La présente invention concerne d’une façon générale les rotors à pales orientables pour différentes applications fluidiques.

Etat de la technique

On connaît notamment par les documents W02014006603A1, WO201 6067251 A1 et WO2017168359A1 des rotors à pales orientables, typiquement avec un mouvement de pales de type trochoïdal.

Ces rotors comprennent un ensemble de transmissions entre un axe principal du rotor et des éléments satellites reliés aux pales respectives par une transmission à excentrique, de manière que la rotation du rotor s’accompagne d’un mouvement oscillant des pales de manière soit à générer de l’énergie à partir d’un fluide en mouvement, soit de propulser un fluide. On comprend que le poids et l’encombrement du rotor peuvent être déterminants pour les performances du rotor.

On connaît également parles documents US4383801Aet US5324164A des mécanismes qui permettent, grâce aux mouvements d’un élément de commande collectif excentré, de modifier le déplacement angulaire maximal lors de l’oscillation des pales.

Résumé de l’invention

La présente invention vise à obtenir un rotor dont le poids et/ou l’encombrement en particulier dans la dimension axiale puissent être réduits.

Un objet secondaire de l’invention est de pouvoir réaliser par des commandes concentriques la variation de l’amplitude maximale d’oscillation des pales ainsi que les changements d’orientation du rotor pour modifier l’orientation d’un flux généré ou s’adapter à un changement d’orientation d’un flux reçu.

On propose à cet effet un rotor fluidique, comprenant une structure tournante de rotor montée sur une embase et portant un ensemble de pales orientables capables d’osciller en relation avec la rotation de la structure tournante de rotor autour d’un axe de rotor, et un ensemble de dispositif de transmission entre un arbre central du rotor et chacune des pales, aptes à commander individuellement les oscillations desdites pales, chaque dispositif comprenant deux éléments pivotants d’axes de pivotement décalés, l’un portant une fente et l’autre portant un doigt dans lequel est engagée la fente, rotor caractérisé en en ce que les deux éléments pivotants de chaque dispositif de transmission sont des éléments intermédiaires d’une transmission individuelle constituée d’un ensemble d’éléments en prise les uns avec les autres entre ledit arbre central et les pales.

Des aspects avantageux mais optionnels de ce rotor sont les suivants :

^* lesdits éléments d’un dispositif de transmission sont des éléments dentés en prise directe les uns avec les autres.

^* les deux éléments pivotants d’axes de pivotement décalés comprennent un premier élément intermédiaire en prise avec un élément axial solidaire de l’arbre central, et un second élément intermédiaire en prise avec un élément solidaire en rotation d’une armature de la pale associée.

^* le doigt d’un dispositif de transmission est monté directement dans l’un des éléments intermédiaires.

^* la fente d’un dispositif de transmission est prévue dans un élément rapporté sur ^* la fente d’un dispositif de transmission est formée dans un second des éléments intermédiaires.

^* le rotor comprend un dispositif commun de réglage de l’amplitude maximale d’oscillation des pales, ce dispositif comprenant une platine apte à tourner autour de l’axe de rotor et portant des pivots des premiers ou deuxièmes éléments intermédiaires de chacune des transmissions, de façon à faire varier la distance entre les axes de pivotement des premiers et seconds éléments intermédiaires en direction circonférentielle.

^* le rotor comprend, concentriques autour de l’axe du rotor, un arbre intérieur constituant l’arbre central du rotor, déplaçable angulairement de façon à provoquer un changement d’inclinaison global correspondant des pales par l’intermédiaire des dispositifs de transmission, un arbre intermédiaire ajustable en rotation pour commander le déplacement angulaire de la platine du dispositif de réglage d’amplitude, et un arbre extérieur appartenant à la structure tournante du rotor.

^* l’arbre extérieur est solidaire d’un tambour creux abritant ladite platine et les dispositifs de transmission et sur une paroi duquel les pales sont montées pivotantes.

^* un arbre axial fixe et la structure tournante de rotor portent des éléments intérieur et extérieur d’une machine tournante rotative, l’élément porté par la structure tournante étant apte à générer de l’énergie au sein de ladite structure tournante sous l’effet de sa rotation relativement à l’élément porté par l’arbre central.

^* la machine tournante rotative appartient à un groupe comprenant les moteurs électriques, les générateurs électriques et les pompes fluidiques. Brève description des dessins

D’autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d’une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif et faire en référence aux dessins annexés. Sur les dessins :

- la Fig. 1 est une vue en perspective d’ensemble, en vue plongeante, d’un rotor selon l’invention,

- la Fig 2 est une vue en coupe axiale du rotor, illustrant la cinématique d’une pale en particulier,

- la Fig. 3 est une vue en perspective contre-plongeante d’un sous- ensemble du rotor permettant un réglage de l’amplitude maximale d’oscillation des pales,

- la Fig. 4 est une vue en perspective plongeante d’une partie de la structure et des éléments de la cinématique du rotor,

- la Fig. 5 est une vue en perspective plongeante des seuls éléments intervenant dans la cinématique du rotor, - la Fig. 6 est une vue en plan illustrant les éléments de la cinématique dans deux positions différentes de réglage de l’amplitude maximale d’oscillation des pales, et

- la Fig. 7 est une vue analogue à la Fig. 2, montrant un perfectionnement permettant la génération d’énergie au sein de la partie tournante du rotor.

Description détaillée d’une forme de réalisation

En introduction, l’invention vise à permettre un gain en encombrement et/ou en poids d’un rotor à pales orientables basé sur une pluralité de transmissions excentriques associées respectivement à la pluralité de pales. Un objet secondaire de l’invention est de permettre une optimisation du réglage du pas des pales (amplitude maximale d’oscillation par rapport à leur orientation « neutre »).

Le rotor décrit ici reprend le principe du décalage angulaire des pales lors de la rotation d’un rotor, tel que décrit dans les documents WO201 4006603A1 , WO2016067251 A1 et WO2017168359A1 en utilisant par exemple un couplage doigt/fente sur éléments tournants excentrés tel que décrit dans WO2017168359A1, avec un agencement différent.

Plus précisément, on prévoit ce couplage en tant que couplage intermédiaire de la chaîne cinématique, ici un train de pignons, allant de l’arbre central du rotor à la pale respective.

Par ailleurs, la présente description est faite pour un propulseur d’engin marin, habité ou non, étant entendu que la présente invention vise toutes applications d’un rotor à pales orientables, notamment trochoïdal.

Dans le cas où un réglage de pas est implémenté, il s’effectue avantageusement grâce à un support mobile de type cassette pour les pivots des éléments à fente. La commande angulaire de la cassette par rapport au corps du rotor est réalisée via un axe de commande qui ressort dans la région du propulseur opposée aux pales. Selon un mode de réalisation cette cassette peut être contrôlée par l’intermédiaire de vérins éclectiques, hydrauliques, pneumatiques monter entre la cassette et le corps du rotor. L’inconvénient de ce mode de réalisation est la nécessité d’utiliser des joints tournant pour venir contrôler les différents vérins.

En référence aux dessins et en particulier tout d’abord à la Fig. 1 , un support fixe ou embase 1 , prévu pour être monté dans un puits dans le cas d’une application propulseur, supporte de façon rotative un arbre principal 2 du rotor, qui est solidaire en rotation d’un tambour 3. Une pluralité de pales sont montées sur le tambour en pouvant tourner autour d’un axe respectif. Ici seules les trois armatures 4a des pales, de section en l’espèce rectangulaire, sont illustrées, les pales étant enfilées de préférence de façon démontable sur ces armatures. Une seule des pales 4 est illustrée en tiretés. On a ici trois pales régulièrement espacées de 120 ° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe du rotor, mais ce nombre peut être quelconque.

Un arbre 5 de commande de pas d’inclinaison des pales (« pitch » en terminologie anglo-saxonne) tourne en même temps que l’arbre principal 2 et un mécanisme (non représenté) permet de faire modifier légèrement la position angulaire de cet arbre 5 par rapport à l’axe principal 2 en vue de régler le pas des pales.

Un arbre 6 de commande de direction permet d’orienter directement et sur 360° la direction du flux, la commande en rotation de l’arbre 6 induisant une rotation correspondante du comportement de chacune des pales. Lorsqu’aucun changement de direction n’est à effectuer, l’arbre 6 reste dans la même position. Le dispositif d’entraînement de l’arbre 6, situé au-dessus du rotor dans une application de propulsion à axe vertical, n’est pas représenté ici mais peut être réalisé par exemple avec une commande par câble, avec un train d’engrenages, avec une courroie, etc., entraîné par un actuateur piloté par automate ou par une commande manuelle. L’homme du métier saura choisir la solution qui convient par exemple en s’inspirant de la commande d’orientation des moteurs hors-bord.

(Dans le cas d’un rotor utilisé pour la récupération d’énergie, l’arbre 6 devient l’équivalent de l’axe du lacet et permet d’orienter les pales pour suivre la direction du fluide). En référence à la Fig. 2, on observe le support 1 portant l’arbre principal 2 du rotor qui entraîne dans sa rotation le tambour 3 dont il est solidaire.

La région inférieure de l’arbre de commande 6 est solidaire d’un pignon 7 de type approprié (droit, hélicoïdal, à chevrons, à rattrapage de jeu, etc.). Ce pignon 7 est en prise avec un autre pignon 8 qui tourne autour d’un axe de pivotement 9 monté sur une platine en forme de disque 10 liée en rotation à l’arbre 5 de commande de pas. L’arbres 5 et la platine 10 forment ensemble une cassette de commande de pas.

Le pignon 8 est solidaire d’un élément 11 , typiquement en forme de disque, dans lequel est formée une fente 11a rectiligne ou incurvée. Dans la fente 11a peut coulisser un doigt ou galet 12 qui est solidaire d’un autre pignon 13, en étant monté de façon excentrée sur ce dernier. Le pignon 13 pivote autour d’un axe de pivotement 14 solidaire de la partie inférieure du tambour 3. Le pignon 13 engrène avec un pignon 15 qui est solidaire en rotation avec l’armature 4a de la pale correspondante, cette armature comprenant une partie supérieure, au-dessous du pignon 15, qui constitue son pivot dans une pièce 16 formant palier traversant solidaire de la base 3a du tambour 3.

Les différents éléments tournants sont montés en utilisant tous paliers ou roulements appropriés, non décrits en détail mais représentés sur la Fig. 2 sous leur forme normalisée.

On précise ici que le rapport de transmission global, dicté par le nombre de dents des différents pignons en prise entre eux, est choisi égal à 1 pour la transmission reprenne sa position d’origine après une rotation du rotor de 360°.

Dans un mode de réalisation, les pignons 7, 8, 13 et 15 possèdent le même nombre de dents, et ce nombre est par ailleurs avantageusement un multiple du nombre de pales équipant le rotor, ce qui permet d’assurer une répartition angulaire des dispositifs de transmission correspondant exactement à répartition des pales autour de l’axe principal.

On comprend qu’en modifiant la position angulaire de l’arbre 5 de commande d’amplitude maximale par rapport à l’arbre principal 2 du rotor, on vient effectuer un désalignement entre les axes de rotation respectifs des pignons 8 et 13, définis par leurs pivots 9, 14, dans la direction circonférentielle.

Lorsque ces axes sont confondus, alors le pignon 8 entraîne le pignon 13, via la fente 11a et le doigt 12, pour qu’ils se déplacent uniformément ensemble.

Du fait que tous les pignons ont ici le même nombre de dents, on comprend que l’orientation absolue du pignon 15 reste constante lors de la rotation du rotor, et donc la pale correspondante conserve une orientation absolue constante, la conception étant telle que, dans cette situation, chacune des pales présente cette même orientation absolue constante.

Lorsque la cassette 10 est tournée en agissant sur l’arbre 5, alors les pivots 9 et 14 des pignons 8 et 13 se décalent l’un de l’autre dans la direction circonférentielle, ce qui crée un décalage angulaire périodique dans la cinématique des pignons 8 et 13 et, en conséquence, une oscillation de la pale 4 de part et d’autre de l’orientation constante précitée lors de la rotation du rotor.

Chaque pale est dotée du même mécanisme de transmission, et ces mécanismes sont configurés pour créer un mouvement des pales de type trochoïdal, la cinématique réelle étant déterminée par la forme des fentes 11a et par le degré d’excentrement entre les axes de pivotement des pignons 8 et 13. Ainsi, plus cet excentrement est important, plus l’amplitude d’oscillation des pales est importante.

Par ailleurs, lorsque l’on fait tourner l’arbre 6 de commande de direction, le pignon 7 tourne et entraîne de ce fait les différents mécanismes de transmission pour réorienter les pales 4 avec un écart angulaire correspondant exactement à l’écart angulaire appliqué à l’arbre 6.

On notera que l’ensemble fente/doigt créant l’oscillation peut comprendre un mécanisme de compensation de jeu, par exemple tel que décrit en référence aux Figs. 6A-6C de la demande de brevet français No. 20 03668, dont le contenu est incorporé à la présente description par référence. Comme on l’a déjà indiqué, la fente 11a peut être rectiligne ou incurvée de façon à faire varier à volonté, lors de la conception, la cinématique du mouvement alternatif de la pale par rapport à une évolution généralement sinusoïdale correspondant au cas où la fente est rectiligne.

La Fig. 3 montre plus en détail l’ensemble formant cassette d’ajustement de l’amplitude maximale d’oscillation des pales. On y voit l’arbre de commande 5 solidaire de la platine 10 portant les pivots des pignons 8 et des éléments 11 à fente 11a. On observe également sur cette figure que le pignon 7 de commande de direction est en prise avec chacun des pignons 8 solidaires en rotation des éléments 11 à fente. Les fentes sont ici débouchantes vers l’extérieur pour faciliter la fabrication et le montage, mais elles pourraient être fermées à leurs deux extrémités.

Sur la Fig. 4, on voit qu’une platine inférieure 3a du tambour 3 porte les pignons 15 solidaires en rotation des armatures 4a des pales, ainsi que les pignons 13 portants les doigts ou galets 12, montés dans des paliers borgnes 17 formés dans la base 3a du tambour.

La Fig. 5 illustre l’ensemble de la chaîne cinématique décrite pour chacune des trois pales, les différents éléments supports n’étant pas représentés.

Sur la gauche de la Fig. 6, la position de la cassette 10 est telle que les axes de rotation des pignons 8 et 13 sont alignés : en conséquence et comme expliqué, les pales 4 restent orientées parallèlement les unes aux autres avec une orientation absolue constante. L’amplitude d’oscillation est nulle.

Sur la droite de la Fig. 6, la position de la cassette 10 est telle que les axes de rotation des pignons 8, 13 sont décalés circonférentiellement ; en conséquence, la cinématique est telle que les pales oscillent en décrivant une loi de type trochoïdale au cours de la rotation du rotor. Plus la distance entre les axes de rotations des pignons 8, 13 est élevée, plus l’amplitude de cette oscillation augmente.

On obtient ainsi un mécanisme particulièrement fiable tout en étant compact notamment en direction axiale (avec seulement deux plans pour les trains de pignons) et radiale (avec le report de l’excentrement vers l’intérieur par rapport aux points de montage des pales) et d’un poids abaissé. En outre, le mécanisme d’ajustement de l’amplitude d’oscillation des pales (cassette 10) peut être d’un diamètre réduit.

L’invention décrite ci-dessus peut faire l’objet de nombreuses variantes et modifications :

- en premier lieu, on peut combiner le pignon 8 et le disque à fente 11 en une seule pièce, pour contribuer encore au gain dimensionnel en direction axiale et au poids,

- les paires de pignons 7, 8 et 13, 15 en prise directe peuvent être remplacées par des paires de galets reliés par des chaînes ou courroies crantées respectives, étant observé que l’inversion cinématique qui en résulte est dédoublée donc inopérante (seuls les éléments 8, 11 , 13 tournant dans le sens opposé par rapport à ce que l’on a décrit plus haut),

- la coopération fente 11 a/doigt 12 peut être inversée, le doigt 12 étant porté par le pignon 8 et le disque à fente 12 étant solidaire en rotation du pignon 13 (ou la fente étant intégrée à ce pignon).

La Fig. 7 illustre une autre invention, applicable à l’invention des Figs. 1 à 6 ainsi qu’à toute autre implémentation d’un rotor à pales orientables. Cette invention consiste à pouvoir générer de l’énergie (un courant électrique, ou encore un fluide hydraulique ou pneumatique sous pression) au sein de la structure même du rotor, ici à l’intérieur du tambour 3, et ceci sans avoir à utiliser des collecteurs ou autres joints tournants, et donc en évitant les problèmes d’éventuelles défaillances, d’usure et de besoin de maintenance.

A cet effet, le rotor comprend, au sein de l’arbre 5 de commande de direction, un arbre 18 qui est fixe par rapport à l’embase 1 .

Dans la région inférieure de cet arbre est fixé un élément tournant 19 destiné à former le rotor d’un générateur électrique, et constitué de préférence par des aimants. Le stator 20 de ce même générateur électrique constitué d’un ou de plusieurs bobinages et est fixé à la base 3a du tambour 3 de manière à être concentrique avec le rotor 19.

On comprend que lors de la rotation du rotor fluidique et donc de son tambour 3 par rapport à l’arbre fixe 18, le stator 20 du moteur électrique tourne autour de son rotor, ce qui génère au niveau du ou des bobinages un courant électrique. L’énergie électrique ainsi formée dans la partie tournante du rotor fluidique peut être le cas échéant stockée dans une ou plusieurs batteries et alimenter tout organe électrique installé dans ladite partie tournante, tel que capteur(s) ou actionneur(s).

Dans une forme de réalisation, il peut s’agir de N actionneurs rotatifs respectivement associés aux pales et destinés à provoquer leur variation d’inclinaison en fonction de la rotation du rotor fluidique, la transmission telle que décrite en référence aux Figs. 1 à 6 n’étant alors plus nécessaire. Les signaux de commande de ces actionneurs peuvent être véhiculés par exemple par transmission radio, avec des circuits d’émission/réception appropriés, ou encore par courants porteurs, le rotor 19 du moteur électrique étant dans ce cas constitué d’un ou plusieurs bobinages véhiculant lesdits signaux.

Selon une autre possibilité, l’énergie électrique disponible au sein du rotor peut être utilisée pour mouvoir la platine 10 du dispositif de réglage d’amplitude maximale d’oscillation, par exemple à l’aide d’un moteur électrique ou d’un ou plusieurs vérins.

Dans une autre forme de réalisation, l’ensemble rotor 19/stator 20 formant un générateur électrique peut être remplacé (ou complété) par une pompe hydraulique ou pneumatique, les consommateurs de l’énergie constituée du fluide sous pression étant alors adaptés en conséquence.

Par ailleurs, indépendamment des mécanismes de transmission décrits plus haut et de la génération d’énergie in situ telle que décrite ci-dessus, on vise selon un autre aspect encore une structure de rotor comprenant trois arbres coaxiaux, à savoir un arbre intérieur 6 déplaçable angulairement pour régler la direction de travail du rotor, un arbre intermédiaire 5 ajustable en rotation pour commander le déplacement angulaire de la platine du dispositif de réglage de l’amplitude d’oscillation, et un arbre extérieur par lequel le rotor tourne par rapport à l’embase fixe 1, et où avantageusement mais facultativement l’arbre extérieur est solidaire d’un tambour creux et de préférence étanche abritant ladite platine et les dispositifs de transmission et sur une paroi duquel les pales sont montées pivotantes. Ces trois arbres peuvent être agencés différemment quant à leur agencement intérieur/intermédiaire/extérieur.