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WO2017125210A1 - Dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier - Google Patents

Dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier Download PDF

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WO2017125210A1
WO2017125210A1 PCT/EP2016/080831 EP2016080831W WO2017125210A1 WO 2017125210 A1 WO2017125210 A1 WO 2017125210A1 EP 2016080831 W EP2016080831 W EP 2016080831W WO 2017125210 A1 WO2017125210 A1 WO 2017125210A1
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WO
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propeller
electric machine
propulsion
housing
electric
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PCT/EP2016/080831
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English (en)
Inventor
Yannick WILEVEAU
Bruno Flaconneche
Jean Tricard
Jose Brandely
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NAVIWATT
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • Propulsion and power generation device for a sailboat Propulsion and power generation device for a sailboat.
  • the present invention relates to a device for propulsion and energy generation for pleasure boating. It relates more particularly to a sailboat generally equipped with a heat engine for propelling it forward or backward.
  • the heat engine rotates a propeller connected to the engine, via a transmission system, and the direction of movement of the boat depends on the direction of rotation of the propeller.
  • the propeller can be used, as with a heat engine, to propel the boat in forward or reverse but it can also be used to produce electrical energy.
  • This electrical energy can thus be stored in one or more electric accumulators, such as batteries, and / or be used by the electrical equipment of the boat.
  • the present invention relates to a device for propulsion and electrical power generation of a sailboat which is simple in design, inexpensive to manufacture and which is of minimal size in the engine compartment of this sailboat.
  • the rotor of the electric machine can be connected to the propeller shaft and the propeller.
  • the reinforcement can be used as a wire guide for bidirectional electrical conductors.
  • the reinforcement may include a recessed portion for guiding bidirectional electrical conductors between the electric machine and the sailboat.
  • FIG. 1 which schematically shows a device for propulsion and energy generation according to the invention
  • FIG. 3 is an overall perspective view of a variant of the propulsion and power generation device of Figure 1 incorporating a profiled mechanical reinforcement.
  • the device for propelling and generating energy, in particular electrical energy, of a sailboat comprises a heat engine 10, in particular an internal combustion engine, a device for transmitting motion. between this engine and a propeller 14.
  • This propeller further comprises a hub 18 which allows it to be fixedly connected to the transmission device 12.
  • this transmission device comprises an envelope 26 comprising a housing 28 and a fixed housing 30 with the housing.
  • the casing and the housing are in one piece forming the casing 26.
  • the casing comprises bearings 32 receiving a substantially vertical rotary shaft 34, called drive shaft, with one end which is connected to the heat engine.
  • the other end of this vertical shaft is connected through a pinion gear 36 to a horizontal shaft 40 placed on bearings 42 housed in the housing which is connected to the housing at an angle, here substantially straight.
  • the other end 44 of this horizontal shaft called the free end, freely passes through a closure flange 46 of the housing opening out beyond this flange.
  • the horizontal shaft is called the propeller shaft in the following description considering that, for conventional propulsion devices, the hub of the propeller is attached and fixed on this free end.
  • the stator advantageously comprises a stack of flat ferromagnetic sheets and magnetic flux generators, here armature windings 62, preferably liquid-tight, which are housed in the stack of sheets opposite the permanent magnets.
  • the windings are connected by bidirectional electrical conductors
  • this engine / hydrogenerator is sized so that, in propulsion mode, the boat can sail at least 30 minutes in electric propulsion only.
  • control circuit 66 pre-controls the electric motor in propulsion mode for a predetermined duration so that the propeller rotates in the reverse direction so as to orient the blades in the deployed position corresponding to that of the reverse gear.
  • the electric machine is used as an electric hydrogenator for particularly powered batteries 68.
  • the drive shaft 34 and the propeller shaft 40 as well as the housing and the housing are in the extension of one another having a general direction substantially horizontal or inclined.
  • the coupling of the shaft 34 and the propeller shaft 40 forms a unitary assembly that can be driven by the electric motor when the latter is powered.
  • the driving of the propeller shaft is only possible when the gearbox of the engine is set to "Neutral" to not block the system.
  • the variant of FIG. 3 consists in placing a reinforcement 72 on the propulsion and energy generating device in order to limit the bending of the assembly formed by the housing 30 carrying the propeller shaft 40, the electric machine 52 and the propeller 14.
  • this reinforcement comprises a profiled stand 74 connected, on the one hand, to the electric machine, and more particularly to its stator, and, on the other hand, to a fixed part of the sailboat, such as the hull 76.
  • the stand comprises a recessed portion 78 inside which are housed the electrical conductors 64 thus allowing them to be guided between the electric machine and the sailboat.

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier comportant un moteur thermique (10), une hélice (14) reliée au moteur 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. Selon l'invention, la machine électrique (52) est logée entre l'hélice (14) et l'arbre d'hélice (40) du dispositif de transmission de mouvement.

Description

Dispositif de propulsion et de génération d'énergie pour un voilier.
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, accroît le poids de l'ensemble et augmente le potentiel de dysfonctionnement de par la multiplicité des systèmes de transmission de mouvement.
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.
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.
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 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.
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 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 électrique et le voilier. Le renfort peut comprendre une béquille reliant la machine électrique à la coque du voilier.
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 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 :
- 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 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 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 1 6 aptes à pivoter entre une position déployée et une position neutre, dite position en drapeau. Plus particulièrement, les pales sont 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.
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 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'entraînement, avec une extrémité qui est reliée au moteur thermique. L'autre extrémité de cet arbre vertical est 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.
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.
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.
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 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. 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. 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 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 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 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.
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, 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. 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.
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 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 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 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.
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.
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 boite de vitesse du moteur thermique est placée au "Neutre" pour ne pas bloquer le système. 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.
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 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.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) 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). 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.
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