FR2890706A1 - Converter of wind energy into electricity has series of linked air screws connected by horizontal shafts to transmission shafts - Google Patents

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Abstract

The wind to electricity converter consists of a modular structure with a series of sub-assemblies (2), each having an air screw (1) on a horizontal shaft (10, 11, 12) driving a vertical transmission shaft (15) connected to a generator. The sub-assemblies are, for example, twelve in number, mounted in rows on a tubular structure (14) made from steel and aluminium and mounted on a pivoting platform (4) that can be turned to face into the wind.

Description

DISPOSITIF DE CONVERSION D'ÉNERGIE ÉOLIENNE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE.DEVICE FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY.

Domaine Technique L'invention se rapporte à un dispositif de conversion de l'énergie générée par la force du vent en énergie électrique. Un tel dispositif est plus couramment désigné par le terme d' éolienne .  Technical Field The invention relates to a device for converting the energy generated by the wind force into electrical energy. Such a device is more commonly referred to as a wind turbine.

L'invention vise plus particulièrement une éolienne de grandes dimensions et à haut rendement, apte à produire autant d'électricité qu'une soixante d'éoliennes de type classique comportant uniquement une hélice à trois pales.  The invention is more particularly a large wind turbine and high efficiency, capable of producing as much electricity as sixty conventional wind turbines with only a three blade propeller.

Art antérieur De façon générale, les éoliennes comportent un axe appelé rotor sur lequel des pales sont agencées de manière à s'opposer à la force du vent. L'action du vent sur les pales entraîne ainsi en rotation le rotor et l'énergie mécanique est ensuite utilisée de façon à générer de l'électricité par induction dans un générateur.  PRIOR ART In general, wind turbines comprise an axis called a rotor on which blades are arranged so as to oppose the force of the wind. The action of the wind on the blades thus rotates the rotor and the mechanical energy is then used to generate electricity by induction in a generator.

Tel que décrit dans le document WO 02/09265, un tel dispositif peut comporter une structure modulaire supportant une pluralité de rotors à axes verticaux. Cependant, dans ce cas, la surface totale des pales de chaque rotor est très faible, et par conséquent sa force transmise par le vent à l'axe n'est pas optimale, et le rendement médiocre.  As described in WO 02/09265, such a device may comprise a modular structure supporting a plurality of vertical axis rotors. However, in this case, the total area of the blades of each rotor is very small, and therefore its force transmitted by the wind to the axis is not optimal, and poor performance.

Ainsi, le but de l'invention est de générer un dispositif de conversion d'énergie 25 éolienne en énergie électrique de grandes dimensions, de manière à générer une importante quantité d'énergie électrique et ce, avec le rendement maximum.  Thus, the object of the invention is to generate a device for converting wind energy into electrical energy of large dimensions, so as to generate a large amount of electrical energy and this, with the maximum efficiency.

Exposé de l'invention L'invention concerne donc une éolienne comportant une structure modulaire de plusieurs sous ensembles solidarisés entre eux L'éolienne se caractérise en ce que chaque sous-ensemble comporte une hélice solidarisée à un arbre de rotor orienté selon une direction sensiblement horizontale, chaque arbre de rotor entraînant un arbre de transmission et chaque arbre de transmission entraînant un arbre de générateur.  SUMMARY OF THE INVENTION The invention therefore relates to a wind turbine having a modular structure of several subassemblies joined together. The wind turbine is characterized in that each subassembly comprises a helix secured to a rotor shaft oriented in a substantially horizontal direction. , each rotor shaft driving a transmission shaft and each transmission shaft driving a generator shaft.

Autrement dit, l'éolienne comporte plusieurs hélices montées chacune sur un arbre de rotor agencé horizontalement. Chaque hélice est agencée dans un sous-ensemble apte à être positionné au-dessous, au dessus, ou encore latéralement par rapport à un autre sous- ensemble. De cette manière, il est possible de balayer, à l'aide des pales des hélices, une surface importante sensiblement égale à la surface globale d'encombrement de l'éolienne.  In other words, the wind turbine comprises several propellers each mounted on a rotor shaft arranged horizontally. Each helix is arranged in a subassembly able to be positioned below, above, or laterally relative to another subset. In this way, it is possible to sweep, using the blades of the propellers, a large area substantially equal to the overall footprint of the wind turbine.

Avantageusement, plusieurs arbres de rotor peuvent entraîner un même arbre de transmission.  Advantageously, several rotor shafts can drive the same transmission shaft.

Dans ce cas, les arbres de rotor sont agencés sensiblement parallèlement les uns au dessus des autres et un arbre de transmission vertical permet de transmettre l'énergie motrice de chacun des arbres de rotor à l'arbre de générateur. Une telle transmission peut notamment être réalisée au moyen de pignons à denture conique.  In this case, the rotor shafts are arranged substantially parallel to one another and a vertical transmission shaft transmits the driving energy of each of the rotor shafts to the generator shaft. Such a transmission can in particular be carried out by means of bevel gears.

En pratique, les hélices peuvent comporter des pales occupant la totalité de la surface balayée.  In practice, the propellers may comprise blades occupying the entire swept area.

En d'autres termes, la projection des pales sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation équivaut à la totalité de la surface balayée. De cette manière, le dispositif présente une grande résistance au vent apte à transmettre le maximum d'énergie éolienne à l'arbre de rotor de chaque hélice.  In other words, the projection of the blades on a plane perpendicular to the axis of rotation is equivalent to the totality of the scanned surface. In this way, the device has a high wind resistance able to transmit the maximum wind energy to the rotor shaft of each propeller.

Selon un mode de réalisation particulier, les sous-ensembles peuvent être agencés les uns au dessus des autres. De cette manière, l'éolienne peut se présenter sous la forme d'une colonne formée par un empilement de plusieurs sous-ensembles.  According to a particular embodiment, the subassemblies can be arranged one above the other. In this way, the wind turbine can be in the form of a column formed by a stack of several subassemblies.

Selon un autre mode de réalisation, les sous-ensembles peuvent être agencés les uns à côté des autres.  According to another embodiment, the subassemblies can be arranged next to each other.

Ainsi, le dispositif forme une rampe horizontale de plusieurs sousensembles juxtaposés.  Thus, the device forms a horizontal ramp of several subassemblies juxtaposed.

Bien évidemment, ces deux modes de réalisation peuvent être combinés de façon à former un mur de plusieurs sous-ensembles agencés à différents niveaux d'altitude.  Of course, these two embodiments can be combined to form a wall of several subsets arranged at different altitude levels.

Avantageusement, l'éolienne peut être agencée sur une plateforme pivotant par rapport au sol.  Advantageously, the wind turbine can be arranged on a platform pivoting relative to the ground.

En effet, dans ce cas, il est possible d'orienter la position de l'axe de chaque arbre de rotor parallèlement à la direction du vent. Pour ce faire, la base de l'éolienne peut présenter des roues qui coopèrent avec des rails ou glissières pour permettre leur mouvement de rotation.  Indeed, in this case, it is possible to orient the position of the axis of each rotor shaft parallel to the wind direction. To do this, the base of the wind turbine may have wheels that cooperate with rails or slides to allow their rotational movement.

En pratique, le dispositif peut comporter douze sous-ensembles formés par trois niveaux comportant chacun quatre hélices.  In practice, the device may comprise twelve subsets formed by three levels each comprising four propellers.

Selon un mode de réalisation particulier, cette éolienne peut comporter une structure tubulaire choisie dans le groupe des matériaux comportant l'acier et l'aluminium. En effet, une telle structure présente une grande rigidité pour un faible poids. De plus, le prix de revient d'une telle structure tubulaire est très faible, ce qui améliore le rendement de l'éolienne.  According to a particular embodiment, this wind turbine may comprise a tubular structure selected from the group of materials comprising steel and aluminum. Indeed, such a structure has a high rigidity for a low weight. In addition, the cost of such a tubular structure is very low, which improves the efficiency of the wind turbine.

En pratique, l'éolienne peut également comporter des haubans aptes à rigidifier la structure et éviter ses déformations dues à la force du vent et à son importante prise au vent. Autrement dit, des câbles peuvent maintenir la face avant de l'éolienne de manière à éviter les oscillations d'avant en arrière de la structure.  In practice, the wind turbine may also include stays adapted to stiffen the structure and prevent its deformations due to the strength of the wind and its important wind resistance. In other words, cables can maintain the front face of the wind turbine so as to avoid oscillations from front to back of the structure.

Dans le cas où la structure est pivotante autour d'un axe, les points d'ancrage des haubans doivent être positionnés sur un chariot mobile sur le rail de façon à tourner avec la structure.  In the case where the structure is pivotable about an axis, the anchor points of the stays must be positioned on a carriage movable on the rail so as to rotate with the structure.

Description sommaire des figuresBrief description of the figures

La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: ^ la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif, conforme à l'invention; ^ la figure 2 est une vue de profil de la variante présentée à la figure 1; ^ la figure 3 est une vue de dessus d'un dispositif conforme à l'invention.  The manner of carrying out the invention as well as the advantages derived therefrom will emerge from the description of the embodiment which follows, given by way of indication and not by way of limitation, in support of the appended figures in which: FIG. perspective view of a device according to the invention; Figure 2 is a side view of the variant shown in Figure 1; Figure 3 is a top view of a device according to the invention.

Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de conversion d'énergie éolienne en énergie électrique comportant une structure modulaire de plusieurs sous-ensembles solidarisés entre eux.  How to realize the invention As already mentioned, the invention relates to a device for converting wind energy into electrical energy comprising a modular structure of several subsets secured to each other.

Tel que représenté à la Fig. 1, l'éolienne se compose de douze sousensembles (2) comportant chacun une hélice (1). Elle présente ainsi trois niveaux (7, 8, 9) de quatre hélices (1) juxtaposées les unes à côté des autres dans un même plan horizontal. Chaque sous-ensemble (2) comporte des éléments de structure tels des tubes (13) aptes à maintenir en position les différents organes en rotation de chaque sous-ensemble (2) de chaque sous-ensemble (2). La structure tubulaire (14) ainsi formée par l'assemblage de la pluralité de tubes (13) présente l'avantage d'être très rigide pour une masse et coût minimum.  As shown in FIG. 1, the wind turbine consists of twelve subassemblies (2) each having a helix (1). It thus has three levels (7, 8, 9) of four propellers (1) juxtaposed next to each other in the same horizontal plane. Each subassembly (2) comprises structural elements such as tubes (13) able to maintain in position the various rotating members of each subassembly (2) of each subassembly (2). The tubular structure (14) thus formed by the assembly of the plurality of tubes (13) has the advantage of being very rigid for a mass and minimum cost.

Par ailleurs, cette éolienne est agencée sur une plateforme (4) apte à pivoter autour d'un axe de rotation (3) sensiblement vertical pour permettre d'orienter l'axe de rotation des hélices parallèlement avec la direction du vent. Pour ce faire, la face inférieure de la plateforme (4) est équipée de roues coopérant avec une piste ou des rails agencés sur le sol.  Furthermore, this wind turbine is arranged on a platform (4) capable of pivoting about a substantially vertical axis of rotation (3) to enable the axis of rotation of the propellers to be oriented in parallel with the direction of the wind. To do this, the underside of the platform (4) is equipped with wheels cooperating with a track or rails arranged on the ground.

Un ou plusieurs moteurs permettent de faire pivoter la plateforme (4) ainsi que la structure tubulaire (14) par rapport au sol.  One or more motors can rotate the platform (4) and the tubular structure (14) relative to the ground.

Tel que représenté à la Fig. 2, le dispositif peut être équipé au niveau de sa face avant de haubans (5) aptes à limiter la déformation d'avant en arrière de la structure tubulaire (14) sollicitée par la force du vent. En effet, une telle structure (14) présente une importante prise au vent. Dans ce cas, l'une des extrémités des haubans (5) est solidarisée à un chariot également monté en rotation avec l'éolienne de façon à suivre la direction du vent lorsque celle-ci varie.  As shown in FIG. 2, the device can be equipped at its front face of shrouds (5) capable of limiting the deformation back and forth of the tubular structure (14) biased by the force of the wind. Indeed, such a structure (14) has a significant hold wind. In this case, one of the ends of the stays (5) is secured to a carriage also rotatably mounted with the wind turbine so as to follow the direction of the wind when it varies.

Par ailleurs, les trois niveaux d'hélice (1) comportent chacun un arbre de rotor (10, 11,12). Ces trois arbres de rotor (10, 11,12) entraînent en rotation un même arbre de transmission (15) au moyen de roues dentées à portée conique.  In addition, the three helix levels (1) each comprise a rotor shaft (10, 11, 12). These three rotor shafts (10, 11, 12) rotate a single transmission shaft (15) by means of tapered gears.

L'arbre de transmission (15) entraîne alors un arbre de générateur (16) permettant de générer de l'énergie électrique par induction.  The transmission shaft (15) then drives a generator shaft (16) for generating electrical energy by induction.

La structure tubulaire (14) se compose de montants (20,21) sensiblement verticaux reliés entre eux par une pluralité de tubes (22).  The tubular structure (14) consists of substantially vertical uprights (20,21) interconnected by a plurality of tubes (22).

Tel que représenté à la Fig. 3, l'axe de rotation (3) de l'éolienne est positionné au centre de la structure (14) verticalement. Une telle structure (14) peut être équipée d'éléments stabilisateurs longilignes (16, 17) agencés entre les extrémités latérales de la plate forme (4).  As shown in FIG. 3, the axis of rotation (3) of the wind turbine is positioned in the center of the structure (14) vertically. Such a structure (14) can be equipped with longitudinal stabilizing elements (16, 17) arranged between the lateral ends of the platform (4).

De plus, une telle éolienne peut comporter trois points d'ancrage (23, 24, 25) permettant de fixer des haubans (5), chaque point (23, 24, 25) étant monté sur un chariot pivotant avec la plateforme (4). Tel que représenté, chaque point d'ancrage (23, 24, 25) peut permettre de supporter une pluralité d'haubans (5) solidarisés à la face avant de la structure tubulaire (14) dans un même plan horizontal.  In addition, such a wind turbine may comprise three anchoring points (23, 24, 25) for fixing guy wires (5), each point (23, 24, 25) being mounted on a pivoting carriage with the platform (4) . As shown, each anchor point (23, 24, 25) can support a plurality of stays (5) secured to the front face of the tubular structure (14) in the same horizontal plane.

Il ressort de ce qui précède qu'une éolienne conforme à l'invention comporte de nombreux avantages, et notamment: ^ elle permet d'atteindre un rendement quatre fois supérieur aux éoliennes dites 30 classiques à trois pales; ^ elle permet également des économies sur la structure porteuse et le nombre de générateurs, ce qui permet de réduire ses coûts d'installation; ^ son impact sur l'environnement est également moindre puisqu à puissance égale, il faudrait une soixantaine d'éoliennes de type classique pour la remplacer.  It follows from the foregoing that a wind turbine according to the invention has many advantages, and in particular: it makes it possible to achieve a yield four times greater than the so-called conventional three-bladed wind turbines; it also saves on the load-bearing structure and the number of generators, which makes it possible to reduce its installation costs; Its impact on the environment is also less, since at equal power it would take about 60 conventional wind turbines to replace it.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de conversion d'énergie éolienne en énergie électrique comportant une structure modulaire de plusieurs sous ensembles (2) solidarisés entre eux, caractérisé en ce que chaque sous ensemble (2) comportant une hélice (1) solidarisée à un arbre de rotor (10) orienté selon une direction sensiblement horizontale, chaque arbre de rotor (10) entraînant un arbre de transmission (15) et chaque arbre de transmission (15) entraînant un arbre de générateur (16).  1. A device for converting wind energy into electrical energy comprising a modular structure of several subassemblies (2) joined together, characterized in that each subassembly (2) comprising a helix (1) secured to a rotor shaft ( 10) oriented in a substantially horizontal direction, each rotor shaft (10) driving a transmission shaft (15) and each transmission shaft (15) driving a generator shaft (16). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs arbres de rotor (10, 11, 12) entraînent un même arbre de transmission (15) .  2. Device according to claim 1, characterized in that several rotor shafts (10, 11, 12) drive the same transmission shaft (15). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les hélices (1) comportent 15 des pales occupant la totalité de la surface balayée.  3. Device according to claim 1, characterized in that the propellers (1) comprise 15 blades occupying the entire swept area. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sous ensembles (2) sont agencés les uns au dessus des autres.  4. Device according to claim 1, characterized in that the subsets (2) are arranged one above the other. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sous ensembles (2) sont agencés les uns à cotés des autres.  5. Device according to claim 1, characterized in that the subsets (2) are arranged next to each other. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé sur une plateforme (4) pivotant par rapport au sol.  6. Device according to claim 1, characterized in that it is arranged on a platform (4) pivoting relative to the ground. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte douze sous ensembles (2) d'hélices (1).  7. Device according to claim 1, characterized in that it comprises twelve subassemblies (2) of propellers (1). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une structure 30 tubulaire (14) choisie dans le groupe des matériaux comportant l'acier et l'aluminium.  8. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a tubular structure (14) selected from the group of materials comprising steel and aluminum. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des haubans (5) aptes à rigidifier la structure et éviter ses déformations dues à la force du vent et à son importante prise au vent.  9. Device according to claim 1, characterized in that it comprises shrouds (5) able to stiffen the structure and prevent its deformations due to the force of the wind and its important hold wind.
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