FR3006718A1 - Eolienne a axe vertical - Google Patents

Abstract

Cette éolienne comprend deux paliers disposés verticalement en alignement coaxial, chaque pale présentant au niveau de leur partie tournante des agencements pour l'accouplement démontable dans un plan vertical de voiles faisant office de pales, lesdits paliers étant montés avec capacité d'écartement réglable l'un à l'autre, pour assurer d'une manière concomitante le réglage en tension des voiles.

Description

Le domaine technique de l'invention concerne les éoliennes et plus particulièrement les éoliennes à axe vertical. On rappelle, de manière parfaitement connue pour un homme du métier, qu'une éolienne est un dispositif qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, elle-même le plus souvent transformée en énergie électrique. Parmi les différents types d'éoliennes, on distingue essentiellement les éoliennes à axe horizontal et les éoliennes à axe vertical. Comme indiqué, l'invention concerne une éolienne à axe vertical, par exemple du type Savonius, parfaitement connue pour un homme du métier. Pour l'essentiel, ce type d'éolienne est constitué schématiquement d'au moins deux godets demi-cylindriques légèrement désaxés. Par rapport à une éolienne à axe horizontal, ce type d'éolienne est peu bruyant et peut démarrer à de faibles vitesses de vent. Cela étant, les différents types d'éolienne nécessitent, pour la plupart d'entre eux, des infrastructures et des moyens de mise en oeuvre très importants de sorte qu'ils sont utilisés essentiellement dans un but industriel. Autrement dit, la plupart des éoliennes existantes, y compris, celles à axe vertical, ne sont pas adaptées pour un usage privé ou en dehors de son domicile. Or, en considérant par exemple l'usage important du matériel électrique, électronique, électroménager ou de communication en dehors du domicile, de son lieu de travail, l'utilisation d'une source d'énergie peut s'avèrer très importante.

Cette nécessité de pouvoir disposer d'une certaine quantité d'énergie, peut apparaître également dans des lieux situés en dehors de tout réseau apte à fournir une telle énergie électrique par exemple. C'est par exemple le cas des bateaux de plaisance, des habitations situées en altitude, dans des zones désertiques... A partir de ce constat, le problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser un système autonome de production d'énergie du type éolien ne nécessitant aucune infrastructure dont la mise en oeuvre doit être possible par une personne ne nécessitant pas de qualification particulière et d'outillage spécifique et cela dans un cours lapse de temps avec également, pour objectif, de pouvoir être facilement transportable. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point une éolienne à axe vertical qui comprend deux paliers disposés verticalement en alignement coaxial, chaque palier présentant au niveau de sa partie tournante des agencements pour l'accouplement démontable, dans un plan vertical, de voiles faisant office de pales, lesdits paliers étant montés avec capacité d'écartement réglable l'un par rapport à l'autre, pour assurer, d'une manière concomitante, le réglage en tension des voiles. Il résulte de ces caractéristiques, notamment des pales démontables réalisées à partir de voiles souples, un poids et un encombrement réduits permettant de facilement transporter l'éolienne, sans nécessiter une infrastructure importante pour son montage et son utilisation. Pour résoudre le problème posé de permettre l'accouplement démontable des voiles faisant office de pales, les agencements sont constitués par des bras régulièrement décalés angulairement sur une circonférence, les voiles étant accouplées entre deux bras alignés dont l'un est solidaire de l'un des paliers et l'autre solidaire de l'autre palier. Les bras d'accouplement peuvent être rectilignes ou profilés sensiblement en arc de cercle pour constituer des godets semi-cylindriques du type Savonius. Avantageusement, chaque palier présente trois bras d'accouplement décalés angulairement de 120 ° et orientés dans le même sens.

Pour résoudre le problème posé de donner une forme concave à chaque voile pour constituer sensiblement un godet semi-cylindrique, chaque voile présente, réparties sur la totalité de sa hauteur, des lattes qui présentent directement ou en étant assujetties à des moyens, un profil en section correspondant à la concavité souhaitée de la voile. Selon une autre caractéristique, chaque voile est de profil rectangulaire. Chaque voile est maintenue verticalement par des câbles engagés dans des goussets latéraux établis sur toute la hauteur de la voile et fixés en haut et en bas, aux bras support d'accouplement. Pour résoudre le problème posé d'assurer le réglage en tension des voiles, le montage avec capacité d'écartement réglable des paliers est réalisé en ce que l'un des paliers est solidaire d'un élément fixe tandis que l'autre palier est solidaire d'un moyen apte à assurer une force de traction sur ledit palier. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de transmettre le mouvement rotatif de l'éolienne sans perte d'énergie liée au frottement des butées axiales soumises à l'effort de mise en tension de l'éolienne. Pour résoudre un tel problème, chaque palier est constitué de roulements à aiguilles et butées magnétiques à partir d'aimants dont les pôles Nord et Sud sont disposés en opposition. Pour résoudre le problème posé de transformer l'énergie cinétique transmise aux voiles constituant les pales en énergie électrique, le palier inférieur est intégré dans un alternateur multipolaire. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de l'éolienne selon les caractéristiques de l'invention, la figure 2 est une vue en perspective de l'un des bras d'accouplement, la figure 3 est une vue en perspective montrant l'accouplement des bras à la partie tournante de l'un des paliers, la figure 4 est une vue en perspective de l'un des paliers, la figure 5 est une vue en perspective d'une voile faisant office de pâles, la figure 6 est une vue en perspective montant l'accouplement du palier supérieur équipé des bras, à un support, la figure 7 est une vue en perspective montrant l'accouplement du palier inférieur à un support, la figure 8 est une vue partielle en perspective montant l'accouplement du palier supérieur avec les voiles fixées aux bras, sur un support, - la figure 9 est une vue en perspective montrant l'accouplement du palier inférieur équipé des voiles, à un support, - la figure 10 est une vue en coupe longitudinale de l'un des paliers.

Selon une caractéristique importante de l'invention, les pales de l'éolienne à axe vertical sont réalisées à partir de voiles montées de manière démontable entre deux paliers disposés verticalement en alignement coaxial avec capacité d'écartement réglable l'un par rapport à l'autre pour assurer, de manière concomitante, le réglage en tension des voiles.

Les paliers (1) et (2) présentent au niveau de leur partie tournante des agencements pour l'accouplement démontable, dans un plan vertical, des voiles (3). Par exemple, les agencements sont constitués par des bras (4) régulièrement décalé angulairement.

Avantageusement, chaque palier présente trois bras supports décalés angulairement de 120 ° et orientés dans le même sens. Les voiles (3) sont donc fixées de manière démontable entre deux bras (4) alignés, l'un étant solidaire de l'un des paliers (1) et l'autre solidaire de l'autre palier (2).

A noter que les bras d'accouplement (4) peuvent présenter un profil sensiblement en arc de cercle de sorte, qu'après fixation des bords supérieur et inférieur des voiles auxdits bras, les pales présentent un profil concave constituant des godets sensiblement semi-cylindriques de type Savonius.

Dans une autre forme de réalisation, les bras d'accouplement (4) peuvent être rectilignes (figure des dessins). Quelle que soit la forme de réalisation des bras, chaque voile (3) présente, sur la totalité de sa hauteur, des lattes (5) conformées ou agencées pour participer à la réalisation et au maintien de la forme concave de chaque voile constituant une pale. Les lattes (5) sont engagées dans des fourreaux formés sur la largueur de la voile considérée, en étant régulièrement répartis sur la hauteur de cette dernière. Chaque latte (5) peut être pré-cintrée en fonction de la concavité souhaitée. Ou bien, chaque latte (5) est rectiligne et, après avoir été engagée dans les fourreaux, assujettie à des moyens aptes à lui conférer une tension à chacune de ses extrémités générant un cintrage correspondant à la concavité souhaitée. Par exemple, les extrémités des lattes (5) sont reliées par un câble (c) fixé de manière réglable pour modifier la tension exercée sur ladite latte et, par conséquent, son cintrage. A noter que chaque voile (3), de profil rectangulaire, peut être réalisée dans tout type de matériau par exemple en matériau synthétique tissé. La longueur de chaque voile est sensiblement 5 à 10 fois supérieure à la largeur. Plus généralement, la longueur de chaque voile est sensiblement 3 à 5 fois supérieure au diamètre de l'éolienne. La fixation démontable de chaque voile (3) par rapport aux bras support (4) s'effectue par tout moyen connu et approprié. Chaque voile (3) est maintenue verticalement par des câbles (6) engagés dans des goussets latéraux (3a) et (3b) établis sur toute la hauteur de la voile et fixés en partie haute et en partie basse auxdits bras support d'accouplement (4).

La fixation des bras (4) au niveau de la partie tournante de chaque palier, s'effectue par tout moyen connu et approprié par exemple au moyen de vis coopérant dans des trous taraudés préétablis dans l'épaisseur de la partie tournante des paliers (1) et (2). Si l'on considère l'exemple illustré des figures des dessins, à savoir que chaque palier reçoit trois bras décalés angulairement de 120°, les trous taraudés pour chaque bras sont décalés de 120°. Comme indiqué, selon une caractéristique importante de l'invention, pour assurer la mise en tension des voiles, les paliers (1) et (2) sont montés avec capacité d'écartement réglable l'un par rapport à l'autre. Par exemple, l'un des paliers (1) et solidaire d'un élément fixe, tandis que l'autre palier (2) est solidaire d'un moyen apte à assurer une force de traction sur ledit palier. Autrement dit, l'un des paliers est monté sur un support fixe (7) tandis que l'autre palier est monté sur support mobile (8). La tension des voiles est, par conséquent, assurée par la traction exercée par les deux paliers supérieur (2) et inférieur (1). Selon une autre caractéristique, les paliers inférieur (1) et supérieur (2) sont constitués de roulement à aiguilles et de butées magnétiques afin de permettre de transmettre le mouvement rotatif de l'éolienne sans perte d'énergie liée au frottement des butées axiales soumises à l'effort de mise en tension de l'éolienne, autrement dit, de la mise en tension des voiles constituant les pales sous l'effet de réglage en écartement des deux paliers (1) et (2). En effet, en l'absence de structure d'éolienne selon les caractéristiques de l'invention, il est possible qu'à travers la tension donnée à l'ensemble des voiles constituant les pales, une contrainte importante apparaisse au niveau des éléments supports (4) où sont fixés les voiles. Cette tension est également exercée au niveau des câbles faisant office d'armature latérale de voiles. Or, cette tension exercée au niveau des axes des paliers, génère une contrainte axiale importante susceptible de générer une perte de puissance élevée si la rotation des paliers s'effectuait de manière classique au moyen de roulements à billes. Il s'avère donc nécessaire de pouvoir appliquer un effort axial élevé sur les deux paliers (1) et (2) sans pour autant générer de frottements sur la butée axiale. Pour résoudre un tel problème, l'éolienne selon l'invention met en oeuvre des paliers magnétiques construits à base d'aimants au neodynium placé pôle Nord et pôle Sud en opposition (figure 10). La transformation de l'énergie cinétique transmise aux voiles en énergie électrique est assurée par un alternateur à aimants permanents multipôles. Le rotor de l'alternateur est directement lié au système de pales de l'éolienne en étant, par exemple, intégré au niveau du palier inférieur (1). Ces dispositions permettent de réduire le nombre de pièces en rotation et donc l'inertie de l'ensemble et les pertes liées au frottement. La conception multipolaire de l'alternateur permet de disposer d'une tension de sortie disponible à des vitesses de rotation très faible, comme c'est le cas lorsque les vents sont faibles. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier et on souligne : la réalisation de pales à partir de voiles souples à caractère démontable, la possibilité de plier l'éolienne dans un volume réduit de l'ordre de 50 fois inférieur à son volume déplié lui permettant d'être transportée facilement, la facilité d'installation par une seule personne sans nécessiter de qualifications et de moyens particuliers, la faible masse de l'éolienne résultant de sa structure à base de voiles confère un rapport masse / volume avantageux, le faible poids de l'éolienne lui confère une inertie très faible permettant un démarrage à des vitesses de vent faible avec un rendement élevé permettant son usage sur des zones où la présence du vent est aléatoire, la solution de l'éolienne de type Savonius lui permet d'être indépendant à l'interaction du vent en étant, par conséquent, apte à être utilisée lorsque la vitesse du vent est très faible à partir de 2 m/s, la conception à partir de 3 pales en forme de godets afin d'obtenir un couple quasi-constant, la facilité de montage à un endroit quelconque avec la possibilité d'une parfaite intégration dans l'environnement, son installation en position verticale sans aucune infrastructure particulière, son faible niveau sonore. Compte tenu des caractéristiques de l'éolienne, selon l'invention, de nombreuses applications peuvent être évoquées parmi lesquelles on peut citer à titre indicatif nullement limitatifs : production d'électricité à usage domestique (en absence ou appoint de réseau), production d'énergie sur voilier au mouillage ou à quai, éclairage de rue associé à un réverbère, alimentation télésièges (une éolienne/pylône), éclairage de pistes de ski associé à un pylône de télésiège, alimentation de clôture électrique dans les champs, chauffage ou climatisation par couplage à pompe immergée, support publicitaire actif (utilisant l'électricité pour affichage, éclairage, etc), production forte puissance par mise en oeuvre en altitude d'une éolienne de grande dimension (traction ballon hélium), alimentation station météorologique autonome, alimentation relais téléphonique, alimentation en énergie de jardins ouvriers, alimentation chauffage ménagerie de cirque, alimentation en énergie de populations nomades (campeurs, randonnée, gens du voyage, camp de réfugiés), éolienne au sommet d'un château d'eau pour alimentation en énergie alimentation d'une bouée maritime autonome.