donc de remédier à cet inconvénient en présentant une autre conception du propulseur immergé. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un propulseur de navire à nacelle suspendue à la coque du navire et comprenant principalement : - une nacelle suspendue à la coque du navire et carénée ; - un moteur électrique pour la propulsion, placé dans la nacelle ; et - une hélice montée sur l'arbre d'hélice, lui-même monté tournant par rapport à la nacelle et substantiellement horizontalement. Selon l'invention, le moteur électrique est asynchrone à cage d'écureuil ou à pôles bobinés ou synchrone à aimants permanents, son'rotor étant monté tournant par rapport au stator par deux paliers placés entre le stator et le rotor, et le moteur électrique est fixé à la nacelle par son stator. Ceci permet de soulager l'arbre d'hélice du poids du moteur et de ne pas avoir de mouvements relatifs entre les paliers, lors du fonctionnement de l'ensemble. Dans une réalisation préférentielle de l'invention, le rotor est accouplé à l'arbre d'hélice au moyen d'un accouplement à dentures sphériques. Ceci autorise un débattement de quelques minutes d'arc entre eux. Les paliers du moteur électrique peuvent être des roulements à billes ou des roulements rouleaux. Ils peuvent également être des paliers hydrodynamiques à patins complétés de deux butées hydrodynamiques à patins. Ils peuvent aussi être constitués de patins. Enfin, ils peuvent être également constitués de paliers hydrostatiques. Description détaillée d'une réalisation de l'invention Comme le montre l'unique figure, la nacelle 20, à l'intérieur de laquelle est placé le moteur électrique, possède deux parties d'extrémités renforcées 21 et 22. Dans chacune d'entre elles, sont placées des paliers 4, 5 pour pouvoir recevoir un arbre d'hélice 2 portant l'hélice 1 du propulseur. Ainsi, l'ensemble constitué de l'arbre d'hélice 2 et de l'hélice 1 est monté tournant sur la nacelle 20. De son côté, le moteur est fixé, par sa carcasse extérieure 7, à l'intérieur de la nacelle 20. Des pièces de découplage 9, pour le montage et le démontage du moteur et permettent de filtrer les vibrations générées par le moteur, sont placées à l'extérieur de la carcasse externe 7 du moteur, à l'intérieur d'un alésage de positionnement 23, sur la paroi interne de la nacelle 20. Une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que le rotor 10R du moteur est monté tournant par rapport au stator 10S, grâce à deux paliers 14, éventuellement complétés de deux butées 15. Si les paliers 14 sont des paliers à billes ou à rouleaux, les butées 15 peuvent être évitées. Par contre, si les paliers 14 sont du type hydrodynamique à patins, l'aide de deux butées hydrodynamiques 15 leur sera nécessaire. On peut également envisager que les paliers 14 soient du type hydrostatique. L'accouplement entre le rotor 10R et l'arbre d'hélice 2 se fait au moyen d'un accouplement à denture sphérique 8. Ainsi, des débattements de quelques minutes d'arc entre l'arbre d'hélice 2 et le rotor 10R du moteur sont possibles. Une garniture d'étanchéité 9 est utilisée à la sortie de l'arbre d'hélice 2 pour éviter à l'eau de rentrer à l'intérieur de la nacelle 20. Sur cette réalisation, est prévue une réfrigération d'eau qui n'est pas détaillée, mais fait l'objet d'une demande de brevet, déposée le même jour que cette présente demande. La conception du moteur et de son montage dans la nacelle permet d'utiliser différents types de moteurs synchrones à aimants permanents, asynchrones à pôles bobinés, à cages d'écureuil. Ce type de moteurs monoblocs, ne s'appuyant pas sur l'arbre d'hélice 2, permet de réduire l'entrefer entre le stator 10S et le rotor 10R, et donc de réduire au minimum les pertes d'énergie. Ceci permet d'augmenter le rendement du moteur. De plus, les efforts étant moins importants sur l'arbre d'hélice 2, les vibrations de flexion sur celui-ci sont pratiquement annulées et le bruit engendré est considérablement réduit. Le découplage entre le moteur et la coque de la nacelle 20, au moyen des pièces de découplage 9 permet également d'améliorer la discrétion acoustique de l'ensemble. Enfin, comme le moteur ne nécessite aucune précaution d'assemblage sur l'arbre d'hélice 2, sa fabrication peut être terminée et essayé en usine, avant son introduction dans la nacelle 20. Ceci permet des gains de temps et donc de coût au niveau du montage. De plus, cette manière de faire dispense, entre autre, de la phase de frettage du stator 10S sur la coque de la nacelle 20. Les éléments constituant la pivoterie du moteur, à savoir les paliers 14 et éventuellement les butées 15 peuvent revêtir différentes réalisations, dont certaines sont plus intéressantes du point de vue de la maintenance, de la discrétion et de la fiabilité. REVENDICATIONS 1. Propulseur de navire à nacelle suspendue à la coque du navire comprenant : - une nacelle (20) suspendue à la coque du navire et carénée ; - un moteur électrique pour la propulsion placé dans la nacelle (20) ; et - une hélice (1) montée sur un arbre d'hélice (2), monté tournant par rapport à la nacelle (20) et orienté substantiellement horizontalement, caractérisé en ce que le moteur électrique est du type asynchrone à pôles bobinés ou à cage d'écureuil, synchrone à aimants permanents, et a un rotor (10R) monté tournant par rapport à un stator (10S) par deux paliers (14) placés entre eux. 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (10R) est accouplé à l'arbre d'hélice (2) par un accouplement à dentures sphériques (8). 3. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paliers (14) du moteur électrique sont des roulements. 4. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paliers (14) du moteur électrique sont des paliers hydrodynamiques à patins et sont complétés de deux butées hydrodynamiques à patins (15). 5. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paliers (14) du moteur électrique sont des paliers hydrostatiques et sont complétés par deux butées hydrostatiques ou hydrodynamiques (15). 6. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique est fixé à l'intérieur de la nacelle (20) au moyen d'au moins une pièce de découplage (9), le moteur étant placé d'une seule pièce.