CA1316833C

CA1316833C - Moteur

Info

Publication number: CA1316833C
Application number: CA000611843A
Authority: CA
Inventors: Angel Moreno
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1993-04-27
Anticipated expiration: 2010-04-27
Also published as: US5118255A; JPH03185273A; JP2796185B2; AU6331790A; WO1991004412A1

Abstract

Un moteur entraîné par un fluide en écoulement, comprenant un rotor auquel est monté une pale à surface variant selon la position de la pale par rapport à la direction d'écoulement du fluide. Pour obtenir une poussée sur la pale lorsque le fluide se déplace quasiparallèlement à l'axe longitudinal de la pale, on prévoit au moins un panneau orienté généralement transversalement à l'axe longitudinal de la pale.

Description

La pr~sente invention se rapporte à un moteur entra~né par l'énergie cin~tique d'un fluide tel l'air ou l'eau. L'inven~ion trouve des applications dans la construction d'éoliennes, de turbines hydrauliques ou autres dispositifs ~emblables.

La conversion efficace de l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique ou électrique présente des problèmes techniques sérieux qui à ce jour n'ont toujours pas été
résolus. Plusieurs types de génératrices électrlques ~oliennes ont été propos~s par le passé, cependant, à
cause de leur faible efficaclté, elles ne peuvent en aucun cas remplacer les dlsposltifs classiques de production de masse d'énergie ~lectrique tel les centrales hydro-électriques, thermiques ou nucléaires.

Le but de la présente lnvention est un moteurentrainé par l'énergie cinétlque d'un flulde tel l'alr ou l'eau, dont l'efficacité est supérieure aux dispositlfs connus.

Le moteur selon l'invention comporte, de façon générale, un rotor auquel est fixé au moins une pale concue de façon à présenter une surface variable selon la position de la pale par rapport à la direction du flulde moteur. Plus particulièrement, la pale comporte deux 1 31 6~37) panneaux principaux mobiles pouvant être amenés dans une premi~re position dite "fermée" dans laquelle ces derniers sont plac~s l'un contre l'autre dans un plan généralement parallèle ~ la direction d'~coulement du fluide, et dans une position dite "ouverte" dans laquelle les panneaux sont orient~s généralement transversalement à la direction d'écoulement du fluide.

Ce système fait en sorte que la pale, en position ouverte lorsqu'elle se déplace dans la direction d'écoulement du fluide, offre une bonne prise à celui-ci pour accélérer le moteur tandis que la pale offre une faible prise au d~placement en sens contraire, réduisant l'effet d'a~rofrein qui contribue à ralentir le moteur.

En outre, la pale comporte au moins un panneau secondaire monte à angle par rapport à l'axe longitudlnal de celle-ci dans le but d'offrlr une prise à la masse de fluide en mouvement lorsque sa direction est quasi parallèle à l'axe longitudinal de la pale. Dans une réalisation préférentielle, deux panneaux secondaires sont prévus montes de part et d'autre de l'ensemble formé par les panneaux principaux, le fluide moteur exerc~ant une poussée sur la pale lorsque la direction d'écoulement est sensiblement parallèle a l'axe longitudinal de la pale, et ce peu importe le sens de l'écoulement.

1 31 6~33 Dans une r~alisation pr~f~rentielle de l'inventlon, le moteur est muni d'un certain nombre de systèmes auxiliaires qui permettent d'obtenir des caract~ristiques d'op~ration int~ressantes. Notamment, on prevoit un dispositif de freinage du type a frottement pour soit immobiliser le rotor ou réduire sa vitesse, un syst~me de synchronisation des mouvements d'ouverture et de fermeture des panneaux principaux de la pale, ainsi que l'utilisation de volets de declenchement commandant l'ouverture des panneaux principaux de la pale. Chaque volet de déclenchement est monté au bord de fuite du panneau principal respectif à un angle obtus. En outre, on utilise un ou plusieurs organes d'amortissement limitant les chocs causés par des mouvements vlolents d'ouverture ou de fermeture des panneaux, ainsi que l'utilisation de contre-poids sur ceux-ci pour en faciliter la manoeuvre.

Une autre caractéristique préférentielle consiste à
utiliser des but~es ajustables sur les pales pour régler le degr~ d'ouverture des panneaux principaux. Bn limitant l'ouverture des panneaux principaux, on ajuste à la baisse la vitesse du moteur. Le contrôle des butées s'effectue par un syst~me hydraulique.

1316~3) De pr~f~rence, on pr~voit aussi un autre dispositlf de contr~le de vitesse ~ous forme d'une série de masses articulées au rotor pour en augmenter l'inertie et, de ce fait, empêcher les variations brusques de vitesse.

Une r~alisation préférentielle de l'invention sera maintenant d~crite en référence aux dessins annexes dans lesquels~

- la Figure 1 est une vue en plan du moteur selon l'invention;

- la Figure 2 est une coupe verticale du moteur illustré a la Figure 1, certalns éléments étant omis pour clarifier l'illustration;

- la Figure 3 est une vue schématique d'une partie de la pale utilisée dans le moteur illustré aux Figures 1 et

2;

- la Figure 4 est une vue en coupe selon les lignes 4-4 dans la Figure 3;

- la Figure S est une vue schématique d'une partie de la pale selon une variante;

- la Figure 6 es~ une vue en coupe selon les lignes 5-5 dans la Figure 5;

- la Figure 6a est une vue schématique de la pale de la Flgure 6, illustrant une butée ajustable pour régler l'angle d'ouverture maximum de la pale;

- la Eigure 7 est une vue en plan d'une composante de la pale illustrée à la Figure 3;

- la Figure 8 est une vue en élévation de la composante illustrée à la Figure 7;

- la Figure 9 est une vue schématique de la transmission utlllsée pour entrainer un compresseur pneumatique, lllustré dans le moteur illustré à la Flgure 1 ;

- la Figure 10 est une vue partlelle du moteur lllustrant des masses d'lnertle;

- la Figure 11 est une vue de coté agrandle illustrant en détail la structure de chaque masse d'lnertle; et 1 31 6~33 - la Figure 12 est une vue de haut d'une masse d'inertie.

Se r~f~rant aux Figures 1 et 2, le moteur identifié
par la r~férence numérique 10 comporte un rotor principal 12 dont l'extrémité inférieure est retenue dans un socle 14 au moyen d'un palier 16 permettant la libre rotation du rotor. L'extrémité supérieure du rotor 12 est maintenue en position par un syst~me de support 18 constitué d'un ensemble de poutres 20 et de bras radiaux respectifs 22 portant un palier 24 dans lequel le rotor tourne.

Un volant principal 26, de forme généralement circulaire, est fixé à mi-chemin entre les deux extrémités du rotor 12. Le volant 26 sert de support à six pales 28 servant à entrainer le moteur. La structure des pales 28 sera décrite en détall un peu plus loin.

Pour permettre au rotor 12 de ralentir sa vite~se de rotation ou lorsque l'on désire l'immobiliser complètement, on prévolt un disposltif de freinage 30 monté près du socle 14. Le frein 30 comporte un disque 32 fixé solidement au rotor ainsi qu'un jeu de sabots 34 pouvant être déplac~s dans une direction radiale par des 131683'j cylindres hydrauliques 36. Ces derniers ~ont montés sur des structures de support respectives 38 appropriées.

Faisant maintenant réf~rence aux Figures 3 et 4, chaque pale 28 comporte une tige principale 40 à sec~ion généralement circulaire a laquelle sont montés les divers organes permettant l'opération de la pale. Plus spécifiquement, la pale est pourvue a une de ses extrémit~s d'un bord d'attaque 42 conique en section, assurant une pénétration en douceur de la pale dans le fluide moteur, soit de l'air ou de l'eau. Le bord d'attaque 42 est une structure creuse dans le but de limiter le poids de l'ensemble.

Deux panneaux principaux 44 sont montés a la tige centrale 14 au moyen de pivots 46. Chaque panneau principal 44 pré~sente une surface légèrement concave 48 rigidifiée par une membrure perforée 50 qui constitue un ~upport pour un contre-polds 52 calculé de façon à
équilibrer le panneau 44 par rapport aux pivots 46.

Les mouvements des panneaux principaux 44 sont synchronisés par un organe 54 comportant un patin 56 apte à glisser librement sur la tige 40, et à partir duquel partent des bras de commande 58 reliés aux panneaux principaux 44 respectifs. La structure de chaque bras de commande 58 est illustr~e en d~tail aux Figures 7 et 8, le bras ayant une forme en Y percé en son extr~mité
inf~rieure en 60 pour recevoir un pivot 62 effectuant le lien avec le patin 56. Une articulation similaire est prévue ~ l'extrémit~ supérieure du bras 58 pour effectuer la liaison avec le panneau principal 44 respectif.

La course du patin 56 sur la tige 40 est limitée entre deux organes d'amortissement 64 et 66, chacun ~tant constltué par un ressort hélicoidal entourant la tige 40.
Ces ressorts hélicoïdaux permettent de limiter les chocs lorsque le patin 56 cogne en fin de butée au cours des mouvements d'ouverture et de fermeture des panneaux principaux 44.
Une variante de la pale est illustrée aux Figures 5, 6 et 6a. Plus spécifiquement, la pale 28' comporte deux cylindres hydrauliques 500 qui déplacent une butée 502 sur la tige 40 pour ajuster l'angle maximum d'ouverture entre les panneaux principaux 44. Plus on approche la butée 502 de l'amortisseur 66 (non-illustré aux Figures 6 et 6a) plus on réduit l'angle maximum d'ouverture, diminuant d'autant la prise de la pale au fluide moteur. Ce dispositif permet de controler à la baisse la vitesse du moteur.

1 31 683 ~

La commande de l'ouverture de chaque panneau principal 44 est effectuée par un volet de déclenchement 72 mont~ au bord de fuite du panneau 44 par un pivot 74.
Un ressort 76 oriente le volet de déclenchement 72 a un angle obtu par rapport au panneau principal 44 respectif.
Cependant, le vole~ de déclenchement 72 peut etre ramené
dans le plan du panneau principal 44 contre la force de rappel exercée par le ressort 76, tel qu'illustré dans la Figure 6.

Des panneaux lat~raux articulés 76 sont mont~s de part et d'autre de la structure formée par les panneaux principaux 44 faisant en sorte que le fluide moteur exerce une poussée sur la pale lorsque sa direction d'écoulement est quasi parallèle à l'axe longitudinal de celle-ci. Tel qu'illustré aux Figures 3 et 5, chaque panneau latéral 76 est constitué par un ensemble de plaques 78 articulées les unes aux autres ainsi qu'aux panneaux principaux 44 par des charnières 80.

Lorsque la pale est en position ouverte, tel qu'illustré à la Figure 4, les panneaux 76 sont déployes et présentent une surface relatlvement plane orientée a un angle par rapport à l'axe longitudinal de la pale 28, approchant 90~. Une masse de fluide se déplaçant dans la direction identifiée par la flèche 82 dans la Figure 3 Ya 131683:') créer une zone de turbulence derri~re le panneau lat~xal 76, et cette zone de turbulence va exercer une pouss~e sur la pale.

Les panneaux lateraux 76 sont orientés dans les directions convergentes, tel qu'illustré à la Figure 1, pour prendre avantage de chaque sens de déplacement du fluide moteur lorsque celui-ci s'écoule quasi parallèlement à l'axe longitudinal de la pale. Plus particullèrement, lorsque la masse d'air se dirige dans une direction identifiée par la flèche 84, le panneau latéral externe 76 offrira une prise faisant tourner le rotor dans le sens giratoire prédéterminé. Tandis que si le fluide se déplace dan~ une direction contraire, tel qu'illustré par la flèche 86, le volet interne 76 permettra la poussée.

Les cylindres hydrauliques 500 sont alimentés en fluide pressurisé par une pompe 92 entra~née par un moteur électrique 94. Les conduites hydrauliques entre ces composantes sont identifiées en traits pointillées à la Figure 1.

L'alimentation en fluide pressurisé peut aussi être assurée par un système mécanique 95 du type illustré
schématiquement à la Figure 9. Ce système comporte une 1 31 6~33 pompe 96 montée ~ l'intérieur du volant principal 26, entra~n~e par une roue 98 et une courroie d'entrainement 100. La roue 98 est montée au volant principal 26 par une structure mob~le 102 pourvue de bras convergents 104 et 106 rejoignant un pivot 108 relié au volant principal 26.
L'autre extrémité des bras 104 et 106 est reliée respectivement par des pivots à l'axe de la roue 98 ainsi qu'à la tige extensible d'un cylindre hydraulique 110. Un tendeur 112 comprenant un galet 11~ mont~ à l'extrémité
d'un ressort 116 est placé sur le bras 110. Le but du tendeur 112 est de maintenir une certaine tension dans la courroie 110 lors du mouvement vertical de la roue 98 produit par le cylindre hydraulique 110.

La pompe 96 est reliée par des conduites (non-illustrées) aux cylindres 500 des pales 28'.

Le fluide pressurisé n~cessaire au fonctionnement des cylindres hydrauliques de freinage 3g et 36, est produit par une pompe 118 à structure identique au système 95, excepté que le système 118 est fixe sur la table 37 au-dessus du frein 30.

Une autre variante du moteur 10 est illustrée aux Figures 10, 11 et 12. Sur le volant 26 sont articulées une série de masses 600 qui servent à augmenter l'inertie 131683-~

du rotor 12, de ce fait, permettant de stabiliser sa vitesse. Plus par~iculièrement, chaque masse 600 comporte un poids 602 monté pivotant au volant 26 par un bras 604.
Chaque poids 602 est sous forme allongée avec les bords arrondis pour faciliter sa pénétration dans l'air loræ de la rotation du rotor 12. Chaque bras 604 est relié au volant 26 par un amortisseur 606 con~cu pour offrir peu de résistance lors de la montée du ~ras et une résistance supérieure à la tombée, limitant les chocs de la masse 602 contre le volant 26 en cas d'arrêt brusque du rotor 12.

L'opération du moteur 10 est la suivante. Pour la mise en marche du moteur 10, on desserre le système de freinage 30 et on rétracte la butée 502 pour obtenir l'angle d'ouverture maximum des panneaux princlpaux 44.
Le fluide pressurisé pour effectuer cette opération est produit par la pompe 92 entrainée par le moteur électrique 94.

Le fluide moteur, soit de l'alr ou de l'eau par exemple, va exercer une poussée sur les pales pour entrainer le rotor 12 dans le sens giratoire prévu. Plus particulièrement, la pression du fluide créée derrière les volets de déclenchement 72 aura pour effet de commandex l'ouverture des panneaux principaux 44 tel qu'illustr~ à
la Figure 4. Dans cette position, la pale 28 a une bonne t 3 1 683 ) prise permettant de transmettre un couple assez considérable au volant 26. Pass~ une certaine position angulaire à partir de laquelle la pale entame un mouvement contre la direction d'~coulement du fluide moteur, la pression de fermeture de celui-ci exercée sur les panneaux principaux 44 aura pour effet de les ramener l'un contre l'autre, dans la position illustr~e à la Figure 6. Dans cette position, les volets de déclenchement sont abaissés par la pression du fluide dans le plan des panneaux princlpaux 44 respectifs (tel qu'illustré en llgnes polntillées) de sorte que la pale présente une falble surface diminuant considérablement l'effet d'aérofrein qul a tendance à ralentir le mouvement du rotor 12.

Lorsque le moteur 10 a atteint une vitesse de rotation pr~déterminée, l'on peut allonger la butée 502 pour limiter l'angle d'ouverture des panneaux principaux 44 et, de ce fait, réduire la vitesse du moteur.

~orsque le moteur est en opération, le système pompe 95 sert à fournir le fluide pressurisé nécessaire à
l'opération des cylindres hydrauliques 500. Dans le mode actif, le bras du cyllndre hydraullque 110 est allongé
malntenant la roue 98 en contact avec la surface 39 de la table 37 recouvrant le système de freinage 30. La rotation de la roue 98 entra~ne le compresseur 96 par le 1 31 6~3-) biais de la courroie 100. Lorsque on désire désactiver le systeme g5, une commande du type conventionnel (non-illustr~e) retracte le bras du cyllndre 110 ce qui a pour effet de soulever la roue ~8 de la table 37.

Le moteur 10 peut être utilis~ pour entrainer diverses charges notamment une génératrice ~lectrique, une pompe ou tout autre dispositif similaire. Dans la Figure 2, on illustre de façon schématique une transmission qui pourrait être utilisée pour entrainer une génératrice électrlque. On prévoit un ~ystame d'engrenage 200 entrainé par le rotor 12 et couplé à une génératrice 300 par un embrayage 202 ainsi qu'un réducteur 204. La génératrice 300 fournit du courant au réseau de distribution d'énergie (non-illustré~ par le biais d'un ensemble de batteries 400 qui permettent d'assurer l'alimentation du moteur électrlque 94 au démarrage du moteur 10.

Le moteur peut être entrainé par divers types de fluide notamment le vent et, à cet effet, 11 sera installé
de préférence en hauteur pour tirer profit des mouvements quasi-constants de la masse d'air. Bien entendu, on peut aussi envisager d'utiliser une masse d'eau pour entra~ner le moteur tel une rivière, par exemple. Dans ce dernler cas, l'installation variera selon l'application.

Claims

1. Un moteur destiné à être entraîné par un fluide en écoulement comprenant:
- un rotor;
- une structure de support reliée audit rotor et faisant saillie de ce dernier;
- une paire de panneaux principaux ayant des bords longitudinaux adjacents montés pivotant à ladite structure de support pour se mouvoir entre une position fermée et une position ouverte;
- lesdits panneaux principaux étant montés généralement à l'opposé l'un de l'autre de manière à ce que lesdits panneaux principaux s'étendent selon des directions respectives divergentes lorsqu'en position ouverte et sont généralement face à face lorsqu'en position fermée;
- lesdits panneaux principaux lorsqu'en position ouverte génèrent une poussée à partir dudit fluide en écoulement pour entraîner ledit rotor;
- un panneau latéral monté à deux extrémités desdits panneaux principaux, chaque panneau latéral étant disposé à
un certain angle relativement à l'axe longitudinal desdits panneaux principaux; et - lesdits panneaux principaux générant une poussée à
partir d'un fluide s'écoulant dans une direction généralement parallèle à l'axe longitudinal desdits panneaux principaux.

2. Un moteur tel que défini dans la revendication 1, caractérisé en ce que:
- lesdits panneaux latéraux convergent l'un vers l'autre dans la direction de rotation dudit rotor.

3. Un moteur tel que défini dans la revendication 2, caractérisé en ce que:
- chaque panneau latéral est une structure pliante montée auxdits panneaux principaux de manière à ce que chaque panneau latéral s'ouvre lorsque lesdits panneaux principaux sont dans ladite position ouverte et se ferme lorsque lesdits panneaux principaux sont dans ladite position fermée.

4. Un moteur tel que défini dans la revendication 1, comprenant en outre:
- des moyens pour synchroniser lesdits panneaux pour se mouvoir simultanément lorsqu'ils se déplacent entre ladite position ouverte et ladite position fermée.

5. Un moteur tel que défini dans la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure de support comporte:
a) un membre relié audit rotor et faisant saillie de ce dernier;
b) une tige allongée reliée transversalement audit membre;
c) un patin monté coulissant à ladite tige; et d) un bras monté pivotant à chacun desdits panneaux et audit patin de manière à ce que le mouvement des panneaux entre ladite position ouverte et ladite position fermée est synchronisé.

6. Un moteur tel que défini dans la revendication 5, comprenant en outre:
- des moyens reliés à ladite tige pour absorber des chocs à partir dudit patin lorsque lesdits panneaux bougent entre ladite position ouverte et ladite position fermée.

7. Un moteur tel que défini. dans la revendication 5, comprenant en outre:
- une butée montée coulissante sur ladite tige pour ajuster la course dudit patin de manière à contrôler l'angle défini entre lesdits panneaux principaux dans ladite position ouverte.

8. Un moteur tel que défini dans la revendication 7, comprenant en outre:
- un cylindre hydraulique pour faire coulisser ladite butée sur ladite tige.

9. Un moteur destiné à être entraîné par un fluide en écoulement comprenant:

- un rotor;

- une structure de support reliée audit rotor et faisant saillie de ce dernier;
- une paire de panneaux principaux ayant des bords longitudinaux adjacents montés pivotant à ladite structure de support pour se mouvoir entre une position fermée et une position ouverte;
- lesdits panneaux principaux étant montés généralement à l'opposé l'un de l'autre de manière à ce que lesdits panneaux principaux s'étendent selon des directions respectives divergentes lorsqu'en position ouverte et sont généralement face à face lorsqu'en position fermée;
- lesdits panneaux principaux ayant des bords arrières;
- des volets de déclenchement montés auxdits bords arrière des panneaux respectifs pour commander le mouvement desdits panneaux principaux vers ladite position ouverte;
- des panneaux latéraux montés à ladite structure de support et étant disposés à un certain angle relativement à
l'axe longitudinal desdits panneaux principaux; et - lesdits panneaux latéraux produisant une poussée à
partir de fluide s'écoulant dans une direction généralement parallèle à l'axe longitudinal desdits panneaux principaux.

10. Un moteur tel que défini dans la revendication 9, caractérisé en ce que:
- lesdits volets de déclenchement étant montés pivotants aux panneaux principaux respectifs.

11. Un moteur tel que défini dans la revendication 10, comprenant en outre:
- des moyens élastiques pour pousser lesdits volets de déclenchement vers une position dans laquelle lesdits volets de déclenchement forment un angle obtus par rapport auxdits panneaux principaux.

12. Un moteur destiné à être entraîné par un fluide en écoulement comprenant:
- un rotor;
- une structure de support reliée audit rotor et faisant saillie de ce dernier;
- une paire de panneaux principaux ayant des bords longitudinaux adjacents montés pivotant à ladite structure de support pour se mouvoir entre une position fermée et une position ouverte;
- lesdits panneaux principaux étant montés généralement à l'opposé l'un de l'autre de manière à ce que lesdits panneaux principaux s'étendent selon les directions respectives divergentes lorsqu'en position ouverte et sont généralement face à face lorsqu'en position fermée;
- des panneaux latéraux montés à ladite structure de support et étant disposés à un certain angle par rapport à
l'axe longitudinal desdits panneaux principaux;

- lesdits panneaux principaux produisant une poussée à
partir de fluide s'écoulant dans une direction généralement parallèle à l'axe longitudinal desdits panneaux principaux;
et - des moyens pour contrôler l'angle défini entre lesdits panneaux principaux dans ladite position ouverte.

13. Un moteur destiné à être entraîné par un fluide en écoulement comprenant:
- un rotor;
- une structure de support reliée audit rotor et faisant saillie de ce dernier;
- une paire de panneaux principaux ayant des bords longitudinaux adjacents montés pivotant à ladite structure de support pour se mouvoir entre une position fermée et une position ouverte;
- lesdits panneaux principaux étant montés généralement à l'opposé l'un de l'autre de manière à ce que lesdits panneaux principaux s'étendent selon les directions respectives divergentes lorsqu'en position ouverte et sont généralement face à face lorsqu'en position fermée;
- des panneaux latéraux montés à ladite structure de support et étant disposés à un certain angle par rapport à
l'axe longitudinal desdits panneaux principaux;

- lesdits panneaux principaux produisant une poussée à
partir de fluide s'écoulant dans une direction généralement parallèle à l'axe longitudinal desdits panneaux principaux;
et - des poids montes auxdits rotors pour augmenter son inertie.