EP3807526A1 - Turbine d'eolienne a axe de rotation vertical et pales dynamiques - Google Patents

Turbine d'eolienne a axe de rotation vertical et pales dynamiques

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EP3807526A1
EP3807526A1 EP19735219.8A EP19735219A EP3807526A1 EP 3807526 A1 EP3807526 A1 EP 3807526A1 EP 19735219 A EP19735219 A EP 19735219A EP 3807526 A1 EP3807526 A1 EP 3807526A1
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EP
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magnetic
wind turbine
pivoting
wind
rotation
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Withdrawn
Application number
EP19735219.8A
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German (de)
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Naim KRASNIQI
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP3807526A1 publication Critical patent/EP3807526A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine with vertical axis of rotation and dynamic blades, comprising a fixed mast defining said vertical axis of rotation, a rotor mounted to rotate freely on said mast, dynamic blades extending radially, coupled to said rotor.
  • each dynamic blade comprising a bearing structure delimiting at least one window, and at least one pivoting flap, mounted in said window along a horizontal pivot axis, said pivoting flap being coupled to a magnetic actuation mechanism contactless, arranged to move said pivoting flap in one direction then in the other direction at each half-turn of said wind turbine, between two extreme positions distant by an angle of 90 °, namely an active position in which said pivoting shutter closes said window and offers maximum wind resistance, and a passive position in which said pivoting shutter both opens the window and offers minimal or no resistance to the wind.
  • Wind turbines with vertical axis of rotation and dynamic blades offer an attractive alternative to wind turbines with horizontal axis of rotation. They are also used to transform the kinetic energy of the wind into mechanical energy, which is then transformed into electrical energy. They can in some cases be used in a horizontal position. Depending on their configuration, they can have many advantages, such as a small footprint which makes them particularly suitable for being integrated into buildings.
  • There are also different technologies for making the blades dynamic that is to say blades with variable geometry depending on their position. relative to the wind direction and to the axis of rotation of the turbine, in order to optimize the performance of such a turbine. Certain technologies use pivoting shutters, controlled by contact actuation mechanisms such as those described in publications US 2012/045333 A1 and KR 101 180 832 B1. Other technologies use contactless actuation mechanisms, and more precisely magnetic mechanisms, allowing frictionless, wear-free, energy-free and completely silent operation. Some examples are described below.
  • Publication CN 202673573 U describes a vertical axis wind turbine in which each blade is formed by an umbrella which opens under the effect of the wind and closes in the absence of wind thanks to return means.
  • a magnetic blade opening and closing control is added to control the opening and closing of the blades in the event of insufficient wind, in the form of a magnetic disc mounted on a chassis, having a positive polarity on one half of the disc and a negative polarity on the other half of the disc, and cooperating with a magnetic strip mounted on each blade.
  • Publication DE 202015100378 U1 describes a vertical axis wind turbine comprising several levels of radial blades, each blade consisting of pivoting flaps with horizontal axis mounted on a support arm, the pivoting of the flaps of each blade being controlled by a half magnetic ring mounted on a shaft and a magnetic disc linked to said support arm.
  • Publication CN 106150827 A also describes a vertical axis wind turbine, the radial blades of which are open frames, partially closed or extended outside by a pivoting flap mounted around an axis. vertical at the end of each blade.
  • the pivoting of the flaps is controlled by a magnetic annular ring in the shape of a cam mounted on the chassis and a permanent magnet disposed at the end of an articulated lever linked to each flap.
  • the present invention aims to propose a new technical solution for contactlessly controlling the pivoting flaps of the dynamic blades of a wind turbine with a vertical axis of rotation, which offers many advantages: a small footprint, making it possible to integrate the wind turbine buildings without distorting the aesthetics, low noise, starting at low wind speeds, with high torque, offering good energy efficiency even in light winds, using reliable technology, having a modular design allowing the design of turbines wind turbines of different powers, and being equipped with safety devices to prevent runaway, or even degradation, of the turbine in the event of strong winds.
  • the invention relates to a wind turbine of the kind indicated in the preamble, characterized in that said non-contact magnetic actuation mechanism comprises on the one hand a magnetic head coupled to said fixed mast, coaxial with the axis of vertical rotation, and comprising a circular magnetic track, separated into two circular sectors having opposite magnetic polarities, and on the other hand mobile magnetic elements having the same polarity, each coupled to the pivoting flap of the dynamic blades, and arranged opposite the magnetic stripe so that, during the rotation of the wind turbine, the magnetic attraction or repulsion generated by opposite or identical magnetic polarities between said magnetic head and said movable magnetic elements causes the pivoting flaps to move in one direction then in the other direction at each half-turn of the wind turbine.
  • said non-contact magnetic actuation mechanism comprises on the one hand a magnetic head coupled to said fixed mast, coaxial with the axis of vertical rotation, and comprising a circular magnetic track, separated into two circular sectors having opposite magnetic polarities, and on the other hand mobile magnetic elements having the same polarity, each coupled
  • the control of the pivoting shutters is contactless and without an intermediate part, controlled, reliable and long-lasting, the pivoting of the shutters is controlled, alternated and limited to a quarter turn, never going beyond the two extreme positions. , and the positions of the pivoting flaps are particularly stable, making it possible to obtain optimum efficiency from the turbine.
  • said magnetic head consists of a section of sphere, defined by a radius of curvature whose center coincides with the vertical axis of rotation and by a median plane which passes through said center, said magnetic track coincides at least with said median plane, and said magnetic mobile elements consist of curved plates, defined by at least one radius of curvature, the center of which coincides with the center of said section of sphere, these curved plates being able to pivot d 'A position parallel to a perpendicular position and vice versa with respect to the median plane of said segment of sphere.
  • the magnetic strip of said magnetic head can advantageously comprise a central strip and two parallel and coaxial lateral strips, in that the central strip has a magnetic polarity opposite to that of the lateral strips, these magnetic polarities being reversed between the two circular sectors of the magnetic track, and said movable magnetic elements may advantageously comprise at their two opposite ends an identical magnetic polarity, so that they can adopt said parallel position on a first circular sector of the magnetic strip, and said perpendicular position on the second circular sector of the magnetic strip.
  • the two circular sectors of said magnetic track are respectively linked by a magnetic transition zone, arranged to cause the change of position of said magnetic moving elements from said position parallel to said perpendicular position as a function of the rotation of the turbine d 'wind turbine.
  • said magnetic track and said mobile magnetic elements comprise an assembly of permanent magnets oriented as a function of their magnetic polarity.
  • each dynamic blade can comprise at least two pivoting flaps, mounted in the window of said supporting structure along two horizontal and parallel pivot axes, or along a same horizontal pivot axis, said pivoting flaps being coupled to said mechanism. contactless actuation via motion transmission.
  • the movement transmission can comprise a system of pinions and racks arranged to couple each movable magnetic element to the pivot axes of the pivoting flaps of each dynamic blade.
  • the wind turbine may further include a safety device coupled to said contactless actuation mechanism and arranged to position all the pivoting flaps in the passive position and stop the rotation of said wind turbine in the event of strong winds.
  • the pivoting flaps of the dynamic blades may further include a structured surface on an active front face, said structure surface being provided with a plurality of notches) arranged to trap the wind and increase the stability of said pivoting flaps.
  • FIG. 1 is a plan view of a wind turbine for domestic use, equipped with a turbine according to the invention, provided with dynamic blades according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a view in axial section of a wind turbine for industrial use, equipped with a turbine according to the invention, provided with dynamic blades according to a second embodiment,
  • FIG. 3 is an axial section view of the mast of the wind turbine turbines in FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows schematically and in perspective, the principle of operation of the dynamic blades of the turbine according to the invention as a function of the wind direction
  • FIG. 5 schematically represents, in top view, the control of the dynamic blades of the turbine according to the invention as a function of the wind direction
  • FIGS. 6A and 6B are respectively a front view and a side view of a pivoting flap of a dynamic blade
  • FIGS. 7A and 7B are plan views of the two faces of the magnetic head of the contactless actuation mechanism of the dynamic blades
  • FIGS. 8A and 8B are developed in plan of the two faces of the magnetic head of FIGS. 7A and 7B
  • FIG. 9 is a bottom view of a mobile magnetic element of the contactless actuation mechanism of the dynamic blades
  • FIG. 10 is an exploded view of a movement transmission between the contactless actuation mechanism and the pivoting flaps of a dynamic blade
  • FIGS. 1 1 A and 1 1 B are schematic views showing a turbine braking device in the event of strong winds, respectively in passive position and in active position.
  • the turbine according to the invention is designed to form a wind turbine, which has a vertical axis of rotation, and dynamic blades, that is to say blades whose geometry varies with each half - turn performed by the turbine to ensure optimal efficiency of the turbine even in light winds (see Figure 4 and 5).
  • the wind turbine according to the invention has a modular design, making it possible to adapt its dimensions to both domestic and industrial use, with the aim of producing electrical energy from the kinetic energy of the wind. .
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a wind turbine 100 for domestic use
  • FIG. 2 an exemplary embodiment of a wind turbine 200 for industrial use.
  • a wind turbine 1 10, 210 which comprises a fixed mast 1, defining a vertical axis of rotation A, said mast being integral with a base 2 which can be anchored in a surface load-bearing, such as a floor, a floor, a platform, etc. which can be arranged outside, but also inside and for example in the roof of a building or the like.
  • They comprise a rotor 3, mounted to rotate freely around the mast 1 by means of bearings R or the like.
  • the rotor 3 is integral with several dynamic blades 4, which extend radially, are oriented parallel to the axis A of the mast 1 and arranged to transform the kinetic energy of the wind into mechanical energy driving the rotor 3 in rotation.
  • the illustrated wind turbines 110, 210 are shown with six dynamic blades 4, without this example being limiting. In fact, the number of blades, whether it is even or odd, is determined according to the specifications of the turbine.
  • the wind turbines 110, 210 are associated with complementary equipment making it possible to transform the mechanical energy of the rotor 3 into electrical energy which can be used directly and / or sent to the electrical distribution network and / or stored in batteries.
  • they include an electric generator 5 coupled to the rotor 3, whether or not via a gearbox 6.
  • They can also include an orientation device making it possible to modify the angular position of the turbine 1 10, 210 relative to the wind.
  • the orientation device consists of a fin 7 secured to a steering axis 8.
  • the orientation device comprises a steering module 9, for example electronic , which controls, via an actuator of the servomotor type or the like, the angular displacement of the steering axis 8 as a function of the indication of the wind received from a wind vane (not shown).
  • FIG. 3 shows the steering axis 8 mounted to rotate freely inside the mast 1 via bearings R or the like, this steering axis 8 being coupled to a non-contact magnetic actuation mechanism, associated with the dynamic blades 4 , as described with reference to Figures 7 to 9.
  • the wind turbine 1 10, 210 may include a safety device for deactivating the dynamic blades 4 in the event of strong winds, as described with reference to Figures 1 1 A and 1 1 B.
  • This safety device may include a protection module 10, for example electronic, which controls, via an actuator of the servomotor type or the like, the axial displacement of a braking axis 11 as a function of the indication of the wind received from a wind vane (not shown).
  • This braking axis 1 1 is for example mounted free in translation inside the steering axis 8 via bearings R or the like ( Figure 3).
  • the actuators controlled for the steering 9 and protection 10 modules can be electrically powered by a micro-alternator 12, coupled to the rotor 3 (FIG. 2).
  • Each dynamic blade 4 comprises a bearing structure 40, delimiting at least one window 41, and at least one pivoting flap 42, mounted in the window 41 of the bearing structure 40 and movable along a horizontal pivot axis B between an open position and a closed position.
  • the supporting structure 40 of each dynamic blade 4 is rigidly linked to the rotor 3. It has for example the shape of a rectangular parallelogram, the great lengths of which extend radially, and the pivoting flap 42 has a substantially complementary shape. It is advantageously braced by shrouds 43, which extend as well in the vertical plane of each dynamic blade 4, as in horizontal planes making it possible to link each dynamic blade 4 together, and thus to form a mechanically rigid structure.
  • the dynamic blades 4 may include one or more pivoting flaps 42, aligned or superimposed, depending on the powers to be achieved.
  • the dynamic blades 4 comprise a single pivoting flap 42, while in FIG. 2, they each comprise two aligned series of three pivoting flaps 42 superimposed.
  • the dynamic blades 4 are shown each with three pivoting flaps 42 Bunk.
  • the pivoting flaps 42 are produced from a rigid panel, of rectangular shape, cut longitudinally into two equal parts by the pivot axis B, and delimited by two opposite faces, parallel or not, including an active front face 42a subjected to the wind and a passive rear face 42b not subjected to the wind, two longitudinal edges 42c, profiled or not, and two transverse edges 42d.
  • the active front face 42a preferably consists of a structured surface provided with deep recesses, making it possible to trap the wind and thus increase the stability of the pivoting flaps 42.
  • the structured surface is obtained by a multitude of notches 44 in the shape of a right triangle (side view, FIG.
  • Each pivoting flap 42 is coupled to a non-contact magnetic actuation mechanism, which is arranged to automatically move the pivoting flap 42 in one direction then in the other direction, with each half-turn of the turbine 1 10, 210, between two extreme positions at an angle of 90 °, namely a closed or active position PA in which the shutter closes the window and offers maximum wind resistance, and an open or passive position PP in which the shutter opens the window and offers minimal or even zero wind resistance.
  • This known operating principle is shown diagrammatically in FIGS. 4 and 5, in which the direction of the wind V is represented by a series of parallel arrows. So that the turbine 110, 210 rotates in a counterclockwise direction, as represented by the arrow T in FIG.
  • the contactless magnetic actuation mechanism comprises on the one hand a fixed magnetic head 20, coaxial with the vertical axis of rotation A, and provided with a circular magnetic track 21, separated into two circular sectors by the median axis M , corresponding respectively to the active position PA and to the passive position PP of the dynamic blades 4.
  • the two circular sectors have for this purpose opposite magnetic polarities.
  • the contactless magnetic actuation mechanism also comprises magnetic mobile elements 22, having the same polarity, each coupled to the pivoting flap (s) 42 of the dynamic blades 4.
  • These mobile elements 22 are arranged opposite and at a distance from the magnetic track 21, by means of a clearance forming a functional air gap, so that, during the rotation of the turbine 1 10, 210, the magnetic attraction or repulsion generated by the opposite or identical magnetic polarities between the head magnetic 20 and the movable magnetic elements 22 causes the pivoting flaps 42 to move in one direction then in the other direction at each half-turn of the turbine without contact, without friction, without wear, without energy supply and without noise.
  • the magnetic head 20 is advantageously integral with the steering axis 8, which is coupled to the fin 7 (FIG. 1) or to the steering module 9 (FIG. 2) and which makes it possible to automatically adjust the angular position of the magnetic head 20 by positioning its median axis M parallel to the direction of the wind V ( Figure 5).
  • the magnetic head 20 is made up of a segment of a sphere defined by a radius of center C coinciding with the vertical axis of rotation A and by a median plane P passing through the center C.
  • the mobile elements 22 are made up of curved plates, defined by at least one radius of curvature, the center of which coincides with the center C of said segment of sphere.
  • the curved plates are defined by two radii of curvature in two perpendicular planes, the centers of which coincide with the center C of said section of sphere.
  • the curved plates of the mobile elements 22 can partially cover the sphere section of the magnetic head 20, while respecting a constant operating clearance at all points.
  • the mobile elements 22 can then pivot freely from a position parallel to a perpendicular position and vice versa with respect to the median plane P of the sphere section of the magnetic head 20, without colliding with the magnetic head 20, and maintaining an air gap constant functional, having the effect of ensuring constant magnetic permeability at all points.
  • each air gap extends over a portion of a sphere which makes it possible to maximize the magnetic effect.
  • any other equivalent configuration could be suitable, for example a magnetic head of cylindrical shape and mobile elements in the shape of a disc.
  • a cylindrical configuration would be less efficient than the spherical configuration, since it would not guarantee a constant functional air gap at all points of the mobile elements 22, with if necessary a risk of instability of the passive and active positions of the pivoting flaps 42.
  • the magnetic track 21 is symmetrical with respect to the median plane P and comprises a central strip 21 a and two lateral strips 21 b, 21 c parallel and coaxial.
  • the central strip 21 has mainly a magnetic polarity opposite to that of the side strips 21 b, 21 c, and these magnetic polarities are reversed between the two circular sectors of the magnetic track 21. More precisely and with reference to FIG.
  • FIG. 8A which illustrates a first circular sector from 0 ° to 180 ° of the magnetic track 21, the central strip 21 a is formed of south poles and the lateral strips 21 b, 21 c are formed of poles North.
  • FIG. 8B which illustrates the second circular sector from 180 ° to 360 ° of the magnetic track 21, the central strip 21 a is formed of north poles and the lateral strips 21 b, 21 c are formed of south poles.
  • the magnetic track 21 extends over the entire height of the sphere section, which represents an angular sector of 51 °.
  • FIG. 8A which illustrates a first circular sector from 0 ° to 180 ° of the magnetic track 21, the central strip 21 a is formed of south poles and the lateral strips 21 b, 21 c are formed of poles North.
  • FIG. 8B which illustrates the second circular sector from 180 ° to 360 ° of the magnetic track 21, the central strip 21 a is formed of north poles and the lateral strips 21 b, 21 c are
  • FIG. 9 illustrates an example of mobile magnetic elements 22, the curved plate of which extends longitudinally over an angular sector of 51 °, equal to that of the magnetic track 21, and transversely over an angular sector of 17 ° equal to that of the central strip 21 a of the magnetic strip 21.
  • these values are given only by way of nonlimiting example.
  • the movable element 22 further comprises at its two opposite ends an identical magnetic polarity, namely two south poles.
  • the south poles of the mobile elements 22 being attracted by the north poles provided in the lateral bands 21 b, 21 c then in the central band 21 a, they adopt a position perpendicular to the median plane P on the first circular sector of the magnetic track 21 (FIG. 8A) which corresponds to the closed and active position PA of the pivoting flaps 42 (on the right in FIGS. 1, 2, 4, 5), then a position parallel to the median plane P on the second circular sector of the magnetic track 21 (FIG. 8B) which corresponds to the open and passive position PP of the pivoting flaps 42 (on the left in Figures 1, 2, 4, 5).
  • the two circular sectors of the magnetic track 21 are respectively linked by a South / North magnetic transition zone 21 d and a North / South magnetic transition zone 21 e.
  • the arrangement of the North and South magnets on practically the entire surface of the magnetic track 21 makes it possible to maintain the mobile elements 22, and therefore the pivoting flaps 42, in very stable positions.
  • any other equivalent magnetic design of the track and the movable elements may be suitable.
  • the magnetic head 20 and the movable elements 22 are formed from an assembly of permanent magnets, oriented as a function of their magnetic polarity. More specifically, permanent magnets 23 of rectangular parallelepiped shape are used for the majority of the magnetic track 21, and permanent magnets 24 of similar shape for the movable elements 22. In addition, permanent magnets 25 of triangular shape and magnets are used. perms 26 of cylindrical shape in the magnetic transition zones 21 d and 21 e.
  • the permanent magnets 23 to 26 should be fixed one after the other, adjacent or not, by a fixing member such as a clamping screw 27, in a suitable support, such as a ferromagnetic support, which constitutes on the one hand the sphere section of the magnetic head 20 and on the other hand the curved plates of the mobile elements 22.
  • each movable element 22 can be directly coupled to the pivot axis B of the corresponding flap (s) (FIG. 1).
  • each movable element 22 is coupled to the corresponding flaps by means of a movement transmission 30 (FIG. 2).
  • the movement transmission 30 comprises a pinion / rack system arranged to couple each movable element 22 to the pivot axes B of the pivoting flaps 42 of each dynamic blade 4.
  • a mechanical transmission 30 is arranged on each side of the flaps.
  • a rack 31 extends vertically, that is to say perpendicular to the pivot axes B of the flaps and each pivot axis B comprises a pinion 32 meshing with the rack 31.
  • Each rack 31 is guided in translation in the bearing structure 40 dynamic blades 4 by rails or the like (not shown) and the pinions 32 are guided in rotation in the bearing structure 40 by bearings 33.
  • the wind turbines 1 10, 210 further comprise a safety device coupled to the contactless actuation mechanism for automatically positioning all the pivoting flaps 42 in passive position PP, having the effect of stopping the rotation of the wind turbine 1 10, 210 in the event of strong winds.
  • the safety device is magnetic and contactless. It includes, for each dynamic blade 4, a magnetic brake 14 comprising a movable magnetic pad 14a and a fixed magnetic pad 14b, each magnetic pad consisting of at least one permanent magnet, and the permanent magnets of the two magnetic pads being arranged in opposition so that they repel each other when they are facing each other.
  • the fixed magnetic stud 14b is integral with the corresponding rack 31 of the contactless actuation mechanism.
  • the movable magnetic stud 14a is controlled to move between a passive position ( Figure 1 1 A in which it has no effect, and an active position ( Figure 1 1 B) in which it blocks the translation of the rack 31 by magnetic repulsion, simultaneously blocking the corresponding pivoting flaps 42 in the open position or passive position PP
  • the mobile magnetic pads 14a of the various magnetic brakes 14 are connected to a central disc 15 by cables 1 6 and the central disc 15 is mounted free rotation about the braking axis 1 1 via bearings or the like
  • a counter-disc 17 is mounted at the free end of the braking axis 1 1 via a bearing 18 above the central disc 15.
  • the braking axis 1 1 is linked to an electromagnet 19, supplied with very low voltage by micro-alternator 12 (figure 2) or similar. If the wind is stable, the protection module 10 does not detect any anomaly and the magnetic brakes s 14 remain in passive position ( Figure 1 1 A). If the protection module 10 (FIG. 2) detects strong winds via a wind vane or the like (not shown), then it instantaneously controls the supply of the electromagnet 19 by the micro-alternator 12 to move the magnetic brakes 14 into position active ( Figure 1 1 B). The electromagnet 19 causes the descent of the braking axis 1 1, carrying with it the counter-disc 17, which comes into contact with the central disc 15 and descends with it.
  • the central disc 15 pulls the cables 1 6 and moves the movable magnetic pads 14a to bring them above the fixed magnetic pads 14b.
  • the magnetic repulsion force is such that it prohibits the movement of the racks 31 and therefore the closing of the pivoting flaps 42.
  • this embodiment of the safety device is not limiting, and extends to any other device making it possible to fulfill the same function.
  • the wind turbine 1 10, 210 which has just been described can be installed very particularly in the upper floor or under the roof of a building out of sight, without this example being limiting.
  • the present invention is not limited to the embodiments described but extends to any modification and variant obvious to a person skilled in the art.

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Abstract

L'invention concerne une turbine d'éolienne (110) comportant des pales dynamiques (4) radiales, formées d'une structure portante (40) délimitant une fenêtre (41) dans laquelle est monté un volet pivotant (42) couplé à un mécanisme d'actionnement magnétique sans contact (20, 22) pour être déplacé entre une position active (PA) dans laquelle il ferme ladite fenêtre et offre au vent une résistance maximale, et une position passive (PP) dans laquelle il ouvre ladite fenêtre et offre au vent une résistance minimale voire nulle. Le mécanisme d'actionnement comporte une tête magnétique (20) fixe pourvue d'une piste magnétique (21) circulaire, séparée en deux secteurs circulaires de polarités magnétiques opposées, et des éléments mobiles (22) magnétiques de même polarité, chacun couplé à un volet pivotant (42) et disposé en regard de la piste magnétique (20) de sorte que, lors de la rotation de la turbine, l'attraction ou la répulsion magnétique générée par les polarités magnétiques opposées ou identiques entre la tête et les éléments mobiles provoque le déplacement des volets pivotants dans un sens puis dans l'autre sens à chaque demi-tour de la turbine d'éolienne.

Description

TURBINE D’EOLIENNE A AXE DE ROTATION VERTICAL ET PALES
DYNAMIQUES
Domaine technique :
L’invention concerne une turbine d’éolienne à axe de rotation vertical et pales dynamiques, comportant un mât fixe définissant ledit axe de rotation vertical, un rotor monté libre en rotation sur ledit mât, des pales dynamiques s’étendant radialement, couplées audit rotor et orientées parallèlement audit mât fixe, chaque pale dynamique comportant une structure portante délimitant au moins une fenêtre, et au moins un volet pivotant, monté dans ladite fenêtre selon un axe de pivotement horizontal, ledit volet pivotant étant couplé à un mécanisme d’actionnement magnétique sans contact, agencé pour déplacer ledit volet pivotant dans un sens puis dans l’autre sens à chaque demi-tour de ladite turbine d’éolienne, entre deux positions extrêmes distantes d’un angle de 90°, à savoir une position active dans laquelle ledit volet pivotant ferme ladite fenêtre et offre au vent une résistance maximale, et une position passive dans laquelle ledit volet pivotant ouvre ladite fenêtre et offre au vent une résistance minimale voire nulle.
Technique antérieure :
Les turbines d’éolienne à axe de rotation vertical et pales dynamiques offrent une alternative intéressante aux turbines d’éolienne à axe de rotation horizontal. Elles sont également utilisées pour transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, laquelle est ensuite transformée en énergie électrique. Elles peuvent dans certains cas être utilisées en position horizontale. Selon leur configuration, elles peuvent présenter de nombreux avantages, tels qu’un faible encombrement qui les rend particulièrement adaptées pour être intégrées dans des bâtiments. Il existe par ailleurs différentes technologiques permettant de rendre les pales dynamiques, c’est-à-dire des pales à géométrie variable en fonction de leur position relative par rapport à la direction du vent et à l’axe de rotation de la turbine, dans le but d’optimiser le rendement d’une telle turbine. Certaines technologies utilisent des volets pivotants, commandés par des mécanismes d’actionnement avec contact comme ceux décrits dans les publications US 2012/045333 A1 et KR 101 180 832 B1. D’autres technologies utilisent des mécanismes d’actionnement sans contact, et plus précisément des mécanismes magnétiques, permettant un fonctionnement sans friction, sans usure, sans apport d'énergie, et complètement silencieux. Quelques exemples sont décrits ci-après.
La publication CN 202673573 U décrit une turbine d’éolienne à axe vertical dans laquelle chaque pale est formée d’une ombrelle qui s’ouvre sous l’effet du vent et se ferme en l’absence de vent grâce à des moyens de rappel. Une commande magnétique d’ouverture et de fermeture des pales est ajoutée pour commander l’ouverture et la fermeture des pales en cas de vent insuffisant, sous la forme d’un disque magnétique monté sur un châssis, ayant une polarité positive sur une moitié du disque et une polarité négative sur l’autre moitié du disque, et coopérant avec une bande magnétique montée sur chaque pale.
La publication DE 202015100378 U1 décrit une turbine d’éolienne à axe vertical comportant plusieurs niveaux de pales radiales, chaque pale étant constituée de volets pivotants à axe horizontal montés sur un bras support, le pivotement des volets de chaque pale étant commandé par une demi- bague magnétique montée sur un arbre et un disque magnétique lié audit bras support.
La publication CN 106150827 A décrit également une turbine d’éolienne à axe vertical, dont les pales radiales sont des cadres ouverts, fermés en partie ou prolongés à l’extérieur par un volet pivotant monté autour d’un axe vertical à l’extrémité de chaque pale. Le pivotement des volets est commandé par une bague annulaire magnétique en forme de came montée sur le châssis et un aimant permanent disposé à l’extrémité d’un levier articulé lié à chaque volet.
Les solutions existantes ne sont toutefois pas satisfaisantes.
Exposé de l'invention :
La présente invention vise à proposer une nouvelle solution technique pour commander sans contact les volets pivotants des pales dynamiques d’une turbine d’éolienne à axe de rotation vertical, qui offre de nombreux avantages : un faible encombrement, permettant d’intégrer l’éolienne aux bâtiments sans dénaturer l’esthétique, peu bruyante, démarrant à de faibles vitesses de vent, présentant un couple élevé, offrant un bon rendement énergétique même en cas de vents faibles, utilisant une technologie fiable, ayant une conception modulaire permettant de concevoir des turbines d’éolienne de différentes puissances, et étant équipée de sécurités pour éviter l’emballement, voire la dégradation, de la turbine en cas de vents violents.
Dans ce but, l'invention concerne une turbine d’éolienne du genre indiqué en préambule, caractérisée en ce que ledit mécanisme d’actionnement magnétique sans contact comporte d’une part une tête magnétique couplée audit mât fixe, coaxiale à l’axe de rotation vertical, et comportant une piste magnétique circulaire, séparée en deux secteurs circulaires ayant des polarités magnétiques opposées, et d’autre part des éléments mobiles magnétiques ayant une même polarité, chacun couplé au volet pivotant des pâles dynamiques, et disposé en regard de la piste magnétique de sorte que, lors de la rotation de la turbine d’éolienne, l’attraction ou la répulsion magnétique générée par les polarités magnétiques opposées ou identiques entre ladite tête magnétique et lesdits éléments mobiles magnétiques provoque le déplacement des volets pivotants dans un sens puis dans l’autre sens à chaque demi-tour de la turbine d’éolienne. Grâce à cette construction, la commande des volets pivotants est sans contact et sans pièce intermédiaire, contrôlée, fiable et pérenne, le pivotement des volets est maîtrisé, alterné et limité à un quart de tour, sans jamais aller au-delà des deux positions extrêmes, et les positions des volets pivotants sont particulièrement stables, permettant d’obtenir un rendement optimal de la turbine.
Dans une forme préférée de l’invention, ladite tête magnétique est constituée d’un tronçon de sphère, défini par un rayon de courbure dont le centre est confondu avec l’axe de rotation vertical et par un plan médian qui passe par ledit centre, ladite piste magnétique est confondue au moins avec ledit plan médian, et lesdits éléments mobiles magnétiques sont constitués de plaques courbes, définies par au moins un rayon de courbure dont le centre est confondu avec le centre dudit tronçon de sphère, ces plaques courbes pouvant pivoter d’une position parallèle à une position perpendiculaire et inversement par rapport au plan médian dudit tronçon de sphère.
La piste magnétique de ladite tête magnétique peut comporter avantageusement une bande centrale et deux bandes latérales parallèles et coaxiales, en ce que la bande centrale a une polarité magnétique opposée à celle des bandes latérales, ces polarités magnétiques étant inversées entre les deux secteurs circulaires de la piste magnétique, et lesdits éléments mobiles magnétiques peuvent comporter avantageusement à leurs deux extrémités opposées une polarité magnétique identique, de telle sorte qu’ils puissent adopter ladite position parallèle sur un premier secteur circulaire de la piste magnétique, et ladite position perpendiculaire sur le second secteur circulaire de la piste magnétique.
De manière avantageuse, les deux secteurs circulaires de ladite piste magnétique sont respectivement liés par une zone de transition magnétique, agencée pour provoquer le changement de position desdits éléments mobiles magnétiques de ladite position parallèle à ladite position perpendiculaire en fonction de la rotation de la turbine d’éolienne. Dans la forme de réalisation préférée, ladite piste magnétique et lesdits éléments mobiles magnétiques comportent un assemblage d’aimants permanents orientés en fonction de leur polarité magnétique.
Selon la variante de réalisation, chaque pâle dynamique peut comporter au moins deux volets pivotants, montés dans la fenêtre de ladite structure portante selon deux axes de pivotement horizontaux et parallèles, ou selon un même axe de pivotement horizontal, lesdits volets pivotants étant couplés audit mécanisme d’actionnement sans contact par l’intermédiaire d’une transmission de mouvement.
La transmission de mouvement peut comporter un système de pignons et de crémaillères agencé pour coupler chaque élément mobile magnétique aux axes de pivotement des volets pivotants de chaque pâle dynamique. La turbine d’éolienne peut en outre comporter un dispositif de sécurité couplé audit mécanisme d’actionnement sans contact et agencé pour positionner tous les volets pivotants en position passive et arrêter la rotation de ladite turbine d’éolienne en cas de vents violents. Les volets pivotants des pales dynamiques peuvent en outre comporter une surface structurée sur une face avant active, ladite surface structure étant pourvue d’une pluralité d’encoches) agencées pour piéger le vent et augmenter la stabilité desdits volets pivotants.
Description sommaire des dessins :
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- La figure 1 est une vue en plan d’une éolienne à usage domestique, équipée d’une turbine selon l’invention, pourvue de pales dynamiques selon une première forme de réalisation,
- La figure 2 est une vue en coupe axiale d’une éolienne à usage industriel, équipée d’une turbine selon l’invention, pourvue de pales dynamiques selon une deuxième forme de réalisation,
- La figure 3 est une vue en coupe axiale du mât des turbines d’éolienne des figures 1 et 2,
- La figure 4 représente schématiquement et en perspective, le principe de fonctionnement des pales dynamiques de la turbine selon l’invention en fonction de la direction du vent,
- La figure 5 représente schématiquement, en vue de dessus, la commande des pales dynamiques de la turbine selon l’invention en fonction de la direction du vent,
- Les figures 6A et 6B sont respectivement une vue de face et une vue de côté d’un volet pivotant d’une pale dynamique,
- Les figures 7A et 7B sont des vues en plan des deux faces de la tête magnétique du mécanisme d’actionnement sans contact des pales dynamiques,
- Les figures 8A et 8B sont des développés en plan des deux faces de la tête magnétique des figures 7A et 7B, - La figure 9 est une vue de dessous d’un élément mobile magnétique du mécanisme d’actionnement sans contact des pales dynamiques,
- La figure 10 est une vue éclatée d’une transmission de mouvement entre le mécanisme d’actionnement sans contact et les volets pivotants d’une pale dynamique, et
- Les figures 1 1 A et 1 1 B sont des vues schématiques montrant un dispositif de freinage de la turbine en cas de vents violents, respectivement en position passive et en position active.
Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser :
Dans les exemples de réalisation illustrés, les éléments ou parties identiques portent les mêmes numéros de référence.
En référence aux figures, la turbine selon l’invention est conçue pour former une turbine d’éolienne, qui comporte un axe de rotation vertical, et des pales dynamiques, c’est-à-dire des pales dont la géométrie varie à chaque demi- tour effectué par la turbine pour assurer un rendement optimal de la turbine même en cas de vent faible (voir figure 4 et 5). La turbine d’éolienne selon l’invention a une conception modulaire, permettant d’adapter ses dimensions à un usage aussi bien domestique, qu’industriel, dans le but de produire de l’énergie électrique à partir de l’énergie cinétique du vent. La figure 1 représente un exemple de réalisation d’une éolienne 100 à usage domestique, et la figure 2 un exemple de réalisation d’une éolienne 200 à usage industriel. Elles comportent toutes deux, une turbine d’éolienne 1 10, 210 selon l’invention, laquelle comporte un mât 1 fixe, définissant un axe de rotation vertical A, ledit mât étant solidaire d’un socle 2 qui peut être ancré dans une surface portante, comme un sol, un plancher, une plateforme, etc. qui peut être disposée à l’extérieur, mais également à l’intérieur et par exemple dans la toiture d’un bâtiment ou similaire. Elles comportent un rotor 3, monté libre en rotation autour du mât 1 par l’intermédiaire de roulements R ou similaires. Le rotor 3 est solidaire de plusieurs pales dynamiques 4, qui s’étendent radialement, sont orientées parallèlement à l’axe A du mât 1 et agencées pour transformer l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique entraînant le rotor 3 en rotation. Les turbines d’éolienne 1 10, 210 illustrées sont représentées avec six pales dynamiques 4, sans que cet exemple ne soit limitatif. En effet, le nombre de pales qu’il soit pair ou impair est déterminé en fonction du cahier des charges de la turbine.
De manière connue, les turbines d’éolienne 1 10, 210 sont associées à des équipements complémentaires permettant de transformer l’énergie mécanique du rotor 3 en énergie électrique exploitable directement et/ou envoyée sur le réseau de distribution électrique et/ou stockée dans des batteries. Elles comportent à cet effet un générateur électrique 5 couplé au rotor 3, par l’intermédiaire ou non d’une boite de vitesse 6. Elles peuvent également comporter un dispositif d’orientation permettant de modifier la position angulaire de la turbine 1 10, 210 par rapport au vent. En référence à la figure 1 , le dispositif d’orientation est constitué d’une dérive 7 solidaire d’un axe de direction 8. En référence à la figure 2, le dispositif d’orientation comporte un module de direction 9, par exemple électronique, qui commande, via un actionneur du type servomoteur ou similaire, le déplacement angulaire de l’axe de direction 8 en fonction de l'indication du vent reçue d’une girouette (non représentée). La figure 3 montre l’axe de direction 8 monté libre en rotation à l’intérieur du mât 1 via des roulements R ou similaires, cet axe de direction 8 étant couplé à un mécanisme d’actionnement magnétique sans contact, associé aux pales dynamiques 4, comme décrit en référence aux figures 7 à 9. Optionnellement, la turbine d’éolienne 1 10, 210 peut comporter un dispositif de mise en sécurité permettant de désactiver les pales dynamiques 4 en cas de vents violents, comme décrit en référence aux figures 1 1 A et 1 1 B. Ce dispositif de mise en sécurité peut comporter un module de protection 10, par exemple électronique, qui commande, via un actionneur du type servomoteur ou similaire, le déplacement axial d’un axe de freinage 1 1 en fonction de l'indication du vent reçue d’une girouette (non représentée). Cet axe de freinage 1 1 est par exemple monté libre en translation à l’intérieur de l’axe de direction 8 via des roulements R ou similaires (figure 3). Les actionneurs commandés pour les modules de direction 9 et de protection 10 peuvent être alimentés électriquement par un micro-alternateur 12, couplé au rotor 3 (figure 2). Chaque pale dynamique 4 comporte une structure portante 40, délimitant au moins une fenêtre 41 , et au moins un volet pivotant 42, monté dans la fenêtre 41 de la structure portante 40 et mobile selon un axe de pivotement horizontal B entre une position ouverte et une position fermée. La structure portante 40 de chaque pale dynamique 4 est liée rigidement au rotor 3. Elle a par exemple la forme d’un parallélogramme rectangle, dont les grandes longueurs s’étendent radialement, et le volet pivotant 42 a une forme sensiblement complémentaire. Elle est avantageusement contreventée par des haubans 43, qui s’étendent aussi bien dans le plan vertical de chaque pale dynamique 4, que dans des plans horizontaux permettant de lier chaque pale dynamique 4 entre elles, et de former ainsi une structure mécaniquement rigide. Bien entendu, cet exemple de constructif n’est pas limitatif et s’étend à tout autre mode de constructif permettant de remplir la même fonction en vue d’un même résultat. Les pales dynamiques 4 peuvent comporter un ou plusieurs volets pivotants 42, alignés ou superposés, en fonction des puissances à atteindre. Dans la figure 1 , les pales dynamiques 4 comportent un seul volet pivotant 42, alors que dans la figure 2, elles comportent chacune deux séries alignées de trois volets pivotants 42 superposés. Dans les figures 4 et 10, les pales dynamiques 4 sont représentées avec chacune trois volets pivotants 42 superposés. Ces différentes figures montrent quelques exemples de configurations de volets pivotants 42, sans que ces exemples ne soient limitatifs. Par ailleurs et en référence aux figures 6A et 6B, les volets pivotants 42 sont réalisés à partir d’un panneau rigide, de forme rectangulaire, coupé longitudinalement en deux parties égales par l’axe de pivotement B, et délimité par deux faces opposées, parallèles ou non, dont une face avant active 42a soumise au vent et une face arrière passive 42b non soumise au vent, deux bords longitudinaux 42c, profilés ou non, et deux bords transversaux 42d. La face avant active 42a est de préférence constituée d’une surface structurée pourvue de creux profonds, permettant de piéger le vent et d’augmenter ainsi la stabilité des volets pivotants 42. Dans l’exemple représenté, la surface structurée est obtenue par une multitude d’encoches 44 en forme de triangle rectangle (vue de côté, figure 6B), disposées symétriquement par rapport à l’axe de pivotement B, en rangées parallèles et superposées. La grande base des triangles rectangles est confondue avec la face avant active 42a et la petite base des triangles rectangles est éloignée de l’axe de pivotement B, de sorte que l’hypoténuse de chaque triangle rectangle capte le vent qui frappe la face avant active 42a du volet pivotant 42 et le piège dans le fond des encoches 44. Ces encoches 44 ont l’avantage d’accumuler l’énergie du vent, peu importe sa direction. Ces exemples de réalisation des volets pivotants 42 et de leur surface structurée ne sont bien entendus pas limitatifs et s’étendent à toute autre forme de réalisation équivalente permettant d’obtenir les mêmes effets techniques.
Chaque volet pivotant 42 est couplé à un mécanisme d’actionnement magnétique sans contact, qui est agencé pour déplacer automatiquement le volet pivotant 42 dans un sens puis dans l’autre sens, à chaque demi-tour de la turbine 1 10, 210, entre deux positions extrêmes distantes d’un angle de 90°, à savoir une position fermée ou active PA dans laquelle le volet ferme la fenêtre et offre au vent une résistance maximale, et une position ouverte ou passive PP dans laquelle le volet ouvre la fenêtre et offre au vent une résistance minimale voire nulle. Ce principe de fonctionnement connu est schématisé aux figures 4 et 5, dans lesquelles la direction du vent V est représentée par une série de flèches parallèles. Pour que la turbine 1 10, 210 tourne dans un sens antihoraire, tel que représenté par la flèche T à la figure 5, tous les volets pivotants 42 des pales dynamiques 4 qui se déplacent dans le sens du vent, c’est-à-dire à droite d’un axe médian M coupant la turbine en deux secteurs circulaires sur la figure 5, sont en position fermée ou position active PA, et tous les volets pivotants 42 des pales dynamiques 4 qui se déplacent dans le sens inverse du vent, à gauche dudit axe médian M, sont en position fermée ou position active PA. Ce changement de position angulaire des volets pivotants 42 s’effectue automatiquement par l’intermédiaire du mécanisme d’actionnement magnétique sans contact, qui est à présent décrit en référence aux figures 7 à 9.
Le mécanisme d’actionnement magnétique sans contact comporte d’une part une tête magnétique 20 fixe, coaxiale à l’axe de rotation vertical A, et pourvue d’une piste magnétique 21 circulaire, séparée en deux secteurs circulaires par l’axe médian M, correspondant respectivement à la position active PA et à la position passive PP des pales dynamiques 4. Les deux secteurs circulaires ont à cet effet des polarités magnétiques opposées. Le mécanisme d’actionnement magnétique sans contact comporte d’autre part des éléments mobiles 22 magnétiques, ayant une même polarité, chacun couplé au(x) volet(s) pivotant(s) 42 des pâles dynamiques 4. Ces éléments mobiles 22 sont disposés en regard et à distance de la piste magnétique 21 , moyennant un jeu formant un entrefer fonctionnel, de sorte que, lors de la rotation de la turbine 1 10, 210, l’attraction ou la répulsion magnétique générée par les polarités magnétiques opposées ou identiques entre la tête magnétique 20 et les éléments mobiles 22 magnétiques provoque le déplacement des volets pivotants 42 dans un sens puis dans l’autre sens à chaque demi-tour de la turbine sans contact, sans frottement, sans usure, sans apport d’énergie et sans bruit.
La tête magnétique 20 est avantageusement solidaire de l’axe de direction 8, qui est couplé à la dérive 7 (figure 1 ) ou au module de direction 9 (figure 2) et qui permet d’ajuster automatiquement la position angulaire de la tête magnétique 20 en positionnant son axe médian M parallèlement à la direction du vent V (figure 5). La tête magnétique 20 est, dans l’exemple représenté, constituée d’un tronçon de sphère défini par un rayon de centre C confondu avec l’axe de rotation vertical A et par un plan médian P passant par le centre C. Les éléments mobiles 22 sont quant à eux constitués de plaques courbes, définies par au moins un rayon de courbure dont le centre est confondu avec le centre C dudit tronçon de sphère. De préférence, les plaques courbes sont définies par deux rayons de courbure dans deux plans perpendiculaires, dont les centres sont confondus avec le centre C dudit tronçon de sphère. Ainsi et grâce à cette configuration sphérique complémentaire, les plaques courbes des éléments mobiles 22 peuvent recouvrir en partie le tronçon de sphère de la tête magnétique 20, en respectant un jeu de fonctionnement constant en tout point. Les éléments mobiles 22 peuvent alors pivoter librement d’une position parallèle à une position perpendiculaire et inversement par rapport au plan médian P du tronçon de sphère de la tête magnétique 20, sans entrer en collision avec la tête magnétique 20, et en maintenant un entrefer fonctionnel constant, ayant pour effet d’assurer une perméabilité magnétique constante en tout point. En outre chaque entrefer s’étend sur une portion de sphère qui permet de maximiser l’effet magnétique. Bien entendu, toute autre configuration équivalente pourrait convenir, par exemple une tête magnétique de forme cylindrique et des éléments mobiles en forme de disque. Toutefois, une configuration cylindrique serait moins performante que la configuration sphérique, étant donné qu’elle ne garantirait pas un entrefer fonctionnel constant en tout point des éléments mobiles 22, avec le cas échéant un risque d’instabilité des positions passive et active des volets pivotants 42.
En référence plus particulièrement aux figures 7 A et 7B qui représentent les deux faces respectives de la tête magnétique 20 et aux figures 8A et 8B qui représentent un développé respectif de ces deux faces, la piste magnétique 21 est symétrique par rapport au plan médian P et comporte une bande centrale 21 a et deux bandes latérales 21 b, 21 c parallèles et coaxiales. La bande centrale 21 a a majoritairement une polarité magnétique opposée à celle des bandes latérales 21 b, 21 c, et ces polarités magnétiques sont inversées entre les deux secteurs circulaires de la piste magnétique 21 . Plus exactement et en référence à la figure 8A qui illustre un premier secteur circulaire de 0° à 180° de la piste magnétique 21 , la bande centrale 21 a est formée de pôles sud et les bandes latérales 21 b, 21 c sont formées de pôles nord. Et en référence à la figure 8B qui illustre le second secteur circulaire de 180° à 360° de la piste magnétique 21 , la bande centrale 21 a est formée de pôles nord et les bandes latérales 21 b, 21 c sont formées de pôles sud. La piste magnétique 21 s’étend sur toute la hauteur du tronçon de sphère, qui représente un secteur angulaire de 51 °. D’autre part, la figure 9 illustre un exemple d’éléments mobiles 22 magnétiques, dont la plaque courbe s’étend longitudinalement sur un secteur angulaire de 51 °, égal à celui de la piste magnétique 21 , et transversalement sur un secteur angulaire de 17° égal à celui de la bande centrale 21 a de la piste magnétique 21 . Bien entendu, ces valeurs ne sont données qu’à titre d’exemple non limitatif.
L’élément mobile 22 comporte en outre à ses deux extrémités opposées une polarité magnétique identique, à savoir deux pôles sud. Ainsi, les pôles sud des éléments mobiles 22 étant attirés par les pôles nord prévus dans les bandes latérales 21 b, 21 c puis dans la bande centrale 21 a, ils adoptent une position perpendiculaire au plan médian P sur le premier secteur circulaire de la piste magnétique 21 (figure 8A) qui correspond à la position fermée et active PA des volets pivotants 42 (à droite sur les figures 1 , 2, 4, 5), puis une position parallèle au plan médian P sur le second secteur circulaire de la piste magnétique 21 (figure 8B) qui correspond à la position ouverte et passive PP des volets pivotants 42 (à gauche sur les figures 1 , 2, 4, 5). Pour faciliter le basculement alternatif entre les deux positions angulaires des éléments mobiles 22, les deux secteurs circulaires de la piste magnétique 21 sont respectivement liés par une zone de transition magnétique Sud/Nord 21 d et une zone de transition magnétique Nord/Sud 21 e. La disposition des aimants Nord et Sud sur pratiquement toute la surface de la piste magnétique 21 permet de maintenir les éléments mobiles 22, et donc les volets pivotants 42, dans des positions très stables. Bien entendu, toute autre conception magnétique équivalente de la piste et des éléments mobiles peut convenir.
Dans la forme de réalisation illustrée, la tête magnétique 20 et les éléments mobiles 22 sont formés d’un assemblage d’aimants permanents, orientés en fonction de leur polarité magnétique. Plus précisément, on utilise des aimants permanents 23 de forme parallélépipédique rectangle pour la majorité de la piste magnétique 21 , et des aimants permanents 24 de forme similaire pour les éléments mobiles 22. On utilise en outre des aimants permanents 25 de forme triangulaire et des aimants permanents 26 de forme cylindrique dans les zones de transition magnétique 21 d et 21 e. Pour réaliser un tel assemblage, il convient de fixer les aimants permanents 23 à 26 les uns après les autres, de manière adjacente ou non, par un organe de fixation tel qu’une vis de serrage 27, dans un support adapté, tel qu’un support ferromagnétique, qui constitue d’une part le tronçon de sphère de la tête magnétique 20 et d’autre part les plaques courbes des éléments mobiles 22.
Lorsque les pales dynamiques 4 comportent un unique volet pivotant 42, ou au moins deux volets pivotants 42 alignés sur un même axe de pivotement B, chaque élément mobile 22 peut être couplé directement à l’axe de pivotement B du ou des volets correspondants (figure 1 ). Lorsque les pales dynamiques 4 comportent au moins deux volets pivotants 42 superposés selon deux axes de pivotement B parallèles, chaque élément mobile 22 est couplé aux volets correspondants par l’intermédiaire d’une transmission de mouvement 30 (figure 2). En référence plus particulièrement à la figure 10, la transmission de mouvement 30 comporte un système pignons/crémaillère agencé pour coupler chaque élément mobile 22 aux axes de pivotement B des volets pivotants 42 de chaque pâle dynamique 4. Pour garantir un fonctionnement parallèle et synchrone des volets pivotants 42, une transmission mécanique 30 est disposée de chaque côté des volets. Une crémaillère 31 s’étend verticalement, c’est-à-dire perpendiculairement aux axes de pivotement B des volets et chaque axe de pivotement B comporte un pignon 32 engrenant la crémaillère 31. Chaque crémaillère 31 est guidée en translation dans la structure portante 40 des pales dynamiques 4 par des rails ou similaires (non représentés) et les pignons 32 sont guidés en rotation dans la structure portante 40 par des roulements 33.
En référence aux figures 1 1 A et 1 1 B, les turbines d’éolienne 1 10, 210 selon l’invention comportent en outre un dispositif de mise en sécurité couplé au mécanisme d’actionnement sans contact permettant de positionner automatiquement tous les volets pivotants 42 en position passive PP, ayant pour effet d’arrêter la rotation de la turbine d’éolienne 1 10, 210 en cas de vents violents. Dans l’exemple représenté, le dispositif de mise en sécurité est magnétique et sans contact. Il comporte, pour chaque pale dynamique 4, un frein magnétique 14 comprenant un plot magnétique mobile 14a et un plot magnétique fixe 14b, chaque plot magnétique étant constitué d’au moins un aimant permanent, et les aimants permanents des deux plots magnétiques étant disposés en opposition pour qu’ils se repoussent lorsqu’ils sont l’un en face de l’autre. Le plot magnétique fixe 14b est solidaire de la crémaillère 31 correspondante du mécanisme d’actionnement sans contact. Le plot magnétique mobile 14a est commandé en déplacement entre une position passive (figure 1 1 A dans laquelle il n’a pas d’effet, et une position active (figure 1 1 B) dans laquelle il bloque la translation de la crémaillère 31 par répulsion magnétique, en bloquant simultanément les volets pivotants 42 correspondants en position ouverte ou position passive PP. Les plots magnétiques mobiles 14a des différents freins magnétiques 14 sont reliés à un disque central 15 par des câbles 1 6 et le disque central 15 est monté libre en rotation autour de l’axe de freinage 1 1 via des roulements ou similaires. Un contre-disque 17 est monté à l’extrémité libre de l’axe de freinage 1 1 via un roulement 18 au-dessus du disque central 15. L’axe de freinage 1 1 est lié à un électroaimant 19, alimenté en très basse tension par le micro-alternateur 12 (figure 2) ou similaire. Si le vent est stable, le module de protection 10 ne détecte aucune anomalie et les freins magnétiques 14 restent en position passive (figure 1 1 A). Si le module de protection 10 (figure 2) détecte des vents violents via une girouette ou similaire (non représentée), alors il commande instantanément l’alimentation de l’électroaimant 19 par le micro-alternateur 12 pour déplacer les freins magnétiques 14 en position active (figure 1 1 B). L’électroaimant 19 provoque la descente de l’axe de freinage 1 1 , entraînant avec lui le contre- disque 17, qui entre en contact avec le disque central 15 et descend avec lui. En descendant, le disque central 15 tire les câbles 1 6 et déplace les plots magnétiques mobiles 14a pour les amener au-dessus des plots magnétiques fixes 14b. La force de répulsion magnétique est telle qu’elle interdit le déplacement des crémaillères 31 et donc la fermeture des volets pivotants 42. Bien entendu, cet exemple de réalisation du dispositif de mise en sécurité n’est pas limitatif, et s’étend à tout autre dispositif permettant de remplir la même fonction. La turbine d’éolienne 1 10, 210 qui vient d’être décrite peut être installée tout particulièrement dans l’étage supérieur ou sous la toiture d’un bâtiment à l’abri des regards, sans que cet exemple ne soit limitatif. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier.

Claims

Revendications
1. Turbine d’éolienne (1 10, 210) à axe de rotation vertical (A) et pales dynamiques (4), comportant un mât fixe (1 ) définissant ledit axe de rotation vertical (A), un rotor (3) monté libre en rotation sur ledit mât, des pales dynamiques (4) s’étendant radialement, couplées audit rotor (3) et orientées parallèlement audit mât fixe (1 ), chaque pale dynamique (4) comportant une structure portante (40) délimitant au moins une fenêtre (41 ), et au moins un volet pivotant (42), monté dans ladite fenêtre selon un axe de pivotement (B) horizontal, ledit volet pivotant (42) étant couplé à un mécanisme d’actionnement magnétique sans contact (20, 22), agencé pour déplacer ledit volet pivotant (42) dans un sens puis dans l’autre sens à chaque demi- tour de ladite turbine d’éolienne, entre deux positions extrêmes distantes d’un angle de 90°, à savoir une position active (PA) dans laquelle ledit volet pivotant ferme ladite fenêtre et offre au vent une résistance maximale, et une position passive (PP) dans laquelle ledit volet pivotant ouvre ladite fenêtre et offre au vent une résistance minimale voire nulle, caractérisée en ce que ledit mécanisme d’actionnement magnétique sans contact comporte d’une part une tête magnétique (20) couplée audit mât fixe (1 ), coaxiale à l’axe de rotation vertical (A), et comportant une piste magnétique (21 ) circulaire, séparée en deux secteurs circulaires ayant des polarités magnétiques opposées, et d’autre part des éléments mobiles (22) magnétiques ayant une même polarité, chacun couplé au volet pivotant (42) des pâles dynamiques (4), et disposé en regard de la piste magnétique (20) de sorte que, lors de la rotation de la turbine d’éolienne, l’attraction ou la répulsion magnétique générée par les polarités magnétiques opposées ou identiques entre ladite tête magnétique (20) et lesdits éléments mobiles (22) magnétiques provoque le déplacement des volets pivotants (42) dans un sens puis dans l’autre sens à chaque demi-tour de la turbine d’éolienne.
2. Turbine d’éolienne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite tête magnétique (20) est constituée d’un tronçon de sphère, défini par un rayon de courbure dont le centre (C) est confondu avec l’axe de rotation vertical (A) et par un plan médian (P) qui passe par ledit centre (C), en ce que ladite piste magnétique (21 ) est confondue au moins avec ledit plan médian (P), et en ce que lesdits éléments mobiles (22) magnétiques sont constitués de plaques courbes, définies par au moins un rayon de courbure dont le centre est confondu avec le centre (C) dudit tronçon de sphère, ces plaques courbes pouvant pivoter d’une position parallèle à une position perpendiculaire et inversement par rapport au plan médian (P) dudit tronçon de sphère.
3. Turbine d’éolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la piste magnétique (21 ) de ladite tête magnétique (20) comporte une bande centrale (21 a) et deux bandes latérales (21 b, 21 c) parallèles et coaxiales, en ce que la bande centrale (21 a) a une polarité magnétique opposée à celle des bandes latérales (21 b, 21 c), en ce que ces polarités magnétiques sont inversées entre les deux secteurs circulaires de la piste magnétique (21 ), et en ce que lesdits éléments mobiles (22) magnétiques comportent à leurs deux extrémités opposées une polarité magnétique identique, de telle sorte qu’ils puissent adopter ladite position parallèle sur un premier secteur circulaire de la piste magnétique, et ladite position perpendiculaire sur le second secteur circulaire de la piste magnétique.
4. Turbine d’éolienne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux secteurs circulaires de ladite piste magnétique (21 ) sont respectivement liés par une zone de transition magnétique (21 d, 21 e), agencée pour provoquer le changement de position desdits éléments mobiles (22) magnétiques de ladite position parallèle à ladite position perpendiculaire en fonction de la rotation de la turbine d’éolienne.
5. Turbine d’éolienne selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que ladite piste magnétique (21 ) et lesdits éléments mobiles (22) magnétiques comportent un assemblage d’aimants permanents (23 à 26) orientés en fonction de leur polarité magnétique.
6. Turbine d’éolienne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que chaque pâle dynamique (4) comporte au moins deux volets pivotants (42), montés dans la fenêtre (41 ) de ladite structure portante (40) selon deux axes de pivotement (B) horizontaux et parallèles, lesdits volets pivotants (42) étant couplés audit mécanisme d’actionnement sans contact par l’intermédiaire d’une transmission de mouvement (30).
7. Turbine d’éolienne selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque pâle dynamique (4) comporte au moins deux volets pivotants (42), montés dans la fenêtre (41 ) de ladite structure portante (40) selon un même axe de pivotement (B) horizontal, lesdits volets pivotants (42) étant couplés audit mécanisme d’actionnement sans contact par l’intermédiaire d’une transmission de mouvement (30).
8. Turbine d’éolienne selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que ladite transmission de mouvement (30) comporte un système de pignons (32) et de crémaillères (31 ) agencé pour coupler chaque élément mobile (22) magnétique aux axes de pivotement (B) des volets pivotants (42) de chaque pâle dynamique (4).
9. Turbine d’éolienne selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un dispositif de sécurité (10 à 19) couplé audit mécanisme d’actionnement sans contact et agencé pour positionner tous les volets pivotants (42) en position passive (PP) et arrêter la rotation de ladite turbine d’éolienne (1 10, 210) en cas de vents violents.
10. Turbine d’éolienne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les volets pivotants (42) des pales dynamiques (4) comportent une surface structurée sur une face avant active (42a), ladite surface structure étant pourvue d’une pluralité d’encoches (44) agencées pour piéger le vent et augmenter la stabilité desdits volets pivotants (42).
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