Brevet FR3046987A1 — publié le 20170728

La présente invention se rapporte à un dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour la navigation de plaisance. Elle concerne plus particulièrement un voilier généralement équipé d'un moteur thermique destiné à le propulser en marche avant ou en marche arrière. Pour cela, le moteur thermique entraîne en rotation une hélice reliée au moteur thermique, via un système de transmission, et le sens de déplacement du voilier dépend du sens de rotation de l'hélice. Il est connu, notamment par le document ES 2 220 214, de placer une machine électrique en parallèle du moteur thermique et de la relier à l'hélice au travers d'un autre système de transmission de mouvement, comme des poulies et des courroies. Dans la configuration avec un moteur électrique, l'hélice peut servir, tout comme avec un moteur thermique, à propulser le voilier en marche avant ou en marche arrière mais elle peut aussi servir à produire de l'énergie électrique. En effet, lorsque le voilier est sous voile, le flux d'eau exerce une poussée sur les pales de l'hélice de manière à la faire tourner autour de son axe de rotation. L'hélice entraîne en rotation, au travers de l'autre système de transmission, l'axe du moteur électrique, qui fonctionne alors comme une génératrice pour produire de l'énergie électrique. Cette énergie électrique peut ainsi être stockée dans un ou plusieurs accumulateurs électriques, comme des batteries, et/ou être utilisée par les équipements électriques du voilier. Cette configuration présente cependant l'inconvénient de nécessiter un encombrement important dans le compartiment moteur du voilier pour loger le moteur électrique et demande un autre système de transmission de mouvement entre l'hélice et le moteur électrique. De plus, une telle configuration est d'un coût non négligeable, accroit le poids de l'ensemble et augmente le potentiel de dysfonctionnement de par la multiplicité des systèmes de transmission de mouvement. 3046987 2 En outre, il est nécessaire de prévoir tous moyens nécessaires pour éviter une interaction contraire entre les deux systèmes de transmission de mouvement, telle que des rotations contraires de l'hélice. 5 Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention se rapporte à un dispositif de propulsion et de génération d'énergie électrique d'un voilier qui est de conception simple, de fabrication peu coûteuse et qui est d'un encombrement minimal dans le compartiment moteur de ce voilier. 10 A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier comportant un moteur thermique, une hélice reliée au moteur thermique par un dispositif de transmission de mouvement comprenant un arbre d'hélice logé dans une enveloppe, une machine électrique apte à fonctionner en tant que moteur électrique de propulsion ou en tant que 15 génératrice électrique, et un circuit de commande de ladite machine électrique, caractérisé en ce que la machine électrique est logée entre l'hélice et l'arbre d'hélice du dispositif de transmission de mouvement. Le rotor de la machine électrique peut être relié à l'arbre d'hélice et à l'hélice. 20 Le stator de la machine électrique peut être porté par l'enveloppe du dispositif de transmission de mouvement. La machine électrique peut être reliée à un circuit de commande par des 25 conducteurs électriques bidirectionnels. Le dispositif de transmission de mouvement peut comprendre un carter logeant un arbre d'entraînement et un boîtier logeant l'arbre d'hélice en formant un angle avec le carter et le dispositif peut comprendre un renfort entre la machine 30 électrique et le voilier. Le renfort peut comprendre une béquille reliant la machine électrique à la coque du voilier. 3046 987 3 Le renfort peut être utilisé en tant que guide-fils des conducteurs électriques bidirectionnels. Le renfort peut comprendre une partie évidée pour guider les conducteurs 5 électriques bidirectionnels entre la machine électrique et le voilier. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 10 - la figure 1 qui montre schématiquement un dispositif de propulsion et de génération d'énergie selon l'invention, - la figure 2 qui est un vue globale en perspective du dispositif de propulsion et de génération d'énergie de la figure 1, et - la figure 3 qui est un vue globale en perspective d'une variante du dispositif 15 de propulsion et de génération d'énergie de la figure 1 intégrant un renfort mécanique profilé. En se rapportant aux figures 1 et 2, le dispositif de propulsion et de génération d'énergie, notamment d'énergie électrique, d'un voilier comprend un 20 moteur thermique 10, notamment un moteur à combustion interne, un dispositif de transmission de mouvement 12 entre ce moteur et une hélice 14. Avantageusement, cette hélice est une hélice à pales orientables et comporte au moins deux pales 16 aptes à pivoter entre une position déployée et une position neutre, dite position en drapeau. Plus particulièrement, les pales sont 25 dites dans une première position déployée lorsque l'hélice tourne en entraînant le voilier dans le sens de marche avant, dans une deuxième position déployée lorsque l'hélice tourne en sens contraire pour entraîner le voilier dans le sens de la marche arrière, et dans une position en drapeau permettant de réduire sa traînée lorsque le voilier navigue en croisière sous voile. 30 Cette hélice comporte en outre un moyeu 18 qui permet de la relier fixement au dispositif de transmission 12. A titre d'exemple et comme illustré sur ces figures 1 et 2, ce dispositif de transmission comprend une enveloppe 26 comportant un carter 28 et un boîtier 30 3046987 4 fixe avec le carter. Avantageusement, le carter et le boîtier sont monobloc en formant l'enveloppe 26. Le carter comprend des paliers 32 recevant un arbre sensiblement vertical rotatif 34, baptisé arbre d'entrainement, avec une extrémité qui est reliée au moteur thermique. L'autre extrémité de cet arbre vertical est 5 raccordée au travers d'un renvoi à pignons dentés 36 à un arbre horizontal 40 placé sur des paliers 42 logés dans le boîtier qui est raccordé au carter en formant un angle, ici sensiblement droit. L'autre extrémité 44 de cet arbre horizontal, dite extrémité libre, traverse librement un flasque de fermeture 46 du boîtier en débouchant au-delà de ce flasque. 10 Pour des raisons de simplification, l'arbre horizontal est appelé arbre d'hélice dans la suite de la description en considérant le fait que, pour les dispositifs de propulsion conventionnels, le moyeu de l'hélice est rapporté et fixé sur cet extrémité libre. 15 Dans les exemples illustrés sur les figures, cette extrémité libre 44 est reliée fixement à une extrémité 48 d'un rotor 50 d'une machine électrique 52 dont le stator 54 est fixé sur le boîtier 30 portant l'arbre d'hélice, ici au travers de tirants filetés 56. 20 A titre d'exemple, le rotor 50 comprend, de manière connue en soi, un arbre 58, qui porte des générateurs de flux magnétique 60, principalement des aimants permanents. Le stator comporte avantageusement un empilage de tôles ferromagnétiques planes et des générateurs de flux magnétique, ici des bobinages d'induit 62, de 25 préférence étanches aux liquides, qui sont logés dans l'empilage de tôles en regard des aimant permanents. Les bobinages sont reliés, par des conducteurs électriques bidirectionnels 64, à un circuit de commande 66 et à des accumulateurs électriques 68, ici sous forme de batteries. 30 Comme mieux visible sur la figure 1, l'extrémité libre 70 du rotor, c'est-à-dire celle opposée à l'extrémité reliée à l'arbre d'hélice, est fixée au moyeu 18 de l'hélice par tous moyens connus, comme par vissage. 3046 987 5 Dans l'ensemble ainsi formé, la machine électrique peut être utilisée soit en tant que machine motrice (ou moteur électrique) pour propulser le voilier en marche avant ou en marche arrière ou en tant que machine génératrice (ou hydrogénérateur) pour produire de l'énergie électrique lorsque le voilier est sous 5 voile. Ainsi, il est prévu d'intercaler directement entre l'arbre d'hélice 40 et l'hélice 14 un moteur électrique/hydrogénérateur électrique qui est entraîné par l'arbre d'hélice et cela sans apporter de modification importante au dispositif de 10 propulsion conventionnel de ce voilier. Bien entendu, l'homme du métier évaluera le dimensionnement de ce moteur électrique/hydrogénérateur électrique, comme sa longueur, son diamètre, ou son poids de telle sorte qu'il ne perturbe pas le fonctionnement du voilier en navigation 15 sous voile ou en propulsion. Avantageusement et à titre d'exemple, ce moteur/hydrogénérateur est dimensionné de façon à ce que, en mode propulsion, le voilier puisse naviguer au moins 30 minutes en propulsion électrique uniquement. 20 Cette durée de propulsion électrique permet alors de rejoindre un point de mouillage, d'entrer ou de sortir d'un port sans utiliser le moteur thermique et ainsi de réaliser une économie de carburant non négligeable et d'éviter des émission de polluants. De plus, lorsque le voilier navigue sous voile, ce dimensionnement permet, 25 en mode de génération électrique, de recharger les batteries de servitude du voilier (comme l'autopilotage, les lumières, les équipements électriques, l'électronique de navigation,...) ainsi que les batteries supplémentaires éventuelles qui pourraient être dédiées spécifiquement à la propulsion électrique. 30 Pour le fonctionnement en marche avant par le moteur électrique, l'hélice tourne dans un sens de rotation, ici dans un sens horaire, correspondant à la marche avant. La pale de cette hélice est alors dans une position déployée qui est décalée angulairement par rapport à l'axe longitudinal de l'hélice. La pale exerce alors une force de poussée sur l'eau et le voilier est propulsé en marche avant. 3046 987 6 Lorsque le voilier est en mode propulsion de marche arrière, l'hélice tourne dans un autre sens de rotation, ici dans un sens antihoraire. La pale est alors dans une autre position déployée qui est décalée angulairement par rapport l'axe 5 longitudinal de l'hélice et la pale exerce une force de poussée sur l'eau, qui est opposée à celle de la propulsion en marche avant. Le fonctionnement d'un tel dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour le mode génération d'énergie lorsque le voilier est sous voile consiste à faire 10 tourner l'hélice dans le même sens que dans le mode propulsion en marche arrière. Pour cela, le circuit de commande 66 commande préalablement le moteur électrique en mode propulsion pendant une durée prédéterminée pour que l'hélice tourne dans le sens de marche arrière de manière à orienter les pales dans la 15 position déployée correspondante à celle de la marche arrière. Au terme de cette durée, la commande du moteur électrique est interrompue et le rotor de ce dernier est alors entraîné en rotation par l'hélice. Sous l'impulsion de cette rotation, la machine électrique est utilisée en tant qu'hydrogénérateur électrique pour notamment alimenté les batteries 68. 20 Sans sortir du cadre de l'invention, il peut être prévu que l'arbre d'entraînement 34 et l'arbre d'hélice 40 ainsi que le carter et le boîtier soient dans le prolongement l'un de l'autre en ayant une direction générale sensiblement horizontale ou inclinée. 25 Dans ce cas, l'accouplement de l'arbre 34 et de l'arbre d'hélice 40 forme un ensemble solidaire pouvant être entraîné par le moteur électrique quand celui-ci est alimenté. Bien entendu, l'entraînement de l'arbre d'hélice n'est possible que lorsque la 30 boite de vitesse du moteur thermique est placée au "Neutre" pour ne pas bloquer le système. 3046987 7 La variante de la figure 3 consiste à placer un renfort 72 sur le dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour limiter la flexion de l'ensemble formé par le boîtier 30 portant l'arbre d'hélice 40, la machine électrique 52 et l'hélice 14. 5 Comme mieux illustré sur la figure 3, ce renfort comprend une béquille profilée 74 reliée, d'une part, à la machine électrique, et plus particulièrement à son stator, et, d'autre part, à une partie fixe du voilier, comme la coque 76. Avantageusement, la béquille peut être également être utilisée en tant que guide-fils pour les conducteurs électriques de façon à les protéger de toutes 10 agressions. Pour cela et à titre d'exemple, la béquille comprend un partie évidée 78 à l'intérieur de laquelle sont logés les conducteurs électriques 64 en permettant ainsi de les guider entre la machine électrique et le voilier. 15 REVENDICATIONS1) Dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier comportant un moteur thermique (10), une hélice (14) reliée au moteur thermique par un dispositif de transmission de mouvement (12) comprenant un arbre d'hélice (40) logé dans une enveloppe (26), une machine électrique (52) apte à fonctionner en tant que moteur électrique de propulsion ou en tant que génératrice électrique, et un circuit de commande (66) de ladite machine électrique, caractérisé en ce que la machine électrique (52) est logée entre l'hélice (14) et l'arbre d'hélice (40) du dispositif de transmission de mouvement. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (50) de la machine électrique (52) est relié à l'arbre d'hélice (40) et à l'hélice (12). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le stator (54) de la machine électrique (52) est porté par l'enveloppe (26) du dispositif de transmission de mouvement (12). 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (52) est reliée à un circuit de commande (66) par des conducteurs électriques bidirectionnels (64). 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif transmission de mouvement (12) comprend un carter (28) logeant un arbre d'entraînement (34) et un boîtier (30) logeant l'arbre d'hélice (40) en formant un angle avec le carter, caractérisé en ce que le dispositif comprend un renfort (72) entre la machine électrique et le voilier. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le renfort comprend une béquille (74) reliant la machine électrique (52) à la coque (76) du voilier. 7) Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le renfort est utilisé en tant que guide-fils des conducteurs électriques bidirectionnels (64). 3046987 9 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le renfort comprend une partie évidée (78) pour guider les conducteurs électriques bidirectionnels (64) entre la machine électrique et le voilier. 5