FR3086980A1 - E-M-A RECIPROCATING WIND TURBINE - Google Patents
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Abstract
A) Eolienne à Mouvement Alternatif permettant l'utilisation de vents faibles. B) Elle est composée de plusieurs balanciers oscillants parallèlement côte à côte mais de manière opposée ou décalée dont le mouvement est déclenché par la différence de pression qu'exerce le vent sur les surfaces planes que portent chaque balancier à leur sommet et qui offrent une surface exposée face au vent ou de profil grâce à leur volets mobiles qui constituent toute leur surface et dont l'ouverture synchronisée est alternée. Les balanciers sont tous reliés à leur base par un système d'articulation poussoir à un même vilebrequin qui rend tous les balanciers solidaires. Le vilebrequin est relié ensuite à un variateur mécanique qui en adapte la rotation. C) La conception de cette éolienne permet de d'obtenir une très grande surface d'exposition au vent ainsi qu'un bras de levier important ce qui lui permet d'utiliser des vents faibles. D) Cette éolienne est destinée à toutes les utilisations d'une éolienne. E) Figure pour l'abrégé : Figure 3 page 12A) Wind Turbine with Alternative Movement allowing the use of weak winds. B) It is composed of several pendulums oscillating parallel side by side but in an opposite or offset manner whose movement is triggered by the difference in pressure exerted by the wind on the flat surfaces carried by each pendulum at their top and which offer a surface exposed to the wind or in profile thanks to their movable shutters which constitute their entire surface and whose synchronized opening is alternated. The pendulums are all connected to their base by a push hinge system to the same crankshaft which makes all the pendulums interdependent. The crankshaft is then connected to a mechanical variator which adapts the rotation. C) The design of this wind turbine makes it possible to obtain a very large surface of exposure to the wind as well as a large lever arm which allows it to use low winds. D) This wind turbine is intended for all uses of a wind turbine. E) Figure for the abstract: Figure 3 page 12
Description
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne une éolienne.The present invention relates to a wind turbine.
Etat de la technique antérieureState of the art
De tout temps les hommes ont cherché à maîtriser la force du vent. Cette énergie, ils l'ont utilisée sur terre pour faire tourner les premiers moulins et sur les mers pour faire avancer leurs bateaux au moyen de voiles.Historically men have sought to harness the force of the wind. They used this energy on earth to turn the first mills and on the seas to move their boats forward with sails.
Ensuite, beaucoup plus tard ils se sont servis de cette force gratuite, inépuisable et non polluante pour entraîner des générateurs électriques.Then, much later, they used this free, inexhaustible and non-polluting force to drive electric generators.
Ce sont maintenant ces champs d'éoliennes qui fleurissent un peu partout dans nos campagnes.These fields of wind turbines are now blooming all over our countryside.
Jusqu'à présent les éoliennes se sont limitées au mouvement rotatif, au système du moulin à vent. La force du vent s'exerçant sur des surfaces obliques (les pales) à sa direction, disposées tout autour d'un axe, entraîne la rotation de celui-ci qu'il soit horizontal ou vertical. Leur fiabilité est éprouvée mais elles ont un handicap majeur ; elles ne commencent à fournir de l'énergie qu'avec des vents soutenus, ce qui limite leur capacité de production.Up to now, wind turbines have been limited to the rotary movement, to the windmill system. The force of the wind acting on oblique surfaces (the blades) to its direction, arranged all around an axis, causes the rotation of the latter whether horizontal or vertical. Their reliability is proven but they have a major handicap; they only start to supply energy with sustained winds, which limits their production capacity.
Tous ces appareils utilisant le mouvement rotatif sont des turbines à vent.All of these devices using rotary motion are wind turbines.
Leur rendement est directement dépendant de la surface de leurs pales réceptrices de l'énergie du vent et du BRAS de LEVIER qui transmet cette force.Their output is directly dependent on the surface of their receiving blades of the energy of the wind and the LEVER ARM which transmits this force.
Dans ces différents systèmes à mouvement rotatif ces deux valeurs sont faibles.In these different systems with rotary movement these two values are low.
Si le système rotatif a été initialement retenu et ensuite développé pour s'étendre à l'échelle de toute la planète c'est que leurs premiers concepteurs ont cherché à imiter et à reproduire un mouvement naturel qu'ils pouvaient observer dans leur environnement : chute tourbillonnaire des feuilles de certains arbres ou de leurs graines, mouvement d'objets flottants à la surface de l'eau,... et que la rotation primaire de l'axe de ces appareilsIf the rotary system was initially retained and then developed to extend to the scale of the whole planet it is that their first designers sought to imitate and reproduce a natural movement that they could observe in their environment: fall swirling leaves of certain trees or their seeds, movement of floating objects on the surface of the water, ... and that the primary rotation of the axis of these devices
-2permet l'entraînement direct d'une poulie, d'une machine, d'un générateur,...,-2 allows direct drive of a pulley, machine, generator, ...,
Afin d'augmenter ces valeurs : surface d'échange et bras de levier, il suffit de passer du système rotatif de type turbine que l'on peut qualifier de passif à un système alternatif de balancier à soupapes que l'on peut qualifier d'actif toujours actionné par le vent,In order to increase these values: exchange surface and lever arm, it is enough to pass from the rotary system of the turbine type which one can qualify as passive to an alternative system of pendulum with valves which one can qualify as active always powered by the wind,
Exposé de l'inventionStatement of the invention
Ce nouveau type d'éolienne se compose de plusieurs balanciers verticaux rigides mais mobiles, articulés à leur base sur un axe et portant chacun à leur sommet un panneau rectangulaire de surface plane, également vertical, qui est le récepteur de l'énergie exposé face au vent (Voir figure n°l, page 10).This new type of wind turbine consists of several rigid but mobile vertical pendulums, articulated at their base on an axis and each carrying at their top a rectangular panel of flat surface, also vertical, which is the receiver of the energy exposed facing the wind (See figure n ° l, page 10).
Fonctionnant sur le principe de la « balance romaine », chaque balancier est un bras de levier qui transmet sa force à la partie inférieure grâce à une articulation de type poussoir en multipliant sa force selon l'équation :Operating on the principle of the “Roman balance”, each balance is a lever arm which transmits its force to the lower part thanks to a push-type joint by multiplying its force according to the equation:
F = force secondaire résultante (puissance finale obtenue) L = grande longueur du bras supérieur ( a-b ) £ = petite longueur du bras inférieur ( a-c ) f = force primaire exercée au sommet du bras de levierF = resulting secondary force (final power obtained) L = long length of the upper arm (a-b) £ = short length of the lower arm (a-c) f = primary force exerted on the top of the lever arm
Agissant comme un piston, l'articulation poussoir à l'extrémité basse du levier va transmettre l'énergie dégagée à une bielle qui va à son tour entraîner le mouvement d'un vilebrequin qui permet de retrouver le mouvement rotatif indispensable à l'entraînement d'un générateur électrique ou autre, (Voir figure n°2 page 11) .Acting like a piston, the pusher joint at the lower end of the lever will transmit the energy released to a connecting rod which will in turn cause the movement of a crankshaft which allows to find the rotary movement essential for driving d 'an electric or other generator, (See figure n ° 2 on page 11).
Le retour du bras à contrevent il n'est possible qu'aux trois conditions suivantes :The return of the brace arm is only possible under the following three conditions:
Le panneau récepteur de l'énergie du vent est entièrement composé de plusieurs panneaux mobiles pivotants synchronisés à commande électrique ou autre, qui s'orientent parallèlement aux filets d'air lors du retour du bras à contrevent. En s'effaçant ils offrent ainsi un minimum de résistance à l'air.The wind energy receiving panel is entirely composed of several pivoting mobile panels synchronized with electric or other control, which are oriented parallel to the air streams when the brace arm returns. By fading they thus offer a minimum of air resistance.
(2) L'essentiel de l'énergie nécessaire au retour du balancier à sa position de départ est assuré par un autre balancier opposé au premier, auquel il est solidairement relié par le vilebrequin selon le principe du pédalier de vélo : la poussée sur une pédale entraîne la remontée de l'autre, ceci étant possible grâce à leurs volets mobiles qui fonctionnent de manière opposée, quand l'un est en position ouverte, l'autre est en position fermée (voir figure n°3 page 12).(2) Most of the energy required to return the balance to its starting position is provided by another balance opposite the first, to which it is integrally connected by the crankshaft according to the principle of the bicycle crankset: the push on a pedal causes the other to go up, this being possible thanks to their movable flaps which work in opposite directions, when one is in the open position, the other is in the closed position (see figure n ° 3 on page 12).
(3) L'amplitude du mouvement oscillatoire doit limiter à son minimum la remontée du bras contre l'apesanteur (zone d'équilibre relatif), ce qui permet l'optimisation de la fréquence des oscillations (voir figure n°4 page 13).(3) The amplitude of the oscillatory movement must limit the rise of the arm against weightlessness to a minimum (area of relative equilibrium), which allows optimization of the frequency of the oscillations (see figure n ° 4 on page 13) .
On peut de cette façon additionner autant de bras que le permet la technologie, 2, 3, 4, 5... tout comme on le fait avec les cylindres d'un moteur à explosion (voir figure n°5 page 14) . Il suffit d'équilibrer chaque bielle au vilebrequin.We can in this way add as many arms as the technology allows, 2, 3, 4, 5 ... just as we do with the cylinders of an internal combustion engine (see figure n ° 5 on page 14). Just balance each connecting rod to the crankshaft.
Cette nouvelle éolienne se compose de plusieurs balanciers suffisamment hauts chacun portant une tête réceptrice constituée de panneaux mobiles formant une grande surface pour associer deux conditions essentielles :This new wind turbine is made up of several pendulums high enough each carrying a receiving head made up of mobile panels forming a large surface area to combine two essential conditions:
(1) réception de vents constants et linéaires engendrer une force suffisante à l'extrémité basse du levier puisque la force d'un bras de levier est directement dépendante de sa longueur et de son point d'appui.(1) reception of constant and linear winds generate sufficient force at the lower end of the lever since the force of a lever arm is directly dependent on its length and its fulcrum.
C'est un mât rigide effilé et profilé, articulé à sa base sur un axe. Il est maintenu latéralement par deux haubans rigides qui sont solidairement fixés au mât dans leur partie haute et articulés en partie basse sur le même plan axial que l'axe d'oscillation des balanciers.It is a tapered and profiled rigid mast, articulated at its base on an axis. It is held laterally by two rigid guys which are fixedly attached to the mast in their upper part and articulated in the lower part on the same axial plane as the axis of oscillation of the pendulums.
Pour augmenter ou réduire le bras de levier on peut adjoindre un système télescopique qui permet de modifier la longueur du balancier (voir figure n°2 page 11) .To increase or reduce the lever arm you can add a telescopic system which allows you to modify the length of the balance (see figure n ° 2 on page 11).
Afin de garantir le maintien de chaque balancier en cas de rupture de bielle, un second vilebrequin peut être placé parallèlement au premier de l'autre côté de l'axe d'oscillation des balanciers. Dans ce cas, tous les balanciers recevront une deuxième articulation poussoir opposée à la première et reliée, elle aussi à une bielle équilibrée sur ce deuxième vilebrequin (voir figure n°5 page 14) .In order to guarantee the maintenance of each balance in the event of a broken rod, a second crankshaft can be placed parallel to the first on the other side of the axis of oscillation of the balance. In this case, all the pendulums will receive a second pusher joint opposite the first and connected, also to a balanced rod on this second crankshaft (see figure n ° 5 on page 14).
La tête réceptriceThe receiving head
Elle est de forme rectangulaire plane et rigide. Toute sa surface est composée de multiples panneaux rigides mobiles, plans et rectangulaires dont le mouvement synchronisé à commande électrique ou mécanique leur permet d'exposer tous ensemble leur surface soit face au vent ou soit de profil au moment de chaque amplitude maximale des balanciers.It is rectangular, flat and rigid. Its entire surface is made up of multiple rigid rigid, flat and rectangular panels, the synchronized movement of which is electrically or mechanically allows them to expose their entire surface either facing the wind or in profile at the time of each maximum amplitude of the pendulums.
Afin d'optimiser l'exposition de toute la « tête réceptrice » celle-ci est rattachée en partie basse par une articulation axiale horizontale, et mue par un système mécanique qui lui permet de garder sa verticalité face au vent quel que soit la position du balancier.In order to optimize the exposure of the entire "receiving head", it is attached in the lower part by a horizontal axial articulation, and moved by a mechanical system which allows it to keep its verticality facing the wind whatever the position of the pendulum.
Afin d'orienter toute la tête réceptrice « au plus près du vent », celle-ci peut être fixée sur un axe vertical avec un systèmeIn order to orient the whole receiving head "as close to the wind" as possible, it can be fixed on a vertical axis with a system
- 5 de commande qui lui permet de garder son orientation face au vent (voir figure n°2 page 11) .- 5 control which allows it to keep its orientation facing the wind (see figure n ° 2 on page 11).
Sous la poussée du vent sur les panneaux en position fermée, les mâts vont effectuer un lent mouvement de balancier sur leur axe maintenu au sol, engendrant la rotation du vilebrequin auquel ils sont reliés par leur bielle.Under the thrust of the wind on the panels in the closed position, the masts will make a slow pendulum movement on their axis held on the ground, causing the rotation of the crankshaft to which they are connected by their connecting rod.
Cette lente rotation primaire est ensuite accélérée par le biais d'un variateur mécanique pour adapter la vitesse de rotation aux besoins d'un générateur électrique ou autre (voir figure n°3 page 12) .This slow primary rotation is then accelerated by means of a mechanical variator to adapt the speed of rotation to the needs of an electric generator or other (see figure n ° 3 on page 12).
Avec ce nouveau concept d'éolienne nous sommes en présence d'une machine possédant les mêmes caractéristiques qu'un moteur à explosion : des panneaux mobiles pivotants faisant office de soupapes (admission --- échappement), d'une force linéaire transmise à un couple bielle - vilebrequin qui la transforme en force rotative, adaptée à sa sortie par une boite de vitesse et possédant plusieurs pistons, nous sommes donc en présence d'un véritable MOTEUR A VENT.With this new wind turbine concept we are in the presence of a machine having the same characteristics as an internal combustion engine: pivoting movable panels acting as valves (intake --- exhaust), of a linear force transmitted to a couple connecting rod - crankshaft which transforms it into rotary force, adapted to its exit by a gearbox and having several pistons, we are thus in the presence of a true WIND ENGINE.
Les dessins annexés illustrent l'invention ;The accompanying drawings illustrate the invention;
La figure 1 page 10 illustre la notion du bras de levierFigure 1 page 10 illustrates the concept of the lever arm
La figure 2 page 11 représente les différents éléments d'une éolienneFigure 2 page 11 shows the different elements of a wind turbine
La figure 3 page 12 représente un ensemble type du système E.M.A.Figure 3 on page 12 shows a typical set of the E.M.A. system.
La figure 4 page 13 représente l'amplitude du mouvement oscillatoireFigure 4 page 13 shows the amplitude of the oscillatory movement
La figure 5 page 14 représente les différentes solutions évolutives du système.Figure 5 on page 14 shows the different scalable solutions of the system.
Mode de réalisation type (voir figure 3 page 12)Typical embodiment (see figure 3 on page 12)
Dans cette réalisation « type » destinée à entrainer un générateur électrique, le balancier a une hauteur de 100 mètres et la tête réceptrice une dimension de 30 mètres de haut sur 20 mètres de large soit une surface totale de 600 mètres carré.In this “typical” embodiment intended to drive an electric generator, the balance has a height of 100 meters and the receiving head a dimension of 30 meters high by 20 meters wide, ie a total area of 600 square meters.
Son articulation au balancier est réalisée à sa base ce qui porte la hauteur de toute la structure à 130 mètres.Its articulation with the pendulum is carried out at its base which brings the height of the entire structure to 130 meters.
Les panneaux mobiles constituant la surface de la tête réceptrice auront une hauteur de 3 mètres et une largeur de 2 mètres. Leur articulation pivotante sera réalisée par un axe central vertical. Tous ces panneaux seront motorisés et pilotés par un automate qui en assurera 1/ouverture et la fermeture simultanée mais inversée sur les deux balanciers.The mobile panels constituting the surface of the receiving head will have a height of 3 meters and a width of 2 meters. Their pivoting articulation will be carried out by a vertical central axis. All these panels will be motorized and controlled by an automaton which will ensure 1 / simultaneous opening and closing but reversed on the two pendulums.
L'articulation poussoir est réalisée à 5 mètres au-dessus de l'axe d'oscillation des balanciers ce qui porte le rapport des bras de levier à un coefficient de 23.The pusher joint is made 5 meters above the swing axis of the pendulums, bringing the ratio of the lever arms to a coefficient of 23.
Cette éolienne à mouvement alternatif « type » est constituée de deux balanciers oscillant parallèlement côte à côte et de manière opposée, rendus solidaires par un système de bielles dont le pied est fixé à l'articulation poussoir en partie basse de chaque balancier, à proximité supérieure de l'axe d'oscillation et dont la tête de bielle est reliée au même vilebrequin et équilibrée à 180 degrés sur celui-ci.This “typical” reciprocating wind turbine is made up of two pendulums oscillating parallel side by side and in opposite directions, made integral by a system of connecting rods, the foot of which is fixed to the pusher joint in the lower part of each pendulum, near the upper of the oscillation axis and whose connecting rod head is connected to the same crankshaft and balanced 180 degrees thereon.
Les deux balanciers portent à leur sommet la même surface plane exposée face au vent qui est entièrement composée de multiples panneaux mobiles pivotants dont l'ouverture et la fermeture à commande électrique, ou autres, est pilotée par un automate. Ces deux balanciers vont entrer en oscillation opposée quand le vent va appuyer successivement sur les panneaux en position fermée lorsque chaque balancier est à son amplitude maximum, de remontée face au vent.The two pendulums carry at the top the same flat surface exposed to the wind which is entirely composed of multiple pivoting mobile panels whose opening and closing with electric control, or others, is controlled by an automaton. These two pendulums will enter into opposite oscillation when the wind will successively press the panels in the closed position when each pendulum is at its maximum amplitude, ascent facing the wind.
Le vilebrequin est ensuite raccordé à un variateur mécanique qui en adapte les rotations au besoin d'un générateur électrique ou de tout autre appareil nécessitant une force motrice.The crankshaft is then connected to a mechanical variator which adapts the rotations to the need of an electric generator or any other device requiring a driving force.
-7La présente invention d'éolienne à mouvement alternatif est destinée aux mêmes utilisations que toutes les éoliennes existantes, c'est-à-dire à l'entrainement de générateurs électriques, de pompes, ou de toutes autres machines nécessitant une force motrice.The present invention of a reciprocating wind turbine is intended for the same uses as all existing wind turbines, that is to say for driving electric generators, pumps, or any other machine requiring a driving force.
Le système E-M-A est constitué d'au moins deux balanciers qui oscillent selon la même amplitude de façon décalée et le balancement oscillant est déclenché par la différence de pression du vent sur les surfaces planes que portent à leur sommet chaque balancier et dont l'exposition face au vent ou de profil entraîne la rotation d'au moins un vilebrequin. Lorsque le système E-M-A. comporte deux balanciers leur mouvement sera opposé. Lorsque le système E-M-A comporte plus de deux balanciers, leur oscillation sera décalée.The EMA system consists of at least two pendulums which oscillate at the same amplitude in an offset manner and the oscillating balancing is triggered by the difference in wind pressure on the flat surfaces which each pendulum carries at their top and whose exposure faces in the wind or in profile causes the rotation of at least one crankshaft. When the E-M-A system. has two pendulums their movement will be opposite. When the E-M-A system has more than two pendulums, their oscillation will be offset.
Les panneaux mobiles constituant la tête réceptrice de chaque balancier seront de surface plane ou sensiblement plane et seront les récepteurs de l'énergie du vent. Ils seront articulés chacun autour de leur axe central, vertical ou horizontal. Ils pivotent tous ensemble par un système d'entrainement de façon instantanée ou graduelle pour exposer leur surface sur un même balancier perpendiculairement au vent ou parallèlement au vent sur le balancier opposé ou de manière décalée et successive quand le système E-M-A comporte plus de deux balanciers pour garder ensuite chacun leur position pendant la durée d'une demi oscillation.The movable panels constituting the receiving head of each pendulum will have a flat or substantially flat surface and will be the receptors of wind energy. They will each be articulated around their central, vertical or horizontal axis. They all pivot together by a drive system instantaneously or gradually to expose their surface on the same pendulum perpendicularly to the wind or parallel to the wind on the opposite pendulum or in a staggered and successive manner when the EMA system has more than two pendulums for then each keep their position for the duration of a half oscillation.
Ces panneaux mobiles peuvent, par leur d'entraînement, se placer tous ensemble quel que soit leur balancier sur un plan parallèle au vent pour leur mise en drapeau si besoin.These mobile panels can, by their drive, be placed all together regardless of their balance on a plane parallel to the wind for feathering if necessary.
La tête réceptrice est solidaire du haut du balancier par une articulation horizontale et un système d'entrainement qui lui permet de conserver sa verticalité et par une articulation verticale et un système d'entrainement qui lui permet de modifier son orientation face au vent.The receiving head is secured to the top of the balance by a horizontal articulation and a drive system which allows it to maintain its verticality and by a vertical articulation and a drive system which allows it to modify its orientation facing the wind.
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