Brevet FR3096960A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Drone comprenant au moins une pale pourvue d'une portion interne en matériau alvéolaire moussé logeant une batterie électrique Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne un dispositif volant à voilure tournante de type drone comprenant au moins une pale pourvue d'une portion interne en matériau alvéolaire moussé logeant une batterie électrique. Elle s'applique en particulier aux drones de surveillance ou de prise de clichés/vidéos, mais également aux drones civils de loisir ou aux drones Technique antérieure [0002] Les drones à propulsion par moteur électrique rencontrent tous le même problème lié à l'implantation des batteries. Or, celles-ci constituent un élément primordial de leur conception, qu'il s'agisse de batteries au plomb, au nickel-cadmium (nicd), nickel hydrure métallique (nimh), ou encore lithium polymère. [0003] De nos jours, les batteries à base de lithium sont celles qui sont de loin les plus utilisées dans le domaine du drone car elles procurent une plus grande capacité pour un poids plus faible. Ces batteries sont en général regroupées dans/sous le drone dans un « pack». ce pack pouvant être constitué d'un assemblage d'éléments appelés cellules. Ces cellules sont soudées entre elle et fixées dans un logement mécanique externe. Ce logement mécanique prend des formes très diverses comme une gaine thermo-rétractable ou un boitier en matière plastique ou en métal. [0004] Dans le milieu du drone, maximiser l'autonomie est le problème de tous les fa- bricants car il implique des limitations drastiques dans leur utilisation. Maximiser l'autonomie consiste en général à choisir la technologie de batterie possédant le meilleur rapport énergie/poids. [0005] Malheureusement, le rapport énergie/poids des drones actuels est fortement dégradé par le poids que constitue le logement mécanique des packs de batteries utilisés. Présentation de l'invention [0006] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche to- talement novatrice, simple, fiable et efficace. [0007] A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention se rapporte à un dispositif volant à voilure rotative de type drone comprenant un châssis central formant un rotor autour duquel tourne au moins une pale s'étendant extérieurement à partir dudit rotor, chaque pale étant munie à son extrémité libre d'un moyen de propulsion électrique à hélice permettant à ladite pale de tourner autour du rotor pour faire décoller/voler le 2 dispositif, caractérisé en ce que ladite pale comporte une structure interne présentant localement au moins un logement interne creux renfermant au moins une batterie électrique/une cellule de batterie électrique reliée au moyen de propulsion à hélice de la pale considérée. [0008] Ainsi, le rapport énergie poids et totalement optimisé, sans perte d'efficacité du drone (facilité de pilotage), et les batteries sont par ailleurs mieux protégées en cas de choc. [0009] L'invention est mise en oeuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. [0010] Selon un mode particulier de réalisation, la structure interne est réalisée en en matériau alvéolaire moussé. [0011] Avantageusement, la pale comporte une structure externe rigide entourant la structure interne en matériau alvéolaire moussé. [0012] De préférence, la structure externe rigide est en fibres de résine composite, par exemple en fibres de carbone époxy. [0013] Ainsi, l'enveloppe en fibre composite comme la fibre de carbone + époxy assure la résistance à l'étirement, tandis que la mousse très peu dense résiste à l'écrasement. L'association de ces deux composants permet d'obtenir des pales très grandes, légères et très résistantes. [0014] Selon une alternative, la pale est entièrement constituée du matériau alvéolaire moussé. [0015] En particulier, le matériau alvéolaire moussé est une mousse de polypropylène expansé. [0016] De manière préférée, chaque logement interne creux est disposé à proximité immédiate de l'une et/ou l'autre des extrémités de la pale. [0017] De manière avantageuse, chaque logement interne creux présente la forme exacte de la batterie/cellule de batterie de sorte que cette dernière est montée en force dans ledit logement interne creux. [0018] Ainsi, les batteries tiendront sans nécessiter ni boîtier ni autre dispositif couteux lourd et compliquée. [0019] De préférence, chaque logement interne creux est réalisé au moulage de la pale, sans retrait de matière. [0020] En alternative, chaque logement interne creux est découpé au fil chaud dans le matériau alvéolaire moussé. [0021] Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte au moins deux rotors superposés axialement et tournant à contresens. [0022] Avantageusement, chaque batterie est de type lithium-ion et présente une forme cy- 3 lindrique facilitant son intégration clans la pale. Brève description des figures [0023] D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : [0024] [fig.11 la figure 1 est une vue en perspective d'un drone conforme à la présente invention, [0025] [fig.21 la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une pale du drone de la figure 1, [0026] [fig.31 la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une variante de la figure 2, [0027] [fig.4] la figure 4 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation des figures 2 et 3, [0028] [fig.5] la figure 5 est une coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation des figures 2 et 3, et [0029] [fig.6] la figure 6 est une variante de réalisation des figures 1 à 4. Description des modes de réalisation [0030] Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation d'un drone 1 conforme à la présente invention. [0031] Ce drone 1 comporte typiquement un rotor central 2 d'axe (vertical) XX' autour duquel tourne une voilure rotative 3 formée dans le cas présent par deux pales 4 profilées s'étendant symétriquement de part et d'autre dudit rotor 2. 100321 Chaque pale 4 est munie, à son extrémité libre 4a, d'une hélice 5 d'axe YY' sen- siblement perpendiculaire à la direction principale d'allongement radial de ladite pale 4 correspondante. Ces hélices .5 sont chacune propulsées par un moteur électrique 6 permettant aux pales 4 de tourner autour du rotor 2 afin de faire décoller verticalement puis voler le drone I. 100331 Chaque pale 4 renferme, à proximité de son hélice respective 5, une batterie 7 (représentée en traits pointillés sur la figure 1) fournissant l'énergie électrique à chaque moteur 6. 100341 Plus précisément, comme cela est visible sur la vue en coupe transversale illustrée par la figure 2, chaque pale 4 comporte une structure externe rigide 4b, par exemple constituée par une résine composite telle qu'une résine époxy renforcée de fibres de carbone, de Kevlar ou de verre, renfermant un matériau alvéolaire moussé 4c tel qu'une mousse de polypropylène expansé à faible densité. 100351 Cette combinaison de différents matériaux de « peau » et de « coeur » permet d'obtenir une pale 4 (et donc un drone 1), légère et résistante à la fois. 100361 Selon une caractéristique particulièrement novatrice de la présente invention, un logement interne creux 8 est prévu dans la mousse de polypropylène expansé 4e pour recevoir une batterie 7 ou un pack de cellules de batterie 7. [0037] Chaque logement interne creux 8 est soit réalisé au moulage de la partie en matériau alvéolaire moussé 4c de chaque pale 4, c'est-à-dire sans retrait de matière, soit réalisé ultérieurement avec enlèvement de matière, par exemple par découpage au filament chaud. [0038] Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 3, la totalité de chaque pale 4 est réalisée en matériau alvéolaire moussé 4c, lequel présente alors de préférence une densité un peu plus importante que dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 afin de former des pales 4 plus résistantes tout en restant suffisamment légères. [0039] De la même façon que décrit précédemment, chaque logement interne creux 8 est réalisé au moulage sans retrait de matière ou ultérieurement par enlèvement de matière comme décrit précédemment. [0040] Dans ces deux modes de réalisation, chaque logement interne creux 8 présente exactement la même forme que la batterie 7 qu'elle doit recevoir de sorte que cette-dernière est insérée en force pour être bien maintenue. Une forme cylindrique à section ronde pourra par exemple être utilisée pour une implantation simple et efficace de la batterie 7 dans la pale 4. [0041] La figure 4 montre, vue en coupe longitudinale, une pale 4 dans laquelle sont logés un premier pack de trois cellules 7a de batterie disposé dans un logement creux 8a situé proche de l'hélice 5, et un second pack de trois cellules 7b de batterie disposé dans un second logement 8b situé proche du rotor 2. Cette solution permet soit de fournir plus d'énergie électrique au drone (avec des moteurs plus puissants par exemple), soit de prévoir des packs de cellules de batterie plus petites à puissance équivalente aux solutions à un seul logement interne creux 8. [0042] La figure 5 montre une variante de réalisation plus complexe dans laquelle la pale 4 comporte un premier logement 8a proche de l'hélice 5 pour loger un premier pack de trois cellules 7a de batterie similaire au pack de la figure 4 et un actionneur linéaire interne 10, tel qu'un vérin muni d'une tige 11 et d'une platine d'accrochage 12 pour supporter une charge (non représentée) qui pourra être déplacée longitudinalement le long de la pale 4 à l'aide du vérin 10. [0043] En alternative, la pale 4 comporte un logement creux 8a pour recevoir le vérin 10 dont la tige mobile 11 supporte la batterie 7 (par liaison directe ou par l'intermédiaire d'un système d'accrochage amovible). Ainsi la batterie 7 peut se déplacer linéairement le long de la pale 4 afin de modifier le centre d'inertie de cette dernière. Cela permet de rééquilibrer dynamiquement le centre de masse du rotor afin de faire coïncider ledit centre d'inertie avec le centre de rotation de la pale et d'éviter les vibrations intempestives subies par le chone. [0044] Un deuxième logement 81, est situé proche du rotor 2 pour loger un second pack de trois cellules 7b de batterie similaire au pack de la figure 4. Par ailleurs, une caméra dont on aperçoit l'objectif 15 est également insérée dans un troisième logement Sc proche du rotor 2. Chaque logement 8a, 8b et 8c est réalisé dans le matériau alvéolaire moussé 4c comme dans les exemples précédente. [0045] Il est également possible d'incorporer dans un logement prévu à cet effet d'autres types d'accessoires tels qu'un capteur de vitesse/accélération, un gyroscope, ou encore un système de géolocalisation. [0046] Sur la variante de réalisation représentée sur la figure 6, le drone 1 comporte deux rotors 2 superposés et contrarotatifs comportant chacun cinq pales 4 réparties angu- lairement de manière régulière sur la circonférence de chaque rotor central 2. [0047] L'ensemble des pales 4 de l'un des rotors 2 peut être équipé de batteries 7 intégrées dans un logement interne creux 8 de leur structure interne en matériau alvéolaire moussé 4c, ou les deux. De la même façon, il est possible d'envisager des packs de cellules de batterie insérés dans deux logements internes creux 8a/8b réalisés aux deux extrémités de chaque pale 4 dans le matériau alvéolaire moussé 4c, comme sur les figures 4 et 5. [0048] Les avantages de la présente invention sont les suivants : [0049] - aucun poids additionnel nécessaire pour le logement mécanique des cellules car la structure interne déjà existante de la pale est utilisée, [0050] - les cellules sont protégées des chocs car la mousse les absorbe, [0051] - Les cellules sont maintenues fermement en position car elles sont insérées en force, [0052] - la mise en place des cellules est très aisée et rapide et ne nécessite aucun outillage. [0053] Il doit être bien entendu que la description détaillée de l'objet de l'Invention, donnée uniquement à titre d'illustration, ne constitue en aucune manière une limitation, les équivalents techniques étant également compris dans le champ de la présente invention. [0054] Ainsi, la forme des batteries ou des cellules de batterie peut être quelconque dès lors qu'il est possible de les intégrer dans un logement interne creux 8 prévu dans le matériau cellulaire moussé 4c. [0055] Le type de matériau alvéolaire moussé 4c (polymère de base) et sa densité seront notamment choisis en fonction de la taille du drone (envergure et nombre de pales), de son utilisation, du poids final souhaité, de la rigidité des pales 4, du nombre et des dimensions/poids des batteries 7. [0056] Toutes les pales 4 ne sont pas forcément munies d'une batterie 7/d'un pack de cellules 7a/7b de batterie. Une seule pale 4 peut renfermer une batterie 7 dans un logement interne creux 8 et l'autre pale opposée (dans le cas (l'un drone tel que celui représenté sur la figure 1) peut renfermer une masse pour équilibrer le rotor 2. 6 REVENDICATIONS[Revendication I] Dispositif volant (I) à voilure rotative (3) de type dronc comprenant un châssis central formant un rotor (2) autour duquel tourne au moins une pale (4) s'étendant extérieurement à partir dudit rotor (2), chaque pale (4) étant munie à son extrémité libre (4a) d'un moyen de propulsion électrique à hélice (5) permettant à ladite pale (4) de tourner autour du rotor (2) pour faire décoller/voler le dispositif (1), caractérisé en ce que ladite pale (4) comporte une structure interne (4c) présentant localement au moins un logement interne creux (8 ; 8a, 8b ; 8c) renfermant au moins une batterie électrique (7)/une cellule (la; 7b) de batterie électrique reliée au moyen de propulsion à hélice (5) de la pale (4) considérée. [Revendication 2] Dispositif volant (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure interne (4c) est réalisée en matériau alvéolaire moussé. [Revendication 3] Dispositif volant (1) selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pale (4) comporte une structure externe rigide (4b) entourant la structure interne en matériau alvéolaire moussé (4c). [Revendication 4] Dispositif volant (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure externe rigide (4b) est en fibres de résine composite, par exemple en fibres de carbone époxy. [Revendication 5] Dispositif volant (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pale (4) est entièrement constituée du matériau alvéolaire moussé (4c). [Revendication 6] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le matériau alvéolaire moussé (4c) est une mousse de polypropylène expansé. [Revendication 7] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que chaque logement interne creux (8 ; 8a, 8b ; 8c) est disposé à proximité immédiate de l'une et/ou l'autre des extrémités de la pale (4). [Revendication 8] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que chaque logement interne creux (8 ; 8a, 8b) présente la forme exacte de la batterie (7)/cellule (7a, 7b) de batterie de sorte que cette dernière est montée en force dans ledit logement interne creux (8 ; 8a, 8b). [Revendication 9] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que chaque logement interne creux (8 ; 8a, 8b ; 8e) est réalisé au moulage de la pale (4), sans retrait de matière. 7 [Revendication 10] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque logement interne creux ; 8a, 8b ; 8e) est découpée au fil chaud dans le matériau alvéolaire moussé (4c). [Revendication 11] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes. caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux rotors (2) superposés axialement et tournant à contresens. [Revendication 12] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes. caractérisé en ce que chaque batterie (7)/cellule (7a, 7b) de batterie est de type lithium-ion et présente une forme cylindrique. [Revendication 13] Dispositif volant (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes. caractérisée en ce que la pale (4) renferme également dans un logement (8 ; 8a, 811 ; 8c) de sa structure interne (4c) au moins l'un des accessoires (10 ; 15) suivants parmi un actionneur linéaire de type vérin (10), une caméra (15), un capteur de vitesse/accélération, un gyroscope, un système de géolocalisation.