Brevet FR3017597A1 — publié le 20150821

Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine de la navigation de plaisance, et plus particulièrement aux voiliers équipés d'un moteur électrique en tant que mode de propulsion principale ou secondaire (moteur d'appoint). Etat de la technique Les voiliers sont actuellement, en majorité, équipés de moteur thermique destiné à propulser sur commande le voilier. Le moteur thermique entraine en rotation une hélice reliée à l'axe du moteur via un système de transmission et il est destiné à propulser le voilier vers l'avant ou vers l'arrière, le sens de déplacement du voilier dépendant du sens de rotation de l'hélice. Dans le premier cas, le moteur entraîne en rotation l'hélice autour de son axe de rotation selon un premier sens de rotation, dit sens de marche avant, et, dans le deuxième cas, le moteur entraîne en rotation l'hélice dans le sens inverse, dit sens de marche arrière. Dans le premier cas, les pales de l'hélice poussent l'eau de manière à faire avancer le voilier et, dans le deuxième cas, les pales de l'hélice poussent l'eau de manière à faire reculer le voilier. Pour la conduite sous voile, certaines hélices ont été 25 développées pour minimiser la résistance au déplacement. Des hélices à pales orientables, aptes à se positionner "en drapeau", ont notamment été développées pour réduire la traînée de l'hélice. Il existe par exemple l'hélice E3 commercialisée par la société EWOL. Cette hélice comporte trois pales et chacune de ces pales est apte à pivoter entre une première position déployée et une deuxième position déployée autour de son axe de pivotement. Cet axe de pivotement est sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice. Les pales de l'hélice se mettent dans la première position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche avant et dans la deuxième position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche arrière. Entre ces deux positions déployées, il existe une position dite neutre dans laquelle la pale réduit au maximum sa traînée. Lorsque le voilier est sous voile et que l'hélice ne tourne pas, les pales de l'hélice se mettent automatiquement en position neutre. On dit alors que les pales de l'hélice se positionnent en drapeau. Il existe d'autres hélices à pales orientables, par exemple l'hélice à deux pales commercialisée par la société Radice. Dans ce modèle, les pales sont aptes à pivoter entre une position déployée et une position neutre (ou position en drapeau). Les pales de l'hélice se placent dans la position déployée lorsque l'hélice tourne quelle que soit son sens de rotation et dans la position en drapeau lorsque le voilier est sous voile et que l'hélice ne tourne pas. Bien entendu, d'autres types d'hélices à pales mobiles ou orientables avec des dessins de pales différents permettant d'obtenir une réduction de la traînée existent. Il est donc connu d'utiliser des hélices à pales orientables avec un moteur thermique pour réduire la traînée de l'hélice pour la navigation sous voile. Ce type d'hélice peut être utilisé avec un moteur 5 électrique pour obtenir les mêmes avantages. Mais il est principalement connu d'utiliser des hélices à pales fixes (non orientables) avec les moteurs électriques. Dans le cas d'un moteur électrique, l'hélice peut, tout comme avec un moteur thermique, servir à propulser le 10 bateau en marche avant ou en marche arrière mais elle peut aussi servir à produire de l'énergie électrique lorsque le bateau est sous voile. Dans ce dernier cas, le flux d'eau exerce une poussée sur les pales de l'hélice de manière à la faire tourner autour de son 15 axe de rotation. L'hélice entraine en rotation l'axe du moteur électrique qui produit alors de l'énergie électrique. Cette énergie électrique peut être stockée, après conversion AC/DC, dans une ou plusieurs batterie(s) et/ou consommée directement par des 20 équipements électriques du bateau. Le fonctionnement du mode génération d'énergie avec une hélice à pales orientables n'est pas connu. Résumé de l'invention L'invention s'inscrit dans une démarche d'amélioration 25 du fonctionnement du moteur électrique d'un voilier en mode génération d'énergie, ce moteur électrique étant ou non le moyen de propulsion principal du voilier. A cet effet, l'invention propose un dispositif de propulsion et de récupération d'énergie d'un voilier comportant un moteur électrique, une hélice reliée à un arbre du moteur par l'intermédiaire d'un système de transmission et un circuit de commande dudit moteur électrique, le moteur électrique étant apte à fonctionner selon un mode propulsion dans lequel il entraîne en rotation l'hélice autour d'un axe dit de rotation pour déplacer ledit voilier vers l'avant ou vers l'arrière, ledit moteur électrique étant en outre apte à fonctionner selon un mode génération d'énergie dans lequel ladite hélice entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation de manière à ce que le moteur électrique produise de l'énergie électrique, ledit dispositif étant remarquable en ce que l'hélice comporte au moins deux pales, chacune desdites pales étant apte à pivoter entre au moins une position déployée et une position neutre autour d'un axe, dit de pivotement, distinct dudit axe de rotation, lesdites pales étant dans ladite au moins une position déployée lorsque l'hélice tourne et dans ladite position neutre lorsque l'hélice ne tourne pas et que le voilier se déplace, et en ce que, pour initier le mode génération d'énergie du moteur, le circuit de commande actionne préalablement le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour placer les pales de l'hélice dans ladite au moins une position déployée. Ainsi, selon l'invention, pour initier le mode génération d'énergie, on actionne le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour déployer les pales de l'hélice en vue de la récupération d'énergie. Ainsi, si le bateau navigue sous voile et que les pales de l'hélice sont en drapeau, l'actionnement du mode propulsion du moteur va permettre de positionner les pales en vue de la récupération d'énergie. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de commande actionne le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée comprise entre 2s et 10s, de préférence entre 3 et 5 secondes. En mode propulsion, le moteur électrique entraîne en rotation l'hélice autour de l'axe de rotation selon un sens de rotation, dit sens de marche avant, pour déplacer ledit voilier vers l'avant et selon un sens de rotation inverse, dit sens de marche arrière, pour déplacer ledit voilier vers l'arrière. En mode génération d'énergie, l'hélice entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation dans un sens de rotation identique au sens de marche arrière. Selon un mode de réalisation particulier, chacune des pales de l'hélice est apte à pivoter autour dudit axe de pivotement entre une première position déployée et une deuxième position déployée, ladite position neutre étant présente entre ladite première position déployée et ladite deuxième position déployée, lesdites pales étant dans ladite première position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche avant et dans ladite deuxième position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche arrière. Alors, pour initier le mode génération d'énergie, le circuit de commande actionne le moteur électrique en mode propulsion pour que l'hélice tourne dans le sens de la marche arrière pendant ladite durée prédéterminée. Selon un mode de réalisation particulier, l'axe de pivotement des hélices est sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice. L'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur électrique équipant un voilier, le moteur électrique étant apte à fonctionner selon un mode propulsion dans lequel il entraîne en rotation une hélice autour d'un axe dit de rotation pour déplacer ledit voilier vers l'avant ou vers l'arrière, ledit moteur électrique étant en outre apte à fonctionner selon un mode génération d'énergie dans lequel ladite hélice entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation de manière à ce que le moteur électrique produise de l'énergie électrique, l'hélice comportant au moins deux pales, chacune desdites pales étant apte à pivoter entre au moins une position déployée et une position neutre autour d'un axe, dit de pivotement, distinct dudit axe de rotation, lesdites pales étant dans ladite au moins une position déployée lorsque l'hélice tourne et dans ladite position neutre lorsque l'hélice ne tourne pas et que le voilier se déplace, ledit procédé étant remarquable en ce que, pour initier le mode génération d'énergie du moteur, on actionne préalablement le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour placer les pales de l'hélice dans ladite au moins une position déployée. Selon un mode de réalisation particulier, le moteur électrique est actionné en marche arrière pendant une durée comprise entre 2s et 10s, de préférence entre 3 et 5 secondes. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de commande actionne automatiquement le moteur électrique pendant ladite durée prédéterminée en mode propulsion dès que le mode génération d'énergie est activé. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre illustratif. Brève description des figures La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de propulsion et de récupération d'énergie selon un premier mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est une vue en perspective d'une 20 première hélice à pales orientables apte à être utilisée dans le dispositif de la figure 1; La figure 3 illustre l'orientation des pales de l'hélice du dispositif de l'invention lorsque le voilier navigue sous voile sans récupération d'énergie; La figure 4 illustre l'orientation des pales de l'hélice du dispositif de l'invention lorsque le voilier est propulsé en marche avant par le moteur électrique; La figure 5 illustre l'orientation des pales de l'hélice du dispositif de l'invention lorsque le voilier est propulsé en marche arrière par le moteur électrique; La figure 6 illustre l'orientation des pales de l'hélice du dispositif de l'invention lorsque le moteur électrique fonctionne en mode génération d'énergie; Les figures 7 et 8 sont des vues schématiques d'une deuxième hélice à pales orientables, respectivement en position déployée et en position neutre (position en drapeau), apte à être utilisée dans le dispositif de la figure 1; et La figure 9 est une vue schématique d'un dispositif de propulsion et de récupération d'énergie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention En référence à la figure 1, le dispositif de l'invention comporte un moteur électrique 10 dont l'arbre moteur est relié au moyeu d'une hélice 11 par l'intermédiaire d'un système de transmission 12. Le système de transmission 12 comprend notamment un inverseur/réducteur 13 positionné à la sortie du moteur 10. Le moteur électrique 10 est un moteur à aimants permanents ayant une puissance suffisante pour naviguer en toute sécurité. La puissance du moteur varie bien entendu en fonction de la taille du voilier à propulser. Le moteur est connecté à une batterie 14 via un convertisseur DC/AC 15 et il est par ailleurs commandé par un circuit de commande 17. Le moteur électrique est apte à fonctionner selon un mode propulsion et un mode génération d'énergie. Ces modes de fonctionnement du moteur sont gérés par le circuit de commande 17. Dans le mode propulsion, le moteur 10 entraîne en rotation l'hélice autour de son axe de rotation X selon un sens de rotation, dit sens de marche avant, pour déplacer ledit voilier vers l'avant ou selon un sens de rotation inverse, dit sens de marche arrière, pour déplacer ledit voilier vers l'arrière. Dans le mode génération d'énergie, l'hélice 11 entraîne en rotation le moteur électrique 10 autour de son axe de rotation dans un sens de rotation identique au sens de marche arrière pour que le moteur électrique produise de l'énergie électrique. Selon un aspect important de l'invention, l'hélice 11 employé est une hélice à pales orientables telle que l'hélice E3 commercialisée par la société EWOL ou l'hélice commercialisée par la société Radice. Selon l'invention, l'hélice comporte au moins deux pales, chacune étant apte à pivoter entre une position déployée et une position neutre (position en drapeau) autour d'un axe de pivotement distinct dudit axe de rotation. La figure 2 illustre un premier exemple d'hélice conforme à l'hélice commercialisée par la société EWOL et les figures 7 et 8 illustrent un deuxième exemple d'hélice conforme à l'hélice commercialisée par la société Radice. En référence à la figure 2, l'hélice 11 comporte trois pales 110, 111 et 112. Chaque pale 110, 111, 112 comporte classiquement un bord d'attaque et un bord de fuite. Chaque pale 110, 111, 112 est apte à pivoter autour d'un axe de pivotement, respectivement X1, X2 et X3, perpendiculaire à l'axe de rotation X de l'hélice. Les pales sont aptes à pivoter entre deux positions déployées, les pales étant dans la première position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche avant et dans la deuxième position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche arrière. Les pales de l'hélice viennent en appui contre des butées lorsqu'elles sont dans l'une ou l'autre de ces positions déployées. Entre ces deux positions déployées, chaque pale est libre en rotation. La pale peut notamment prendre une position neutre (position de drapeau) permettant de réduire sa traînée lorsque le bateau avance sous voile et que l'hélice ne tourne pas. En mode génération d'énergie, l'hélice tourne dans le même sens que dans le mode propulsion en marche arrière. C'est pourquoi, selon l'invention, pour initier le mode génération d'énergie avec ce type d'hélice, le circuit de commande 17 actionne préalablement le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour que l'hélice tourne dans le sens de marche arrière pendant ladite durée prédéterminée de manière à orienter les pales dans ladite deuxième position déployée. On actionne le moteur électrique en marche arrière pendant une durée comprise entre 2s et 10s, de préférence entre 3 et 5 secondes. Ceci permet de positionner correctement les pales de l'hélice en vue de la récupération d'énergie. Ainsi, si le bateau navigue sous voile et que les pales de l'hélice sont en drapeau, l'actionnement de la marche arrière du moteur va permettre de positionner les pales comme il faut pour la récupération d'énergie. Cette étape préalable de mise en marche arrière du moteur 10 est enclenchée automatiquement dès que l'utilisateur sélectionne le mode récupération d'énergie sur une interface du circuit de commande 17, par exemple sur un écran tactile 18. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur électrique 10 est alors entrainé par l'hélice 10 qui recharge la batterie 14, via le convertisseur 15. A l'inverse, dans le mode propulsion, le moteur 10 est alimenté par la batterie 14 via le convertisseur 15 et entraine en rotation l'hélice 11. Les figures suivantes, 3 à 6, illustrent le positionnement de l'une quelconque des pales de l'hélice dans 4 cas: navigation sans moteur sous voile, navigation en mode propulsion marche avant, navigation en mode propulsion marche arrière et navigation en mode récupération d'énergie. La figure 3 illustre le positionnement de l'une quelconque des pales de l'hélice 11 lorsque le bateau avance sous voile. La pale est alors en position neutre (position en drapeau). L'axe de la pale s'étendant du bord d'attaque vers le bord de fuite, appelé ci-après axe longitudinal de la pale, est sensiblement parallèle à l'axe de rotation X de l'hélice. Les pales sont positionnées pour freiner le moins possible le voilier. La figure 4 illustre le positionnement de l'une quelconque des pales de l'hélice 11 lorsque le moteur est en mode propulsion marche avant. L'hélice tourne dans un sens de rotation R correspondant au sens de marche avant. La pale est alors dans la première position déployée qui est décalée angulairement d'un angle a par rapport à la position neutre. L'axe longitudinal de la pale est donc décalé de l'angle a par rapport à l'axe X. Dans l'exemple de la figure 4, l'angle a est de l'ordre de 120°. La pale exerce une force de poussée F sur l'eau. Le vecteur F représente la force de poussée de la pale sur l'eau. La figure 5 illustre le positionnement de l'une quelconque des pales de l'hélice 11 lorsque le moteur est en mode propulsion marche arrière. L'hélice tourne dans un sens de rotation R' correspondant au sens de marche arrière. La pale est alors dans la deuxième position déployée qui est décalée angulairement d'un angle a' par rapport à la position neutre. L'axe longitudinal de la pale est donc décalé de l'angle a' par rapport à l'axe X. Dans l'exemple de la figure 4, l'angle a est de l'ordre de 240°. La pale exerce une force de poussée F' sur l'eau. Le vecteur 14 représente la force de poussée de la pale sur l'eau. Enfin, la figure 6 illustre le positionnement de l'une quelconque des pales de l'hélice 11 lorsque le moteur est en mode génération d'énergie. La pale a été placée dans la deuxième position déployée en actionnant la marche arrière et reste ensuite dans cette position pour la récupération d'énergie. L'hélice tourne dans un sens de rotation R' correspondant au sens de marche arrière. L'eau exerce une force de poussée F" sur la pale. Le vecteur F" représente la force de poussée de l'eau sur la pale. Les figures 7 et 8 illustrent une hélice 21 à deux pales orientables apte à être utilisée dans l'invention. L'hélice 21 comporte deux pales 210 et 211. Chaque pale 210, 211 est apte à pivoter autour d'un axe de pivotement, respectivement X0 et X1, perpendiculaire à l'axe de rotation X de l'hélice. Les pales sont aptes à pivoter entre une position déployée illustrée par la figure 7 et une position neutre (position en drapeau) illustrée par la figure 8. Les pales 210 et 211 sont dans la position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche avant ou de marche arrière. Les pales sont dans la position neutre La pale peut notamment prendre une position neutre lorsque le bateau avance sous voile et que l'hélice ne tourne pas. Cette position permet de réduire la traînée de l'hélice. Dans le dispositif décrit à la figure 1, le bateau est équipé d'un moteur électrique et ne comporte pas de moteur thermique. La figure 9 illustre un autre mode de réalisation dans lequel l'hélice 11 ou 21 peut être entrainée sélectivement par le moteur thermique 10 ou par un moteur thermique 20. L'hélice 11 est reliée sélectivement à l'arbre moteur du moteur thermique 20 et à l'arbre moteur électrique via un système de transmission 22 avec un dispositif de liaison 23. Le dispositif de commande 17 décrit précédemment commande à la fois le moteur électrique et le moteur thermique 20. Avantageusement, le moteur électrique 10 et le moteur thermique ne sont pas en marche simultanément. Lorsque le moteur thermique est en marche, le dispositif de liaison 23 permet de découpler l'arbre du moteur électrique du système de transmission 22. A l'inverse, lorsque le moteur électrique fonctionne en mode propulsion ou mode génération d'énergie, le dispositif de liaison 23 permet de découpler l'arbre du moteur électrique de l'hélice 11. Bien entendu, d'autres types d'hélices à pales 25 orientables ayant au moins une position déployée et une position neutre (ou en drapeau) peuvent être employées. REVENDICATIONS1. Dispositif de propulsion et de récupération d'énergie d'un voilier comportant un moteur électrique (10), une hélice (11;21) reliée à un arbre du moteur par l'intermédiaire d'un système de transmission (12) et un circuit de commande (17) dudit moteur électrique, le moteur électrique (10) étant apte à fonctionner selon un mode propulsion dans lequel il entraîne en rotation l'hélice autour d'un axe dit de rotation (X) pour déplacer ledit voilier vers l'avant ou vers l'arrière, ledit moteur électrique (10) étant en outre apte à fonctionner selon un mode génération d'énergie dans lequel ladite hélice entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation de manière à ce que le moteur électrique produise de l'énergie électrique, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'hélice (11;21) comporte au moins deux pales (110,111,112;210,211), chacune desdites pales étant apte à pivoter entre au moins une position déployée et une position neutre autour d'un axe, dit de pivotement (X0,X1,X2), distinct dudit axe de rotation (X), lesdites pales étant dans ladite au moins une position déployée lorsque l'hélice tourne et dans ladite position neutre 25 lorsque l'hélice ne tourne pas et que le voilier se déplace, et en ce que, pour initier le mode génération d'énergie du moteur, le circuit de commande (17) actionne préalablement le moteur électrique (10) en 30 mode propulsion pendant une durée prédéterminée pourplacer les pales de l'hélice dans ladite au moins une position déployée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (17) est apte à actionner le moteur électrique (10) en mode propulsion pendant une durée comprise entre 2s et 10s, de préférence entre 3 et 5 secondes. 3. Dispositif selon le revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en mode propulsion, le moteur électrique entraîne en rotation l'hélice autour de l'axe de rotation (X) selon un sens de rotation, dit sens de marche avant (R), pour déplacer ledit voilier vers l'avant et selon un sens de rotation inverse, dit seps de marche arrière (R'), pour déplacer ledit voilier vers l'arrière, et, en mode génération d'énergie, ladite hélice entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation dans un sens de rotation identique au sens de marche arrière (R'), en ce que chacune des pales de l'hélice est apte à pivoter autour dudit axe de pivotement (X0,X1,X2) entre une première position déployée et une deuxième position déployée, ladite position neutre étant présente entre ladite première position déployée et ladite deuxième position déployée, lesdites pales étant dans ladite première position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche avant et dans ladite deuxième position déployée lorsque l'hélice tourne dans le sens de marche arrière,et en ce que, pour initier le mode génération d'énergie, le circuit de commande actionne le moteur électrique en mode propulsion pour que l'hélice tourne dans le sens de la marche arrière pendant ladite durée prédéterminée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit axe de pivotement (Xo,X1,X2) est sensiblement perpendiculaire audit axe de rotation (X). 5. Procédé de commande d'un moteur électrique (10) équipant un voilier, le moteur électrique (10) étant apte à fonctionner selon un mode propulsion dans lequel il entraîne en rotation une hélice (11;21) autour d'un axe dit de rotation (X) pour déplacer ledit voilier vers l'avant ou vers l'arrière, ledit moteur électrique (10) étant en outre apte à fonctionner selon un mode génération d'énergie dans lequel ladite hélice (11;21) entraîne en rotation le moteur électrique autour dudit axe de rotation de manière à ce que le moteur électrique produise de l'énergie électrique, l'hélice (11;21) comportant au moins deux pales (110,111,112;210,211), chacune desdites pales étant apte à pivoter entre au moins une position déployée et une position neutre autour d'un axe, dit de pivotement (X0,X1,X2), distinct dudit axe de rotation (X), lesdites pales étant dans ladite au moins une position déployée lorsque l'hélice tourne et dans ladite position neutre lorsque l'hélice ne tourne pas et que le voilier se déplace,ledit procédé étant caractérisé en ce que, pour initier le mode génération d'énergie du moteur, on actionne préalablement le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour placer les pales de l'hélice dans ladite au moins une position déployée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur électrique (10) est 10 actionné en marche arrière pendant une durée comprise entre 2s et 10s, de préférence entre 3 et 5 secondes. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit de commande actionne 15 automatiquement le moteur électrique pendant ladite durée prédéterminée en mode propulsion dès que le mode génération d'énergie est activé. 20