-1- La présente invention appartient au domaine des éoliennes à axe horizontal également dénommées moteurs à vent avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent. Cette invention se rapporte à une éolienne à pales basculantes et régulation centrifuge. The present invention belongs to the field of horizontal axis wind turbines also called wind motors with rotation axis substantially in the direction of the wind. This invention relates to a wind turbine with tilting blades and centrifugal regulation.
Art antérieur La régulation de la vitesse de rotation des éoliennes à axe moteur sensiblement dans la direction du vent est réalisée le plus souvent de trois façons différentes selon la taille des éoliennes. Pour les éoliennes de diamètres moyens ou importants, par exemple supérieurs à dix mètres, la régulation se fait par l'orientation des pales par rapport à la direction du vent ce qui est réalisé en utilisant des servomoteurs commandés par calculateurs. Pour les éoliennes de petits diamètres, inférieurs à dix mètres, la régulation peut être réalisée de manière entièrement mécanique et de façons différentes : la première façon par l'orientation des pales par rapport à la direction du vent, cette orientation étant actionnée par un régulateur centrifuge ; cette solution entraîne une complexité et un coût élevé de la partie mécanique correspondante. La seconde façon par le changement d'orientation de l'éolienne par rapport au vent afin de recevoir plus ou moins de vent sur le rotor, ce type de régulation est nommé effacement. Cet effacement peut être réalisé soit dans le sens horizontal, soit dans le sens vertical ; il présente deux inconvénients : des mouvements brusques en cas de rafales et des rendements médiocres pour les vents forts. Exposé général de l'invention La présente invention concerne la partie principale et motrice d'une éolienne à axe de rotation sensiblement dans la direction du vent et comportant des pales basculantes et une régulation centrifuge. La partie principale et motrice de cette éolienne comporte l'ensemble des moyens et équipements permettant la rotation de l'arbre moteur, la régulation de la 2953258 -2- vitesse de rotation et de l'énergie fournie. Il ne sera pas fait mention des équipements annexes classiques tels que paliers, frein, transmission du mouvement et support. Pour simplifier l'exposé, il est précisé que ce qui est désigné « partie avant » 5 correspond à la zone qui reçoit le vent sur les pales jusque au plan de rotation de l'éolienne ; par opposition, la « partie arrière » correspond à la zone où le vent a dépassé les pales et le plan de rotation. Cette invention a pour objet une éolienne à axe de rotation sensiblement dans la direction du vent, comportant : 10 - un arbre de rotation central - un moyeu calé sur l'arbre et transmettant le mouvement de rotation - plusieurs pales solidaires du moyeu et pouvant basculer vers l'arrière de l'éolienne par rapport à la direction du vent sous les effets combinés de la poussée du vent et des leviers de basculement fixés aux pieds des pales . 15 Chaque pale est munie d'un levier de basculement, celui-ci porte à l'extrémité opposée à la pale une masse qui sous l'effet de la rotation de l'éolienne agit par force centrifuge dans le sens du basculement. Chaque pale est munie, du côté opposé au levier de basculement, d'une barre de retenue et d'inclinaison de pale qui relie la pale à la couronne de retenue des pales. 20 - une couronne de retenue des pales montée sur l'arbre de rotation et coulissant sur cet arbre ; cette couronne est d'une part reliée à l'ensemble des barres de retenue et d'inclinaison des pales et d'autre part munie de plusieurs ressorts de rappel qui agissent sur elle dans le sens inverse du basculement des pales. La couronne de retenue des pales assure l'égalité et le 25 synchronisme de l'inclinaison de toutes les pales. PRIOR ART Regulation of the rotation speed of wind turbines with a motor axis substantially in the wind direction is most often carried out in three different ways depending on the size of the wind turbines. For wind turbines of medium or large diameters, for example greater than ten meters, the regulation is done by the orientation of the blades relative to the wind direction which is achieved using servomotors controlled by computers. For wind turbines with a diameter of less than 10 meters, the regulation can be carried out entirely mechanically and in different ways: the first way by orienting the blades with respect to the wind direction, this orientation being actuated by a regulator centrifugal; this solution leads to a complexity and a high cost of the corresponding mechanical part. The second way by the change of orientation of the wind turbine relative to the wind to receive more or less wind on the rotor, this type of regulation is called erasure. This erasure can be performed either in the horizontal direction or in the vertical direction; it has two disadvantages: sudden movements in case of gusts and poor yields for strong winds. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the main and driving part of a wind turbine with axis of rotation substantially in the direction of the wind and comprising tilting blades and centrifugal regulation. The main and driving part of this wind turbine comprises all the means and equipment for rotating the motor shaft, regulating the speed of rotation and the energy supplied. There will be no mention of conventional ancillary equipment such as bearings, brake, transmission of movement and support. To simplify the description, it is specified that what is designated "front part" 5 corresponds to the area that receives the wind on the blades to the plane of rotation of the wind turbine; in contrast, the "rear part" is the area where the wind has passed the blades and the plane of rotation. The subject of the invention is a wind turbine with a rotation axis substantially in the wind direction, comprising: - a central rotation shaft - a hub fixed on the shaft and transmitting the rotational movement - several blades integral with the hub and capable of rocking towards the rear of the wind turbine with respect to the wind direction under the combined effects of wind thrust and tilt levers attached to the blade roots. Each blade is provided with a tilting lever, which carries at the end opposite the blade a mass which under the effect of the rotation of the wind turbine acts by centrifugal force in the direction of tilting. Each blade is provided, on the opposite side to the tilting lever, a blade retaining bar and inclination which connects the blade to the blade retaining ring. A blade retaining ring mounted on the rotation shaft and sliding on this shaft; this ring is on the one hand connected to all the retaining bars and inclination of the blades and on the other hand provided with several return springs which act on it in the opposite direction of tilting of the blades. The blade retaining ring ensures the equality and synchronism of the inclination of all the blades.
Enoncé des figures La figure 1 représente une vue de côté du moyeu de l'éolienne avec une pale en position verticale munie du levier de basculement et de la barre de retenue et d'inclinaison de pale reliée à la couronne de retenue. DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 represents a side view of the hub of the wind turbine with a blade in a vertical position provided with the tilting lever and the blade retaining and tilting bar connected to the retaining ring.
La figure 2 représente une vue de côté du moyeu de l'éolienne avec une pale en position basculée. La figure 3 représente une vue de dessus du moyeu de l'éolienne avec une pale en position verticale munie du levier de basculement et de la barre de retenue et d'inclinaison de pale reliée à la couronne de retenue. L'axe de fixation et de basculement de la pale est décalé d'un angle par rapport au sens de rotation de l'éolienne.. Exposé détaillé de l'invention Une éolienne à pales basculantes et régulation centrifuge conforme à l'invention comporte un arbre de rotation (1) entraîné par un moyeu (2) calé sur l'arbre de rotation transmettant le mouvement de rotation. Plusieurs pales (3) solidaires du moyeu peuvent s'incliner et basculer vers la partie arrière de l'éolienne. Chaque côté du moyeu recevant une pale porte deux supports (4) constituant les paliers recevant l'axe (5) de fixation et de basculement de la pale . Figure 2 shows a side view of the hub of the wind turbine with a blade in tilted position. Figure 3 shows a top view of the hub of the wind turbine with a blade in a vertical position provided with the tilting lever and the blade retaining bar and inclination connected to the retaining ring. The axis of attachment and tilting of the blade is offset by an angle with respect to the direction of rotation of the wind turbine. Detailed description of the invention A wind turbine with tilting blades and centrifugal regulation according to the invention comprises a rotation shaft (1) driven by a hub (2) wedged on the rotation shaft transmitting the rotational movement. Several blades (3) integral with the hub can tilt and tilt towards the rear part of the wind turbine. Each side of the hub receiving a blade carries two supports (4) constituting the bearings receiving the axis (5) for fixing and tilting of the blade.
En variante, la direction de cet axe (5) et des paliers supports (4) est décalée par rapport au sens de rotation de l'éolienne d'un angle e dont la valeur dépend des caractéristiques aérodynamiques du profil de pale; cet angle est identique pour chaque pale. Chaque pale est munie d'un levier de basculement (6) et du côté opposé d'une barre (7) de retenue et d'inclinaison de pale. Le levier de basculement (6) situé en avant de la pale par rapport au vent porte à l'extrémité opposée à la pale une masse (8) qui sous l'effet de la rotation de l'éolienne produit une force centrifuge agissant dans le sens du basculement de la pale. La barre (7) 2953258 -4- de retenue et d'inclinaison de pale située en arrière de la pale relie la pale (3) à la couronne (9) de retenue des pales. La couronne (9) de retenue des pales est montée coulissante sur l'arbre de rotation (1) , elle est d'une part reliée à l'ensemble des barres (7) de retenue et 5 d'inclinaison des pales, et d'autre part munie de plusieurs ressorts de rappel (10) et (11) qui agissent dans le sens inverse du basculement. Dans la position correspondant à la position verticale des pales ou même sensiblement en avant de la verticale vers le vent, la couronne (9) de retenue vient en appui sur une butée (12) . Dans la position inverse de la couronne de retenue 10 correspondant au basculement maximal, cette couronne se situe en appui sur le ressort (11) qui est alors comprimé et maintenu par la butée (13). Il doit être entendu que la description qui précède est donnée à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les organes et équipements par d'autres 15 équivalents. Principes de fonctionnement Dans la position correspondant au démarrage de l'éolienne, lorsque la vitesse du vent sur les pales assure la rotation, les pales se trouvent en position verticale ou même sensiblement en avant de la verticale vers le vent ; 20 cette position est assurée par la couronne de retenue sous l'action des ressorts de rappel. De cette façon, l'éolienne monte en vitesse de rotation et récupère dans les meilleures conditions l'énergie du vent. Lorsque la force du vent dépasse un certain niveau fixé à l'avance, la force centrifuge qui s'exerce sur les masses des leviers de basculement combinée avec la poussée 25 aérodynamique sur les pales, entraîne l'inclinaison des pales vers l'arrière. La couronne de retenue qui assure l'égalité de l'inclinaison des pales est soumise aux forces exercées par les ressorts de rappel, ces forces augmentent en fonction du déplacement de la couronne vers l'arrière. De cette façon, 2953258 -5- l'équilibre des forces de basculement et de rappel est réalisé et, avec la diminution de la surface balayée par l'éolienne, la rotation de l'éolienne se se maintient sans à-coups. En cas de rafales importantes ou de vents violents, le basculement des pales est immédiat jusqu'à une position d'équilibre arrière 5 qui dépend de la vitesse de rotation et des forces exercées par le vent, et ceci sans perturber le fonctionnement de l'éolienne. As a variant, the direction of this axis (5) and support bearings (4) is offset with respect to the direction of rotation of the wind turbine by an angle e whose value depends on the aerodynamic characteristics of the blade profile; this angle is identical for each blade. Each blade is provided with a tilting lever (6) and the opposite side of a bar (7) retaining and tilting blade. The tilting lever (6) located in front of the blade with respect to the wind carries at the end opposite the blade a mass (8) which under the effect of the rotation of the wind turbine produces a centrifugal force acting in the direction of tilting of the blade. The blade retaining and tilting bar (7) located behind the blade connects the blade (3) to the blade retaining ring (9). The blade retaining ring (9) is slidably mounted on the rotation shaft (1), it is firstly connected to all the bars (7) for retaining and tilting the blades, and on the other hand provided with several return springs (10) and (11) which act in the opposite direction of the tilting. In the position corresponding to the vertical position of the blades or even substantially in front of the vertical to the wind, the retaining ring (9) bears on a stop (12). In the opposite position of the retaining ring 10 corresponding to the maximum tilting, this ring is in abutment on the spring (11) which is then compressed and held by the stop (13). It should be understood that the foregoing description is given by way of example and in no way limits the scope of the invention which would not be overcome by replacing the members and equipment with other equivalents. Principles of operation In the position corresponding to the starting of the wind turbine, when the speed of the wind on the blades ensures the rotation, the blades are in vertical position or even substantially in front of the vertical towards the wind; This position is ensured by the retaining ring under the action of the return springs. In this way, the wind turbine rises in rotation speed and recovers in the best conditions the wind energy. When the wind force exceeds a certain predetermined level, the centrifugal force exerted on the masses of the tilt levers combined with the aerodynamic thrust on the blades causes the blades to tilt backwards. The retaining ring which ensures the equality of the inclination of the blades is subjected to the forces exerted by the return springs, these forces increase as a function of the displacement of the crown towards the rear. In this way, the balance of the tilting and return forces is achieved and, with the decrease in the area swept by the wind turbine, the rotation of the wind turbine is maintained smoothly. In case of heavy gusts or strong winds, the tilting of the blades is immediate until a position of rear balance 5 which depends on the speed of rotation and the forces exerted by the wind, and this without disturbing the operation of the wind turbine.
Applications industrielles Les avantages de ce type d'éolienne sont d'une part la simplicité 10 technique associée à une véritable régulation de la vitesse de rotation et de la puissance fournie, tout en assurant un rendement aérodynamique élevé, et d'autre part un faible coût. Ces éoliennes principalement destinées à des réalisations de petits diamètres, inférieurs à dix mètres, peuvent être utilisées dans un grand nombre de pays pour la production d'électricité, le pompage de 15 l'eau ou l'entraînement de petits moulins. Industrial Applications The advantages of this type of wind turbine are on the one hand the technical simplicity associated with a real regulation of the speed of rotation and the power supplied, while ensuring a high aerodynamic efficiency, and on the other hand a low cost. These wind turbines, mainly designed for small diameters of less than 10 meters, can be used in a large number of countries for power generation, water pumping or small-scale milling.