FR2945325A1

FR2945325A1 - Eolienne a axe de rotation perpendiculaire a la direction du vent.

Info

Publication number: FR2945325A1
Application number: FR0953097A
Authority: FR
Inventors: Raphael Menard
Original assignee: IOSIS CONCEPT
Current assignee: Egis Concept Fr
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-12
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: WO2010130947A2; FR2945325B1; WO2010130947A3

Abstract

Eolienne comprenant au moins un rotor (R) dont l'axe de rotation Δ est destiné à être orienté perpendiculairement à la direction du vent et qui comprend au moins deux pales situées à distance de l'axe de rotation Δ et liées chacune à au moins deux platines qui sont guidés en rotation d'axe Δ par une structure porteuse (2), le point d'ancrage de chaque pale sur une platine étant situé à distance de l'axe de rotation Δ, caractérisée en ce que la structure porteuse (2) est une structure creuse, ajourée, symétrique par rapport à l'axe de rotation Δ, orienté verticalement, et en ce que la rotation des pales s'effectue à l'intérieur du volume délimité par la structure porteuse (2).

Description

EOLIENNE À AXE DE ROTATION PERPENDICULAIRE À LA DIRECTION DU VENT La présente invention concerne le domaine technique des éoliennes dont l'axe de rotation est destiné à être orienté perpendiculairement à la direction du vent comme cela est le cas pour les éoliennes de type Darrieus ou encore de type Savonius dont l'axe de rotation est généralement orienté verticalement bien qu'une orientation horizontale en doive pas être exclue. Les éoliennes de type Darrieus présentent l'avantage, lorsque leur axe de rotation est orienté verticalement, d'être toujours opérationnelles quel que soit la direction du vent par opposition aux éoliennes à hélices dont l'axe de rotation est parallèle à la direction du vent et doit être maintenu dans cet état tout au long du fonctionnement de l'éolienne. Les éoliennes de type Darrieus comprennent généralement plusieurs pales allongées qui s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation de l'éolienne et qui sont donc maintenues à leurs deux extrémités par des systèmes de guidage en rotation situés à distance l'un de l'autre le long de l'axe de rotation de l'éolienne. Compte tenu de la distance séparant les systèmes de guidage des pales, il est nécessaire de prévoir des structures porteuses complexes présentant une emprise au sol importante, de sorte que les avantages liés à l'opérabilité de l'éolienne indépendamment de la direction du vent se trouvent contrecarrés par les coûts de conception de la structure porteuse et de la surface d'emprise au sol. Ainsi, il est apparu le besoin d'un nouveau type d'éoliennes qui, d'une part, présente tous les avantages d'une éolienne dont l'axe de rotation est destiné à être orienté perpendiculaire à la direction du vent, notamment en ce qui concerne la simplicité de la cinématique de guidage des pales, et qui, d'autre part, ne présente pas les inconvénients liés à la structure porteuse ou de guidage des éoliennes de type Darrieus connues à ce jour. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne une éolienne comprenant du moins un rotor dont l'axe de rotation A est destiné à être orienté perpendiculairement à la direction du vent et qui comprend au moins deux pales situées à distance de l'axe de rotation A et liées chacune à au moins deux platines qui sont guidés en rotation d'axe A par une structure porteuse, le point d'ancrage de chaque pale sur une platine étant situé à distance de l'axe de rotation A. Selon l'invention, la structure porteuse de l'éolienne est une structure creuse ajourée symétrique par rapport à l'axe de rotation A, orienté verticalement, et la rotation des pales s'effectue à l'intérieur du volume délimité par la structure porteuse.

La mise en oeuvre d'une structure porteuse externe au rotor et entourant ce dernier permet de s'affranchir de la mise en oeuvre d'un fût central assurant le maintien des platines et définissant un point fixe pour la rotation de ces dernières dans le cadre des éoliennes de type Darrieus classique. Or, un tel fût central assurant la tenue structurelle de l'éolienne présente un diamètre important qui perturbe la régularité de l'écoulement entraînant le rotor. Par ailleurs, une structure porteuse creuse, telle que mise en oeuvre par l'invention, a un comportement mécanique du type de celui d'une poutre encastrée au niveau d'une de ses extrémités qui lui permet, à dimensions ou puissance équivalente, de mieux résister aux contraintes extérieures que les éoliennes Darrieus à mât central ou encore que les éoliennes à hélices nécessitant une structure en porte-à-faux. De plus, l'intégration du rotor à l'intérieur de la structure porteuse contribue à réduire les risques de collision avec les oiseaux. La structure porteuse externe contribue également à réduire les risques de projection de pièces en cas de rupture du rotor.

Ainsi, il est apparu de manière assez surprenante lors de simulations en soufflerie numérique que les altérations du flux d'air engendré par la structure porteuse externe sont suffisamment minimes pour être, d'une part, en partie au moins compensées par la suppression du mât central à fonction structurelle et, d'autre part, par les gains de sécurité et notamment de résistance aux sollicitations mécaniques extrêmes, telles que les tremblements de terre ou encore les vents de grande vitesse. Dans cet esprit, selon une variante de réalisation, la structure porteuse possède une forme générale à symétrie de révolution par rapport à l'axe de rotation A. Ainsi, la structure porteuse possède un caractère isotrope améliorant substantiellement son comportement au séisme par rapport à celui des aérogénérateurs à axe horizontal. Dans le cadre de cette variante de réalisation, la structure peut être formée porteuse peut être formée par un ou plusieurs troncs d'hyperboloïde de révolution. La structure porteuse externe présentera alors la forme et la structure d'une tour dite de Shukhov. La structure porteuse peut être réalisée en tout matériau approprié. Ainsi, la structure porteuse pourra se présenter sous la forme d'une tour métallique.

Un autre avantage de la mise en oeuvre d'une structure porteuse enveloppant le volume de révolution du rotor , réside dans la possibilité de pouvoir utiliser cette structure porteuse pour d'autre fonction. Ainsi, la structure porteuse peut être utilisée pour supporter des lignes de transport d'électricité. A cet effet, la structure porteuse de l'éolienne selon l'invention pourra comprendre des moyens de support d'au moins une ligne de transport d'électricité. A cet égard, il doit être remarqué que la structure porteuse d'une éolienne selon l'invention peut être une structure préexistante, telle que par exemple, un pylône électrique préexistant ou encore une structure neuve, spécialement érigée pour y recevoir les rotors de l'éolienne selon l'invention. Dans le cas de l'utilisation de l'éolienne selon l'invention, pour la production d'électricité, l'utilisation de la structure porteuse, en tant que support de ligne de transport électrique permet par la mutualisation des fonctions, une optimisation des coûts d'exploitation et d'installation. Selon l'invention, différentes configurations peuvent être envisagées pour le rotor de l'éolienne. Ainsi, selon une configuration possible pour le rotor, tous les points d'ancrage des pales sur une première platine sont situés à une même distance R1 de l'axe de rotation A qui est sensiblement égale à la distance R2 séparant, de l'axe de rotation A, chaque point d'ancrage d'une pale sur la deuxième platine. La surface balayée par les pales au cours de leur rotation s'inscrit alors dans un tronc de cylindre lui-même contenu à l'intérieur du volume délimité par la structure porteuse. Selon une autre configuration du rotor, tous les points d'ancrage des pales sur une première platine sont situés à une même distance R1 de l'axe de rotation A qui est supérieure à la distance R2 séparant, de l'axe de rotation A, chaque point d'ancrage d'une pale sur la deuxième platiner. Ainsi, la surface balayée par les pales au cours de leur rotation s'inscrit dans un tronc de cône. Ces deux configurations correspondent à des valeurs différentes de ce qui pourrait être qualifié d'inclinaison axiale d'une pale à savoir l'angle formé par la droite passant par les points d'ancrage d'une pales sur les platines, dite corde longitudinale, et en l'axe de rotation A, en projection dans un plan axial, dit frontal, passant par un point d'ancrage de la pale sur une platine. Selon l'invention, il est également possible d'agir sur ce qui pourrait être qualifié d'inclinaison tangentielle de chaque pale, à savoir l'inclinaison d'une corde longitudinale de chaque pale par rapport à l'axe de rotation en projection dans un plan axial, dit sagittal, orthogonal au plan axial frontal. Pour une valeur d'angle d'inclinaison tangentielle nulle la corde longitudinale sera contenue dans un plan axiale et pour une valeur d'angle d'inclinaison radiale nulle les distance R1 et R2 seront égales.Dans le cas d'une valeur d'angle d'inclinaison tangentiel nulle, la valeur de l'angle entre un plan transversal à l'axe de rotation A et la corde longitudinale sera de 90°. Toutefois, selon l'invention, l'angle d'inclinaison tangentiel pourra également être inférieur à 90°, de sorte que chaque pale possèdera une corde longitudinale s'étendant dans un plan sécant à l'axe de rotation A. Dans le cas où les pales présentent une inclinaison tangentielle non nulle, elles peuvent alors être liées les unes aux autres au niveau de leur point d'ancrage sur les platines. Dans ce cas, le rotor comprend un nombre de pales, pair et supérieur ou égal à quatre, chaque point ancrage sur une platine étant commun à deux pales adjacentes. Ce mode de réalisation du rotor permet d'augmenter la rigidité de ce dernier et notamment sa résistance à la torsion, de sorte que les caractéristiques structurelles du rotor permettent d'assurer une parfaite synchronisation de la rotation des platines sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre une liaison directe rigide entre ces dernières.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, le rotor pourra comprendre six pales, ce nombre de pales offrant un compromis optimal entre l'efficacité aérodynamique du rotor et la rigidité de ce dernier. Compte tenu du mode de fonctionnement du rotor, les pales sont soumises lors de leur rotation à des contraintes orientées vers l'extérieur résultant d'une part, de la dépression engendrée par le vent au niveau de l'extrados des pales et d'autre part, des forces centrifuges. Afin de compenser ces forces et de répartir ces dernières sur l'ensemble de la structure du rotor chaque pale peut être liée une autre pale et/ou à une platine par des tirants de reprise d'effort. La mise en oeuvre de tels tirants de reprise d'efforts permet d'adopter une conception plus légère et donc plus économique pour les pales qui ne doivent alors pas être dimensionnées pour être en mesure de supporter à elles-seules les contraintes auxquelles elles sont soumises, comme cela est, par exemple, le cas pour les pales des éoliennes à hélices. Selon un mode de réalisation de l'invention, afin de garantir une synchronisation de la rotation des platines, il pourra être envisagé de mettre en oeuvre un arbre central qui s'étend selon l'axe d'état et qui synchronise la rotation des platines. Un tel arbre de synchronisation n'aura alors pas de fonction de maintien et de guidage des platines, fonction assurée par la structure porteuse ce qui permet de lui conférer un diamètre relativement faible induisant une très faible perturbation du flux d'air. A puissance d'éolienne équivalente, cet arbre central, selon l'invention, aura une section substantiellement inférieure à celle d'un mat central des éoliennes Darrieus connu et cela même si l'arbre selon l'invention est utilisé pour l'ancrage de tirants de répartition des efforts supportés par les pales. Par ailleurs, l'invention vise également à offrir des moyens permettant de réaliser les pales d'un rotor d'une éolienne dont l'axe de rotation A est destiné à être orienté perpendiculaire à la direction du vent, en étant placé soit horizontalement, soit verticalement, d'une manière économique en présentant un bilan poids/résistance structurelle supérieur à celui des pales d'éoliennes connues à ce jour. A cet effet, et selon une première forme de réalisation d'une éolienne selon l'invention, chaque pale du rotor comprend au moins deux voilures, externe et interne, qui sont en partie au moins distantes l'une de l'autre et qui sont reliées par des entretoises. La distance entre les deux voilures peut alors être choisie pour être de l'ordre du dixième de la portée, à savoir la distance séparant les points d'encrage de chaque pale sur les platines. La distance entre les deux voilures pourra, par exemple, être comprise entre un 9ème et un 11 ème de la portée sans que cette plage de valeur soit limitative. Ce mode de réalisation permet d'obtenir une pale susceptible de présenter des portées supérieures à 4 mètres, tout utilisant de composants et des matériaux peu coûteux et/ou de mise en oeuvre simple, tel que du métal notamment. Cette disposition permet notamment une très grande rigidité à la pale et par là même vise à limiter les effets dynamiques en augmentant les fréquences propres de la pale dans des gammes limitant les interactions avec les effets du vent comme ceux de la rotation du rotor.

Dans le cadre de cette première forme de réalisation des pales, différentes variantes peuvent être envisagées pour la conformation des voilures interne et externe. Ainsi, selon une variante de réalisation, la voilure externe, vue dans un plan axial frontal, est droite. Différentes configurations peuvent alors être envisagée pour la voilure interne, Selon un mode de réalisation, la voilure interne, vue dans un plan axial frontal, est incurvée avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers le plan de voilure externe. Selon un autre mode de réalisation, le plan de voilure interne est en partie au moins parallèle au plan de voilure externe. De la même manière, différentes configurations peuvent être envisagées pour les entretoises s'étendant entre les deux plans de voilure. Ainsi les entretoises peuvent posséder une orientation radiale, elles peuvent également être inclinées par rapport au plan de voilure externe ou encore s'étendrent selon une direction normale à la voilure externe. Selon l'invention, les entretoises peuvent présenter différentes formes, toutefois afin de réduire les perturbations aérodynamiques qu'elles seraient susceptibles d'engendrer les entretoises seront de préférence profilées. Dans le cas de figure où les entretoises ne sont pas perpendiculaires à l'axe A, elles peuvent alors participer à la propulsion du rotor. Selon l'invention, les pales du rotor ne comprennent pas nécessairement deux plans de voilure, ainsi selon une deuxième forme de réalisation, chaque pale comprend une seule voilure. Dans le cadre de cette deuxième forme de réalisation des pales, chaque pale peut être reliée par une jambe de force à chaque platine de manière à augmenter la tenue de la pale sans devoir en augmenter la section. Toujours dans le cadre de cette deuxième forme de réalisation et selon une variante de l'invention, chaque pale est incurvée, vue dans un plan axial forntal, avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers l'extérieur. Dans le cadre de cette variante, la sollicitation de la pale en mouvement sous l'effet du vent s'exerce essentiellement en compression dans la mesure où la géométrie de l'arc suit le chemin funiculaire des efforts engendrés par les forces centrifuges.. Afin d'assurer une reprise de ces efforts, chaque pale peut comprendre au moins un tirant s'entendant selon une corde de la pale et par exemple selon la corde longitudinale, entre les points d'ancrage de la pale sur les platines.

Selon une autre variante de la deuxième forme de réalisation des pales, chaque pale comprend plusieurs tronçons successifs s'étendant les uns à la suite des autres selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation A, chaque tronçon présentant une forme incurvée, la face convexe de tous les tronçon ayant la même orientation par rapport à l'axe de rotation A.

Selon une autre variante de la deuxième forme de réalisation des pales, chaque pale, vue dans un plan axial frontal, est droite et se trouve renforcée par une structure de reprise d'effort comprenant une membrure incurvée dont la concavité est orientée vers l'axe de rotation A et qui est reliée à la pale par des tirants. La membrure et les tirants pourront par exemple être formés par des câbles. Par ailleurs, il doit être noté qu'une éolienne selon l'invention est susceptible de comprendre un ou plusieurs rotors. Ainsi, selon une forme de réalisation de l'invention, l'éolienne comprendra au moins deux rotors superposés ayant leur axes de rotation sensiblement alignés ou parallèles. Ces rotors pourront alors avoir des vitesses de rotation différentes voire des rotations indépendantes. Ainsi, les rotors pourront alors exploiter au mieux la puissance vélique disponible à leur aptitude. Chacun des rotors peut alors être relié à des unités distinctes de transformation de leur rotation en énergie mécanique utilisable par exemple pour la production d'électricité. Selon l'invention, il est également possible de prévoir un ensemble aérogénérateur comprenant au moins deux éoliennes selon l'invention, dont les structures porteuses sont superposées et reliées de manière à ce que leur axe de rotation A soit sensiblement aligné ou confondu. Bien entendu, les diverses caractéristiques, configurations, modes et formes de réalisation d'une structure porteuse, des pales d'un rotor selon l'invention ou du rotor en lui-même constitutifs d'une éolienne selon l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les unes des autres. Par ailleurs, diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description ci-dessous effectuée en référence aux dessins annexés qui illustrent des formes non limitatives de réalisation d'une structure porteuse, de pales et de rotors constitutifs d'éoliennes selon l'invention. La figure 1 est une élévation schématique d'une structure porteuse d'éolienne selon l'invention réalisée sous la forme d'une tour métallique de type tourde Shukhov. La figure 2 est une perspective schématique une forme de réalisation d'un rotor, à pales biplan, susceptible d'être mise oeuvre dans l'éolienne illustrée à la figure 1. Les figures 3 et 4 sont des vues schématiques partielles, dans un plan axial frontal, montrant des variantes de réalisation d'une pale à deux voilures, dite également pale biplan, constitutive d'un rotor selon l'invention. La figure 5 est une perspective schématique une autre forme de réalisation d'un rotor, à pale monoplan, susceptible d'être mise oeuvre dans l'éolienne illustrée à la figure 1.

La figure 6 est une coupe transversale schématique, selon la ligne V-V, du rotor illustré à la figure 5. Les figures 7 à 10 sont des vues schématiques partielles, dans un plan axial frontal, montrant des variantes de réalisation d'une pale à une seule voilure, dite également pale monoplan, constitutive d'un rotor selon l'invention.

La figure 11 est une perspective schématique illustrant une pale de rotor selon l'invention présentant une inclinaison tangentielle non nulle.

La figure 12 est une perspective schématique illustrant une forme de réalisation d'un rotor à huit pales qui sont liées les unes au autres au niveau de leur ancrage sur les platines non représentées du rotor. Sur les différentes figures les éléments communs possèdent les mêmes références. Une éolienne selon l'invention, telle qu'illustrée en élévation schématique à la figure 1 et désignée dans son ensemble par la référence 1, comprend une structure porteuse 2 creuse et ajourée de manière à être perméable au vent. La structure porteuse 2 présente par ailleurs un axe de symétrie vertical A. La structure porteuse 2 peut être réalisée de toute manière appropriée telle que par exemple sous la forme d'une tour métallique. Selon l'exemple illustré, la structure porteuse 2 est une tour métallique de type tour de Shukhov formée de quatre troncs 3, 4, 5, 6 d'hyperboloïdes de révolution d'axe A qui sont superposés et possèdent des diamètres nominaux décroissants. Chaque tronçon 3, 4, 5, 6 est constitué par deux rangs 7, 8 de montants rectilignes. Chaque rang étant formé par des montants, dont les extrémités sont fixées sur des cercles ou ceintures circulaires horizontales 9, 10, 11, 12, 13 dont le centre est situé sur l'axe A. Les montants d'un même rang 7 ou 8 présentent tous la même inclinaison par rapport à un plan horizontal, les inclinaisons des montants d'un rang 7 à l'autre 8 étant inversé de sorte que l'assemblage définit un treillis dont l'enveloppe externe est un hyperboloïde de révolution. Le mode de construction et d'assemblage des différents tronçons constitutifs de la tour de Shukhov est largement connu de l'homme du métier et ne nécessite donc pas de plus amples explications. Il sera toutefois noté que pour le tronçon de base 3 la ceinture inférieure 9 située au niveau du sol n'est pas nécessairement formé par un cercle métallique mais peut résulter de la disposition de massifs d'ancrage des montants 7. Par ailleurs, il sera remarqué que seuls certains des montants constitutifs des différents tronçons 3 à 6 sont représentés à la figure 1 de manière à en faciliter la lecture.

Il sera remarqué que, selon l'exemple illustré, la structure porteuse 2 comprend des moyens 15 de support de lignes électriques non représentées. Selon l'exemple illustré, les trois tronçons 4, 5 et 6 situés au dessus du tronçon de base 3 sont tous destinés à recevoir un rotor R dont l'axe de rotation A est confondu avec l'axe de symétrie vertical A de la structure porteuse 2. Pour des raisons de lisibilité les trois rotors R sont représentés de façon partielle et/ou schématique à la figure 1. Dans la mesure où les rotors R, de type Darrieus, sont placés à l'intérieur des tronçons, leur guidage en rotation est réalisé par des moyens de guidage 16, maintenus par des membrures, non représentée, solidaires des ceintures 10 à 13 à de chacun des tronçons 4 à 6. Ainsi, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre un mat structurel de guidage s'étendant le long de l'axe de rotation A des rotors. Il est à noter que, dans le cadre de l'utilisation de l'éolienne selon l'invention pour assurer la production d'électricité, certains au moins des moyens de guidage, supportés par la structure porteuse, sont accouplés à des moyens de génération d'électricité. De tels moyens font intervenir des trains d'engrenage et/ou des boîtes de vitesse d'accouplement à une ou plusieurs génératrices et éventuellement des transformateurs ou convertisseurs. Ces moyens de production d'électricité sont largement connus de l'homme du métier et ne nécessitent donc pas de plus ample explication. Un exemple de rotor susceptible mise en oeuvre à l'intérieur des tronçons 4 à 6 est illustré à la figure 2. Selon cet exemple, le rotor 20 comprend deux platines, respectivement basse 21 et haute 22 qui sont guidées en rotation par les moyens 16 solidaires de la structure porteuse 2 auxquels elles sont liées par tout moyen approprié. Selon l'exemple illustré, les platines 21 et 22 possèdent trois branches 23 disposées à 120° et à l'extrémité desquelles sont fixées les pales 25 du rotor qui comprend donc trois selon l'exemple illustré pales. Bien entendu, le rotor 20 pourrait également comprendre deux pales 25 ou plus de trois pales 25 selon les dimensions et les puissances recherchées. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 2, les points d'ancrage bas 26 de chaque pale 25 sur la platine inférieure 21 sont situés à une distance R1 de l'axe de rotation A inférieur à la distance R2 séparant les points d'ancrage haut 27 de chaque pale 25 sur la platine supérieure 22 de l'axe de rotation A. Bien entendu, il pourrait être envisagé que les distances R1 et R2 soient égales.

Selon l'exemple illustré, chacune des pales 25 présente deux voilures, à savoir une voilure externe 28 et une voilure interne 29, qui sont reliées l'une à l'autre par des entretoises 30. Selon l'exemple illustré, la voilure externe 28 de chaque pale 25 est droite lorsqu'elle est vue dans un plan axial frontal, i.e. en vue de face, mais également vue dans un plan axial sagittal, ie vue de profil. Selon l'exemple illustré, chaque voilure interne 29 présente un tronçon central 31 sensiblement parallèle à la voilure externe 28. Le tronçon central 31 est alors prolongé par deux tronçons extrêmes inclinés 32 qui sont liés à la voilure externe 28 sensiblement au niveau des point d'ancrage 26, 27. De plus, selon l'exemple illustré, les entretoises 30 sont inclinées par rapport à la voilure externe 28 ainsi qu'au tronçon central 31 de la voilure interne 29. Cette forme de réalisation d'une pale à deux voilures, dite biplan, permet d'obtenir une structure assimilable à une poutre de type Warren présentant une grande rigidité à la flexion, tout en pouvant être réalisée avec des matériaux de mise en oeuvre facile telle que du métal. De plus, il est possible de profiler les voilures externe 26 et interne 27, ainsi que les entretoises 28 pour obtenir des performances aérodynamiques satisfaisantes en obtenant un bilan de poids acceptable, sans devoir recourir à des matériaux de mise en oeuvre onéreuse ou des pièces de grande dimension, comme cela est le cas de pales en matériaux composites.

Chaque rotor ainsi constitué est donc disposé à l'intérieur des tronçons 4 à 6 de la structure porteuse 2, telle qu'illustrée à la figure 1. les dimensions de chaque rotor est alors adapté au volume interne du tronçon correspondant. Selon l'invention, il est également possible d'envisager d'autres configurations pour les deux voilures 28, 29 d'une pale biplan 25 selon l'invention. Ainsi, la figure 3 illustre une autre configuration selon laquelle les voilures interne 29 et externes 28 sont toutes deux droites et parallèles entre elles et reliées par des membrures 30 s'étendant radialement. La figure 4 illustre encore une autre configuration de pale biplan 25 dont la voilure externe 28 est droite, tandis que la voilure interne 29 est concave avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers la voilure externe 26. Par ailleurs, selon cet exemple, les entretoises 30 s'étendent perpendiculairement à la voilure externe 26.

Selon l'invention, il n'est toutefois pas strictement nécessaire que chaque pale soit de type biplan. Ainsi, chaque pale 25 du rotor R peut comprendre qu'une seule voilure comme cela est illustré à la figure 5. Selon cet exemple, le rotor R comprend également trois pales 25 disposées à 120° les unes des autres. Selon cet exemple, chaque pale 25, vue dans un plan axial frontal, est incurvée avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers l'extérieur. Afin d'assurer une reprise des efforts subis sous l'effet du vent et des forces centrifuges, chaque pale 25 est complétée par un tirant 35 s'étendant entre les points d'ancrage correspondants de la pale sur les platines hautes et basses, de manière à finir une corde de la pale 25 située dans un plan axial. Selon l'exemple illustré, la résistance structurelle et notamment la reprise des efforts en torsion des pales 25 est de plus assurée par un réseau de tirants 36 reliant les points des bords d'attaque 37 et de fuite 38 de chaque pale à une pièce centrale 39 de répartition des efforts comme le montre la figure 6. La pièce centrale 36 de répartition des efforts peut alors être un simple anneau situé au niveau de chaque étage de tirants 36 ou au contraire être formée par un tube s'étendant le long de l'axe A assurant en outre la synchronisation de la rotation des platines supérieure 22 et inférieure 21. Bien entendu, il pourrait être envisagé de renforcer les pales au moyen d'un réseau de tirants ou de câbles reprenant les efforts et ancrés en partie au moins sur les platines. La mise en oeuvre d'un tel réseau de tirants permet d'augmenter substantiellement la résistance mécanique des pales et du rotor sans perturber notablement les performances aérodynamiques du rotor tout en conservant un bilan de poids satisfaisant.

Afin de s'affranchir de tels systèmes de tirants nécessaires à la reprise d'efforts de torsion des pales lorsque ces dernières présentent une grande élongation, il est également possible de prévoir de réaliser chaque pale 25 sous la forme d'une succession de tronçons arqués 45 et s'étendant successivement les uns à la suite des autres selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation A comme le montrent les figures 7 et 8. Chaque tronçon 45 présente alors une forme incurvée, la face concave de tous les tronçons ayant alors la même orientation par rapport à l'axe de rotation A, soit en étant dirigé vers ce dernier et comme le montre la figure 7 ou à l'opposé de celui-ci comme le montre la figure 8. Selon, ces exemples les rotors R comprennent des platines intermédiaires 46 pour l'ancrage des extrémité des tronçons 45. Selon l'invention, chaque pale monoplan d'un rotor n'est pas nécessairement incurvée, ainsi la figure 9 illustre une forme de réalisation selon laquelle la pale présente, lorsqu'elle est vue de profil, dans un plan axial frontal une forme droite. Selon l'exemple de la figure 9, la résistance structurelle de chaque pale 25 est renforcée par des jambes de force 47 reliant la pale 25 à chacune des platines 21, 22. La figure 10 illustre encore une autre forme de réalisation d'une pale monoplan qui présente une forme générale rectiligne et se trouve renforcée par une structure de reprise d'efforts comprenant une membrure incurvée 48 dont la concavité est orientée vers l'axe de rotation A et qui est reliée à la pale 25 par des tirants 49. Chaque pale 25 constitutive du rotor étant alors associée à une même structure de reprise d'efforts.

Par ailleurs, selon les exemples décrits précédemment en relation avec les figures 2 à 10, chaque pale 25 du rotor R possède une corde longitudinale qui est coplanaire à l'axe de rotation. Toutefois, une autre disposition pourrait être envisagée. Ainsi, comme cela est illustré à la figure 11, e chaque pale 24 peut présenter une inclinaison tangentielle non nulle. Dans le cadre d'une telle forme de réalisation, il peut alors être envisagé de relier les extrémités de chaque pale 25à une pale adjacente, comme le montre la figure 12 sur laquelle le rotor prend huit pales, étant entendu que le rotor pourrait comprendre aussi quatre ou six pales.

Bien entendu, diverses autres variantes de réalisation d'une structure porteuse, d'un rotor ou de pales d'éoliennes conformes à l'invention peuvent être envisagées dans le cadre des revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS1. Eolienne comprenant au moins un rotor (R) dont l'axe de rotation A est destiné à être orienté perpendiculairement à la direction du vent et qui comprend au moins deux pales (25) situées à distance de l'axe de rotation A et liées chacune à au moins deux platines (21, 22) qui sont guidés en rotation d'axe A par une structure porteuse (2), le point d'ancrage de chaque pale (25) sur une platine étant situé à distance de l'axe de rotation A, caractérisée en ce que la structure porteuse (2) est une structure creuse, ajourée, symétrique par rapport à l'axe de rotation A, orienté verticalement, et en ce que la rotation des pales (25) s'effectue à l'intérieur du volume délimité par la structure porteuse (2).
2. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en que la structure porteuse (2) possède une forme générale à symétrie de révolution par rapport à l'axe de rotation A.
3. Eolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la structure porteuse (2) possède une forme générale d'hyperboloïde de révolution.
4. Eolienne selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que la structure porteuse (2) comprend des moyens (15) de support d'au moins une ligne de transport d'électricité.
5. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que tous les points d'ancrage des pales (25) sur une première platine sont situés à une même distance R1 de l'axe de rotation A qui est sensiblement égale à la distance R2 séparant de l'axe de rotation A chaque point d'ancrage (26, 27) d'une pale (25) sur la deuxième platine.
6. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée tous les points d'ancrage (26) des pales (25) sur une première platine (21) sont situés à une même distance R1 de l'axe de rotation A qui est supérieure à la distance R2 séparant, de l'axe de rotation A, chaque point d'ancrage (27) d'une pale (25) sur la deuxième platine (22).
7. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque pale (25) possède une corde longitudinale contenue dans un plan axial ou parallèle à l'axe de rotation A.
8. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque pale (25) possède une corde longitudinale s'étendant dans un plan sécant à l'axe de rotation A.
9. Eolienne selon la revendication 8, caractérisée en qu'elle comprend un nombre de pales (25), pair et supérieur ou égal à quatre, chaque point ancrage (26, 27) sur un rotor (R) étant commun à deux pales (25) adjacentes.
10. Eolienne selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle comprend six pales (25).
11. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que chaque pale (25) est liée une autre pale (25) et/ou à une platine par des tirants de reprise d'effort.
12. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée qu'elle comprend un arbre central (39) qui s'étend selon l'axe A et qui synchronise la rotation des platines (21, 22).
13. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque pale (25) comprend au moins deux voilures, externe (28) et interne (29) , qui sont en partie au moins distantes l'une de l'autre et reliées par des entretoises (30).
14. Eolienne selon la revendication 13, caractérisée en ce que la voilure externe (28), vue dans un plan axial, est droite.
15. Eolienne selon la revendication 14 caractérisé en ce que la voilure interne (29), vue dans un plan axial, est incurvée avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers le plan de voilure externe (28).
16. Eolienne selon la revendication 14, caractérisée en ce que le plan de voilure interne (29) est en partie au moins parallèle au plan de voilure externe (28).
17. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que les entretoises (30) s'étendent radialement entre les deux voilures (28, 29).
18. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que les entretoises (30) sont inclinées par rapport au plan de voilure externe (28).
19. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que les entretoises (30) s'étendent selon une direction normale à la voilure externe (28).
20. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 19, caractérisée en ce que les entretoises (30) sont profilées.
21. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque pale (25) comprend une seule voilure.
22. Eolienne selon la revendication 21, caractérisée en ce que chaque pale (25) est reliée par une jambe de force (32) à chaque platine (21, 22).
23. Eolienne selon la revendication 21, caractérisée en ce que chaque pale (25) est incurvée, vue dans un plan axial, avec une face convexe orientée vers l'axe de rotation A et une face concave orientée vers le plan de voilure externe (28).
24. Eolienne selon la revendication 23, caractérisée en ce que chaque pale (25) comprend au moins un tirant s'entendant selon une corde de la pale.
25. Eolienne selon la revendication 21, caractérisée en ce que chaque pale (25) comprend comprends plusieurs tronçons (45) successifs s'étendant les uns à la suite des autres selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation A, chaque tronçon présentant une forme incurvée, la face convexe de tous les tronçon ayant la même orientation par rapport à l'axe de rotation A.
26. Eolienne selon la revendication 21, caractérisée en ce que chaque pale (25), vue dans un plan axial, est droite et se trouve renforcée par une structure de reprise d'effort comprenant une membrure incurvée (48) dont la concavité est orientée vers l'axe de rotation A et qui est reliée à la pale (25) par des tirants (49).
27. Eolienne selon la revendication 26, caractérisée en ce que la membrure incurvée (48) est formée par un ou plusieurs câbles.
28. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé en ce que `elle 25 comprend au moins deux rotors (R) ayant des axes de rotations sensiblement alignés ou parallèles.
29. Ensemble aérogénérateur caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éoliennes selon l'une des revendications 1 à 28 dont les structures porteuses (2) sont superposées et reliées de manière que les axes de rotation A de leur rotors 30 (R) soient sensiblement alignés et dont les rotors (R) entraînent des moyens de production d'électricité.