FR3065121A1

FR3065121A1 - Systeme de transmission d'energie electrique sans contact notamment pour drone

Info

Publication number: FR3065121A1
Application number: FR1700383A
Authority: FR
Inventors: Luc Palabe; Marc Richard
Original assignee: DCNS SA
Current assignee: Naval Group SA
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: FR3065121B1; WO2018185203A1

Abstract

Ce système de transmission d'énergie électrique sans contact par induction électromagnétique notamment pour l'alimentation d'un engin sous-marin de type drone (2) et notamment le rechargement de moyens de stockage d'énergie électrique de celui-ci lorsqu'il est reçu dans des moyens (6) d'accueil de cet engin, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bobine émettrice inductrice (30) associée aux moyens d'accueil du drone et une bobine réceptrice (32) correspondante associée au drone, placée en regard de la bobine émettrice lorsque le drone est reçu dans les moyens d'accueil et les bobines étant associées à des structures de support composites.

Description

(54) SYSTEME DE TRANSMISSION D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS CONTACT NOTAMMENT POUR DRONE.

FR 3 065 121 - A1 _ Ce système de transmission d'énergie électrique sans contact par induction électromagnétique notamment pour l'alimentation d'un engin sous-marin de type drone (2) et notamment le rechargement de moyens de stockage d'énergie électrique de celui-ci lorsqu'il est reçu dans des moyens (6) d'accueil de cet engin, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bobine émettrice inductrice (30) associée aux moyens d'accueil du drone et une bobine réceptrice (32) correspondante associée au drone, placée en regard de la bobine émettrice lorsque le drone est reçu dans les moyens d'accueil et les bobines étant associées à des structures de support composites.

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SYSTEME DE TRANSMISSION D’ENERGIE ELECTRIQUE SANS CONTACT NOTAMMENT POUR DRONE

La présente invention concerne un système de transmission d’énergie électrique sans contact par induction électromagnétique notamment pour l’alimentation d’un engin sous-marin de type drone.

De tels engins sous-marins sont de plus en plus souvent utilisés pour assurer le contrôle, la surveillance et l’inspection d’installations immergées.

Les drones sous-marins sont utilisés dans des secteurs tels que l’industrie offshore pétrolière et gazière, dans l’industrie minière sous-marine, dans des opérations de surveillance côtière et maritime voire par des observatoires océanographiques scientifiques.

A l’heure actuelle, les opérations de maintien en condition opérationnelle de ce type d’engins nécessitent leur récupération en surface, à bord par exemple d’une plateforme telle qu’un navire de soutien, où les opérations de remise en condition opérationnelles sont effectuées.

Ceci permet par exemple d’une part de nettoyer l’engin sous-marin et ses différents capteurs, et d’autre part de recharger ses batteries d’alimentation en énergie électrique.

On conçoit cependant que ces opérations de récupération sont relativement contraignantes, consommatrices de temps et coûteuses.

Le but de l’invention est donc de prendre en compte ces contraintes

A cet effet, l’invention a pour objet un système de transmission d’énergie électrique sans contact par induction électromagnétique notamment pour l’alimentation d’un engin sous-marin de type drone et notamment le rechargement de moyens de stockage d’énergie électrique de celui-ci lorsqu’il est reçu dans des moyens d’accueil de cet engin, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une bobine émettrice inductrice associée aux moyens d’accueil du drone et une bobine réceptrice correspondante associée au drone, placée en regard de la bobine émettrice lorsque le drone est reçu dans les moyens d’accueil et les bobines étant associées à des structures de support composites.

Suivant d’autres caractéristiques du système selon l’invention prises seules ou en combinaison :

- la bobine émettrice inductrice est raccordée à la sortie d’un convertisseur tension /fréquence relié à une source d’alimentation en énergie électrique ;

- la bobine réceptrice est raccordée à un convertisseur fréquence/tension d’alimentation du reste du drone et notamment des moyens de stockage d'énergie électrique de celui-ci ;

- la ou chaque bobine est en fils de Litz ;

- la ou chaque bobine est associée à une structure de support composite comportant au moins une plaque de ferrite interposée entre une plaque isolante et une plaque en aluminium, la bobine étant associée à la plaque isolante ;

- la bobine est logée dans une enveloppe en résine ;

- l’enveloppe de réception de la bobine réceptrice englobe également le convertisseur fréquence/tension ;

- les bobines sont raccordées au reste des circuits des moyens d’accueil et du drone par des moyens formant flexible/câble immergeables.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui. va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 représente une vue de côté en perspective avec des parties en transparence, d’un système immergé de stockage et de maintien en condition opérationnelle selon l’invention,

- les figures 2 et 3 représentent des vues partielles de ce système illustrant le fonctionnement de moyens formant porte d’entrée et de sortie de ce système,

- la figure 4 représente une vue de détail illustrant un exemple de réalisation de moyens formant berceau d’accueil d’un engin sous-marin, entrant dans la constitution d’un système selon l’invention,

- la figure 5 représente une vue de détail de moyens en forme de pince de maintien en position de l’engin dans une telle structure,

- la figure 6 représente une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un engin sous-marin,

- la figure 7 illustre le fonctionnement de moyens de remplissage/vidange entrant dans la constitution d’un système immergé selon l’invention,

- la figure 8 illustre la structure et le fonctionnement des moyens d’accouplement inductif entrant dans la constitution d’un système selon l'invention, et

- la figure 9 illustre la structure et le fonctionnement de moyens d’alimentation électrique entrant dans la constitution d’un système selon l’invention.

On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, un système immergé de stockage et de maintien en condition opérationnelle d’un engin sous-marin de type drone.

Le système est désigné par la référence générale 1, tandis que l’engin sous-marin est désigné par la référence générale 2.

De façon générale et comme cela est illustré, un tel système comporte des moyens formant embase de piètement, désignés par la référence générale 3, sur lesquels sont prévus des moyens en forme de cloche de réception de l’engin sous-marin 2, en position de stockage, ces moyens en forme de cloche étant désignés par la référence générale 4.

Ce système comporte également des moyens de remplissage/vidange de ces moyens en forme de cloche 4 à l’aide d’un fluide de préservation de l’engin sous-marin 2.

Ces moyens seront décrits plus en détail par la suite.

Un tel système 1 est destiné à être immergé et par exemple à reposer sur le fond tel que le fond marin.

Il est alors utilisé pour réaliser des opérations basiques de maintien en condition opérationnelle de l’engin sous-marin 2, comme par exemple la recharge de moyens de stockage d’énergie électrique de celui-ci, comme cela sera décrit plus en détail par la suite.

A cet effet et plus particulièrement, les moyens en forme de cloche 4 de celui-ci comportent par exemple à une extrémité, des moyens formant porte permettant à l’engin sous-marin 2 d’entrer et de sortir des moyens en forme de cloche 4.

En fait, ces moyens formant porte sont désignés par la référence générale 5 sur ces figures 1 à 3, et se présentent par exemple sous la forme d’une porte articulée déployable entre une position escamotée, illustrée sur la figure 2, et une position active déployée, illustrée sur la figure 3.

En position escamotée, c’est-à-dire porte ouverte, l’engin sous-marin 2 peut alors pénétrer dans les moyens en forme de cloche 4 pour être stocké dans ceux-ci.

Une fois l’engin en position de stockage dans les moyens en forme de cloche 4, la porte peut alors être refermée.

Comme cela a été indiqué précédemment, le système comporte des moyens de réception de l’engin sous-marin 2 en position de stockage.

Un exemple de réalisation de ces moyens de réception est illustré sur ces figures et en particulier sur les figures 1,4 et 5.

Ces moyens de réception comportent en fait des moyens allongés formant berceau d’accueil de l’engin sous-marin 2 en position de stockage.

Ces moyens formant berceau sont désignés par la référence générale 6 sur ces figures.

En fait et comme cela est illustré en particulier sur la figure 1 et sur la figure 4, ces moyens formant berceau 6 comportent un élément de forme tubulaire allongé, désigné par la référence générale 7, comportant à l’une de ses extrémités, c’est-à-dire à l’extrémité en regard des moyens formant porte 5 de la cloche 4, un cône de guidage de l’engin en position de stockage dans celui-ci.

Sur ces figures, le cône est désigné par la référence générale 8.

A l’autre de ses extrémités, c’est-à-dire l’extrémité opposée à l’entrée de la cloche 4, les moyens formant berceau d’accueil comportent une coiffe de butée avant pour l’extrémité avant de l’engin sous-marin 2.

Cette coiffe est par exemple désignée par la référence générale 9 sur ces figures et est reliée au reste du système par exemple par l’intermédiaire de moyens d’amortissement désignés par la référence générale 10.

Ces moyens d’amortissement comprennent par exemple un bloc de matériau déformable élastiquement.

Dans sa partie intermédiaire, cet élément tubulaire, constituant les moyens formant berceau d’accueil de l’engin sous-marin, comprend des moyens en forme de pince de maintien de l’engin en position.

Ces moyens en forme de pince sont désignés par la référence générale 11 sur ces figures et sont illustrés en détail sur la figure 5.

En fait, ces moyens en forme de pince comprennent deux branches de pince, respectivement 12 et 13, s’étendant de part et d’autre de l’élément de forme tubulaire 7 des moyens de réception de l’engin sous-marin et sont actionnés par exemple par des moyens tels qu’un vérin, désigné par la référence générale 14, pour venir saisir l’engin sous-marin et le maintenir en position.

Comme cela a été indiqué précédemment, dans cette position de stockage, il est possible d’assurer des opérations basiques de maintien en condition opérationnelle de l'engin sous-marin 2, telles que la recharge des moyens de stockage d’énergie par exemple électrique de celui-ci ou d’autres opérations d’échange d’informations entre l’engin et le reste de la structure, etc...

A cet effet, des moyens d’accouplement électrique peuvent être prévus entre les moyens formant berceau d’accueil et l’engin sous-marin 2.

Ces moyens d’accouplement sont par exemple des moyens d’accouplement inductif.

On a illustré un exemple de réalisation de ces moyens en particulier sur les figures et 6.

On voit en effet sur la figure 4, que les moyens formant berceau d’accueil 6 et en particulier l’élément de forme tubulaire 7 de celui-ci peuvent comporter par exemple à proximité de son extrémité avant, des moyens d’accouplement électrique inductif, désignés par la référence générale 15.

Ceux-ci sont alors adaptés, lorsque l’engin sous-marin 2, est en position de stockage dans ces moyens formant berceau 6, pour s’étendre en regard de moyens d’accouplement complémentaires 16 de l’engin sous-marin 2.

Bien entendu, ceci permet par exemple non seulement de transférer de l’énergie électrique pour assurer la recharge des moyens de stockage d’énergie électrique de l’engin sous-marin 2, mais également d’assurer un échange d’informations entre l’engin et les moyens en forme de berceau 6.

Ceci permet alors par exemple de récupérer des informations de l’engin sousmarin ou au contraire assurer la mise à jour d’informations dans cet engin sous-marin à partir du reste du système.

Il va de soi bien entendu que d’autres modes de réalisation peuvent encore être envisagés.

On conçoit que toute cette structure est destinée à permettre la réception de l’engin sous-marin 2 en position de stockage dans un berceau d’accueil d’une structure immergée, pour assurer la préservation de celui-ci et l’augmentation de sa durée de vie opérationnelle.

Comme cela a été indiqué précédemment également, on peut utiliser un fluide de préservation de l’engin sous-marin 2, lorsque celui-ci est en position de stockage dans les moyens en forme de cloche 4.

Ce fluide est par exemple constitué par de l’huile qui est destinée à être injectée dans les moyens en forme de cloche 4, pour remplacer l’eau de mer afin d’assurer la préservation de l’engin sous-marin 2.

En fait, ce fluide de préservation peut par exemple être stocké dans des conteneurs ou des moyens de réception correspondants, intégrés par exemple dans les moyens formant embase de piètement 3.

Ainsi par exemple sur ces figures et en particulier sur les figures 1, 2 et 3, ces moyens de réception sont constitués par des réservoirs, par exemple flexibles et compensés, placés dans les moyens de piètement 3 et dont l’un est désigné par la référence générale 17.

Comme cela a été indiqué précédemment, ce fluide de préservation peut alors être pompé ou vidangé des moyens en forme de cloche 4 de réception de l’engin sousmarin 2 en position de stockage, afin d’assurer la préservation de celui-ci.

On a illustré schématiquement sur la figure 7, le fonctionnement de moyens de remplissage/vidange de ces moyens en forme de cloche 4.

Ces moyens en forme de cloche sont toujours désignés par la référence générale 4 sur cette figure 7, et l’un des réservoirs par exemple 17, est illustré.

Les moyens de remplissage/vidange des moyens en forme de cloche 4 sont alors associés à des moyens de canalisation et de mise en circulation du fluide entre les moyens en forme de cloche 4 et les réservoirs par exemple 17, selon les besoins de remplissage ou de vidange.

Ces moyens comprennent alors par exemple des moyens de pompage, désignés par la référence générale 18, comprenant une pompe associée à un moteur, et raccordés par des moyens de canalisation 19 au réservoir 17, et par des moyens de canalisation 20 aux moyens en forme de cloche 4.

Selon les souhaits, le moteur associé à la pompe est alors piloté pour assurer le pompage du fluide du réservoir dans les moyens en forme de cloche ou l’inverse.

On notera, comme cela est illustré sur ces figures, que les moyens en forme de cloche 4 peuvent comporter un volume tampon dans leur partie supérieure, désigné par la référence générale 21 sur cette figure 7.

On a représenté sur les figures 8 et 9, un exemple de réalisation des moyens d’accouplement complémentaires, 15 et 16, sans contact par induction électromagnétique, permettant notamment de transférer de l’énergie électrique vers l’engin sous-marin 2 afin d’alimenter celui-ci et par exemple de recharger ses moyens de stockage d’énergie.

On reconnaît en effet sur ces figures, les moyens de réception 6, l’engin sousmarin 2 et les moyens d'accouplement inductif complémentaires 15 et 16.

Ces moyens d’accouplement sans contact comprennent les moyens d’accouplement électrique inductif 15 des moyens formant berceau 6 de réception de l’engin sous-marin 2 et les moyens d’accouplement complémentaires 16 de cet engin sous-marin 2.

En fait, les moyens d’accouplement 15 des moyens de réception 6 de l’engin sous-marin 2, comportent une bobine émettrice, désignée par la référence générale 30 sur ces figures.

Cette bobine 30 est associée à une structure de support composite et ces organes sont logés dans une enveloppe de protection en résine 31.

Cette enveloppe de protection 31 présente une section de forme complémentaire à celle de la portion d’engin sous-marin 2 correspondante.

La structure de support composite comporte au moins un pavé ou plaque en ferrite 31a, interposé entre une plaque isolante 31b et une plaque en aluminium 31c.

La bobine 30 étant associée à la plaque isolante 31b de cette structure de support composite.

Cette bobine émettrice 30 est intégrée dans un support des moyens de réception 6 de l’engin sous-marin et est raccordée par exemple par des moyens formant flexible/câble immergeables, à la sortie d’une source d’alimentation en énergie électrique de ces moyens de réception, qui sera décrite plus en détail par la suite.

Les moyens complémentaires 16 de l’engin sous-marin 2 sont formés sur l’un des flancs de celui-ci.

Ces moyens complémentaires 16 comprennent alors, en regard des moyens d’accouplement des moyens en forme de berceau 6 et en particulier de la bobine émettrice 30, une bobine réceptrice correspondante, désignée par la référence générale 32.

La ou chaque bobine émettrice ou réceptrice 32 de ces moyens est constituée de fils de Litz.

La bobine réceptrice est noyée dans une enveloppe de protection en résine, portant la référence 33 sur cette figure 8.

Cette enveloppe de protection 33 est fixée par exemple par collage sur la coque de l’engin sous-marin 2.

Cette bobine réceptrice est associée à une structure de support composite comportant au moins un pavé ou plaque en ferrite 33a, interposé entre une plaque isolante 33b et une plaque en aluminium 33c.

La bobine réceptrice 32 étant associée à la plaque isolante 33b.

L’enveloppe de protection 33 intègre également au moins un convertisseur 34 qui sera décrit plus en détails par la suite.

Des moyens formant flexible/câble immergeables désignés par la référence 33d, permettent de raccorder cette bobine réceptrice au reste des circuits du drone et notamment aux moyens de stockage d’énergie électrique de celui-ci.

La figure 9 représente un schéma électrique du système fonctionnel et le raccordement des bobines en fil de Litz, désignées par les références 30 et 32, au reste des circuits.

Des moyens ou source d'alimentation 38 du système sont raccordés à un convertisseur tension /fréquence désigné par la référence 39, qui amplifie et adapte la fréquence à la fréquence et tension alternatives nécessaires à un fonctionnement en hautes fréquences résonnant.

La bobine émettrice 30 est reliée à ce convertisseur 39 par le flexible immergeable 31 d contenant par exemple deux câbles en fils de Litz.

Le convertisseur tension /fréquence désigné par la référence 34, intégré dans l’enveloppe réceptrice, transforme la tension alternative et la fréquence reçues par la bobine 32 et alimente en tension continue des moyens de stockage d’énergie électrique 40 du drone.

La bobine réceptrice 32 est connectée au convertisseur intégré 34, qui est mis en liaison avec le reste du drone et notamment les moyens de stockage d’énergie électrique 40 de celui-ci pour les alimenter.

Cette liaison vers le reste des circuits est constituée d’un câble d’alimentation immergeable comprenant par exemple deux conducteurs de puissance et deux conducteurs de communication.

Les deux convertisseurs tension /fréquence 34 et 39 sont associés à des moyens de contrôle et de communication, désignés par la référence générale 41, permettant par exemple de piloter leur fonctionnement et de recueillir des informations à partir de l’engin sous-marin 2.

On conçoit alors qu’une telle structure présente un certain nombre d’avantages par rapport aux structures de l’état de la technique.

En effet, le système immergé selon l’invention permet de stocker un engin sousmarin, entre deux missions, dans un bain de fluide de préservation en le protégeant de tout contact avec l’eau de mer et donc des effets de corrosion.

Le système selon l’invention permet également de fournir une enceinte de protection de l’engin vis-à-vis des agressions extérieures naturelles ou non naturelles telles que par exemple des chutes d’objets légers.

Des opérations élémentaires par exemple de maintien en condition opérationnelle d’un drone peuvent également être mises en oeuvre telles que par exemple l’échange d’informations ou la recharge des moyens de stockage d’énergie électrique de l’engin sous-marin 2.

Cet engin peut alors être conservé pendant une durée plus ou moins longue en toute sécurité dans la cloche jusqu’à sa prochaine mission.

Pour lancer cette nouvelle mission, il suffit alors de déclencher la vidange de la cloche 4, d’ouvrir la porte 5 de celle-ci et de relâcher l’engin sous-marin 2, afin qu’il puisse mener à bien une nouvelle mission jusqu’à son retour dans la cloche de protection.

Bien entendu d’autres modes de réalisation peuvent encore être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS

1. -Système de transmission d’énergie électrique sans contact par induction électromagnétique pour l’alimentation d’un engin sous-marin de type drone (2) et le rechargement de moyens (40) de stockage d’énergie électrique de celui-ci lorsqu’il est reçu dans des moyens (6) d’accueil de cet engin, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une bobine émettrice inductrice (30) associée aux moyens d’accueil de l’engin et une bobine réceptrice (32) correspondante associée à l’engin, placée en regard de la bobine émettrice lorsque l’engin est reçu dans les moyens d’accueil et les bobines étant associées à des structures de support composites.
2. -Système de transmission d’énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine émettrice inductrice (30) est raccordée à la sortie d’un convertisseur tension /fréquence (39) relié à une source d’alimentation en énergie électrique (38).
3. - Système de transmission d’énergie électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine réceptrice (32) est raccordée à un convertisseur fréquence/tension (34) d’alimentation du reste de l’engin et notamment des moyens de stockage d’énergie électrique (40) de celui-ci.
4. - Système de transmission d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque bobine émettrice ou réceptrice (30, 32) est en fils de Litz.
5. - Système de transmission d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque bobine émettrice ou réceptrice est associée à une structure de support composite comportant au moins une plaque de ferrite (31a, 33a) interposée entre une plaque isolante (31b, 33b) et une plaque en aluminium (31c, 33c), la bobine étant associée à la plaque isolante.
6. - Système de transmission d’énergie électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine émettrice ou réceptrice est logée dans une enveloppe en résine (31, 33).
7, - Système de transmission d’énergie électrique selon les revendications 3 et 4 ou 5, caractérisé en ce que l’enveloppe (33) de réception de la bobine réceptrice (32) englobe également le convertisseur fréquence/tension (34).
8, - Système de transmission d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines émettrice et réceptrice sont raccordées au reste des circuits des moyens d’accueil et de l’engin par des moyens formant flexible/câble immergeables (31d, 33d).

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