Brevet FR2981810A1 — publié le 20130426

La présente invention concerne un dispositif de production d'électricité associant une hélice de captage caractéristique à une ou des génératrices. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, lors du déplacement de tout type de véhicule, quelque soit le mode de motorisation ou de propulsion, permettant ainsi de disposer d'une plus grande autonomie voire d'être 15 énergiquement indépendant. On sait aujourd'hui l'importance de la propulsion électrique pour la protection de l'environnement et notamment la limitation de la production de gaz à effet de serre. Nous atteignons des niveaux extrêmes en terme de dommages et de 20 risques. L'énergie nucléaire, bien que non polluante, constitue aussi un risque dans le cadre d'éventuelles catastrophes, naturelles ou non, lors du cycle d'exploitation (de l'extraction au recyclage des déchets). Les véhicules récents de la catégorie des « hybrides » diminuent la pollution 25 mais ils ne la suppriment pas. Les véhicules « tout électrique » nécessitent la recharge des batteries sur le réseau électrique donc dans le cas particulier de la France, principalement grâce à l'énergie nucléaire. Les véhicules équipés de « groupe électrogène embarqué» sont aussi 30 polluants. Les véhicules du type « hydrogène » indépendamment de son actuelle interdiction en France nécessitent l'existence d'une infrastructure de distribution comme celle du GPL. L'invention a donc pour but l'indépendance énergétique, sans nécessiter d'infrastructures particulières, et la réduction très sensible des pollutions voire de les supprimer. Elle permettrait aussi de diminuer la taille des batteries constituées à ce jour de matières rares. Le dispositif peut être positionné différemment selon les applications, en 10 frontal, par exemple en fixe dans des buses de ventilation de tout type de structure, ou bien, sur ou dans tout type de véhicule terrestre ou aéronef ou navire y compris en immersion. L'invention permet de produire de l'énergie électrique grâce au mouvement 15 automatique et permanent d'une hélice de captage des flux ; elle génère de l'énergie électrique, même dans le cas de rotations réduites du fait de flux à faible débit, à partir d'un collecteur tournant ou d'une génératrice à aimants permanents, avec ou sans boîte de vitesses (selon l'application), pour alimenter des batteries ou des supercondensateurs ou des résistances et/ou des 20 moteurs électriques (selon les priorités données). L'hélice de captage, au profil singulièrement proche d'une forme sinusoïdale, est composé de 5 pâles, ou plus ou moins, (avec ou sans ailettes), en plastique ou métal - entrant en rotation sous la pression d'un flux. En premier, le flux 25 entre massivement en contact avec la zone d'attaque, s'appuie fortement sur la large zone plane légèrement inclinée puis s'éjecte en pression sur la zone d'échappement et engendre ainsi la rotation de l'hélice. L'aérodynamisme de l'hélice de captage est fondamental pour obtenir le meilleur rendement. Voir exemple Figure n°1. 30 Le diamètre de l'hélice est par exemple de 10 cm à 25 cm (ou plus ou moins) selon les contraintes liées à l'application en terme d'encombrement et de 2 9 8 1 8 1 0 rendement recherché. L'angle d'attaque est par exemple d'environ 40° et celui d'échappement d'environ 15° ou de 50° et 40°, avec une inclinaison de 2 à 3° sur la partie plane située entre les zones d'attaque et d'échappement selon les applications. L'angle d'attaque peut bien sûr être ou à gauche ou à droite de la 5 pâle. Positionnée en central sur l'arbre de l'hélice, une ogive, de préférence vrillée, dans le sens de déplacement de l'hélice et solidaire de celle-ci donnera un effet d'entraînement supplémentaire surtout à basse vitesse. Chaque pan vrillé, de préférence avec effet Venturi pour augmenter la pression, est orienté sur la première partie de la zone plane de l'hélice contiguë à l'ogive. L'hélice est usinée - par découpage et pliage ou bien par moulage - aux dimensions et aux degrés d'inclinaison optimisés selon l'application. Le dispositif est installé soit en solo soit en satellite. Support et cerclage en métal ou plastique, à orientation mobile ou non, permettront de supporter l'ensemble, hélice de captage et génératrice(s). Le dispositif sera monté sur un support flottant pour absorber les vibrations et distorsions. Dans l'exemple du dispositif en satellite avec au moins 2 génératrices, l'hélice de captage est en central sur un axe, avec poulie(s) débrayable(s) et courroies ou chaînes de transmission. Voir exemple Figure n°2. Cette dernière formule permet d'utiliser de manière optimale la puissance de l'hélice de captage et de limiter automatiquement chaque génératrice au 25 nominal de sa production. Les mesures des rotations par minute sont réalisées grâce à un compte-tours. Les mesures électriques sont réalisées grâce à un ampèremètre et à un voltmètre. Un onduleur assure la distribution et la régulation. 30 Il convient généralement d'être très attentif à bénéficier d'une faible inertie rotorique de la génératrice ainsi qu'au couple d'entrée en production. Cependant, il pourra s'avérer nécessaire en fonction d'une forte inertie rotorique de la génératrice d'installer une boîte de vitesse pour augmenter sensiblement le couple d'entrée. Il faudra aussi veiller à maintenir un centre de gravité le plus bas possible. Un déflecteur conique positionné entre l'hélice de captage et la zone frontale de la génératrice améliorera la fluidité. L'effet Venturi, pression et dépression - principalement judicieux à faible vitesse compte tenu de la haute performance de cette hélice - sera obtenu par 10 le positionnement du dispositif dans une forme de type « entonnoir, tunnel ou cône ». De même, les flux de sortie après activation de l'hélice sont canalisés avantageusement vers les freins et/ou le pare-brise et/ou l'onduleur. 15 Le circuit électronique de traitement (Celec) (UT, Cct, Ca, Cv, Pd) est un microcontrôleur, ou un microprocesseur, ou un processeur de signaux numériques, ou un ASIC. 20 Un microprocesseur intègre les données des divers capteurs et le pilotage de ou des poulies débrayables. L'onduleur assurera la distribution et la régulation du courant vers les batteries ainsi que l'alimentation directe de moteurs électriques. 25 30 Le tableau ci-après illustre le rendement de l'hélice, sans effet Venturi. Km/h mis Rpm 10 3,6 0 20 5,6 0 30 8,3 600 40 11,1 2300 50 13,9 5500 60 16,7 7200 70 19,4 9800 80 22,2 11500 90 25,0 13000 100 27,8 14500 110 30,6 16000 Km/h : Kilomètres par heure mis : mètres par seconde Rpm : Rotations par minute Ce dispositif permettra au minimum de doubler l'autonomie kilométrique d'un véhicule voire d'assurer son indépendance totale selon la puissance des génératrices, des batteries et des moteurs électriques. Selon les applications, les tests complémentaires à venir du système embarqué pourront améliorer l'aérodynamisme de chaque sous-ensemble. L'invention fait donc intervenir notamment : 10 - une hélice de captage et son ogive, - une ou plusieurs génératrices (G), o poulie(s) débrayable(s) (Pd) et courroies ou chaînes de transmission, o boîte de vitesses mécanique ou mécatronique, - un circuit d'alimentation (Calim) des batteries et/ou moteur(s) 15 électrique(s) (M), - compte-tours (Cct), ampèremètre (Ca), voltmètre (Cv), onduleur, - un circuit électronique (Celec) pour piloter le dispositif. Un mode d'exécution de l'invention en satellite sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue de face de l'hélice de captage, - La figure 2 est un schéma du dispositif avec plusieurs génératrices (G) selon l'invention, - La figure 3 est un schéma du circuit électronique (Celec), - La figure 4 est un schéma du circuit d'alimentation (Calim). Le positionnement du dispositif est imagé sur la figure 2. Les trois génératrices (G) à aimants permanents fournissent unitairement environ 5000W de puissance nominale à 1500 Rpm, sans boîte de vitesses. Dès 30 Km/h l'hélice délivre 600 Rpm sur la 1 ère génératrice. A 40 Km/h nous atteignons 2300 Rpm, la lère génératrice est à sa valeur 15 nominale et la poulie débrayable (Pd) a transmis l'énergie dès 1500 Rpm à la 2' génératrice A 50 Km/h, nous atteignons 5500 Rpm, les deux premières génératrices sont à leur valeur nominale et la poulie débrayable enclenche la 3ème génératrice et le dispositif produit 15000W. 20 Cependant, dans le cas de mise en oeuvre de génératrices plus puissantes, à plus forte inertie rotorique, il conviendra d'installer une boîte de vitesses pour augmenter le couple d'entrée. Dans le cas où les batteries (B) sont déjà à pleine charge, sous contrôle des capteurs ampèremètre et voltmètre, le dispositif pourra directement alimenter 25 le ou les moteurs électriques (M). REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie électrique associant une hélice de captage à une génératrice, faisant intervenir au moins : - une hélice de captage et son ogive, - une génératrice (G) et son déflecteur, - poulie débrayable et courroie ou chaîne de transmission (Pd), - boîte de vitesse mécanique ou mécatronique, - capteurs de mesures : compte-tours de l'hélice (Cct), ampèremètre (Ca), voltmètre (Cv), - onduleur, - un circuit d'alimentation des batteries (B) ou supercondensateurs et/ou des résistances et/ou moteur(s) électrique(s) (M), - un circuit électronique de traitement (UT, Cct, Ca, Cv, Pd) des informations issues desdits capteurs. caractérisé en ce qu'il permet une indépendance énergétique, partielle ou totale de tout type de véhicule, grâce au mouvement automatique de l'hélice sous la pression des flux qui assurent sa rotation et celle du rotor de la génératrice pour produire l'énergie électrique qui vient alimenter les batteries (B), supercondensateurs, résistances ou moteurs électriques (M), ces moyens étant associés aux susdits capteurs, au susdit circuit électronique (Celec) de traitement et au susdit circuit d'alimentation (Calim). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il fait intervenir : - plusieurs génératrices (G), - plusieurs poulies débrayables et courroies ou chaîne de transmission (Pd). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice de captage dispose de pâles façonnées, au profil singulièrement proche d'une forme sinusoïdale, constituées d'une zoned'attaque, d'une zone plane et d'une zone d'échappement. En premier, le flux entre massivement en contact avec la zone d'attaque, s'appuie fortement sur la large zone plane légèrement inclinée puis s'éjecte en pression sur la zone d'échappement et engendre ainsi la rotation de l'hélice. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que l'hélice de captage dispose d'une ogive vrillée dans le sens de rotation de l'hélice pour augmenter la pression et donc les rotations. Chaque pan vrillé, de préférence avec effet Venturi pour augmenter la pression, est orienté sur la première partie de la zone plane contiguë à l'ogive pour donner un effet d'entraînement supplémentaire. 5. Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la ou les poulies débrayables (Pd) enclenchent l'activation des courroies ou chaînes de transmission progressivement à chacune des génératrices (G) jusqu'à sa valeur de production nominale et ainsi de suite, en fonction de la vitesse de rotation de l'hélice mesurée par le capteur du nombre de tours (Cct), et de la production électrique nominale de chacune des génératrices (G), contrôlée grâce aux capteurs, ampèremètre(s) (Ca), voltmètre(s) (Cv) et régulée par l'onduleur. 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit électronique de traitement (Celec) (UT, Cct, Ca, Cv, Pd) est un microcontrôleur, ou un microprocesseur, ou un processeur 25 de signaux numériques, ou un ASIC. 7. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les flux de sortie après activation de l'hélice sont canalisés vers les freins et/ou le pare-brise et/ou l'onduleur. 30 8. Dispositif selon les revendications 1 et 2,. - 9 caractérisé en ce que une boîte de vitesse mécanique ou mécatronique prend place entre l'hélice et la ou les génératrices (G) pour augmenter sensiblement le couple d'entrée.