FR3132547A1 - Vertical-axis wind turbine, and ship equipped with at least one such wind turbine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une éolienne (E) à axe vertical comprenant un nombre impair de voiles (V1, V2, V3), et des moyens (O) pour réduire la prise au vent de ces voiles (V1, V2, V3) lorsqu’elles remontent dans le lit du vent, et pour augmenter la prise au vent de ces voiles (V1, V2, V3) lorsqu’elles descendent dans le lit du vent.The invention relates to a vertical axis wind turbine (E) comprising an odd number of sails (V1, V2, V3), and means (O) for reducing the wind resistance of these sails (V1, V2, V3) when they go up in the bed of the wind, and to increase the wind resistance of these sails (V1, V2, V3) when they go down in the bed of the wind.
Description
Dans le domaine du transport maritime, de nombreuses recherches portent sur les moyens permettant d’utiliser au mieux la force du vent pour compléter ou se substituer aux moyens de propulsion traditionnels motorisés.In the field of maritime transport, much research focuses on ways to best use the power of the wind to complement or replace traditional motorized means of propulsion.
Certains axes de recherche portent sur la traction des navires au moyen de voiles libres, maintenues par des câbles et flottant au-dessus des navires.Some lines of research focus on ship traction using free sails, held by cables and floating above the ships.
D’autres axes de recherche portent sur l’utilisation du vent comme moyens indirects de propulsion, c’est-à-dire entraînant un système qui lui-même entraîne un générateur électrique ou bien une hélice ou analogue, assurant la propulsion du navire.Other areas of research focus on the use of wind as indirect means of propulsion, that is to say driving a system which itself drives an electric generator or a propeller or the like, ensuring the propulsion of the ship.
Ces derniers axes de recherche ont conduit à la mise au point d’un certain nombre de machines tournantes du type éoliennes, certaines à axes horizontaux, d’autres axes verticaux.These latter lines of research have led to the development of a certain number of rotating machines such as wind turbines, some with horizontal axes, others vertical axes.
La présente invention vise à fournir une éolienne à axe vertical apte à assurer notamment la propulsion d’un navire, qui présente de nouvelles caractéristiques permettant d’obtenir une efficacité nettement améliorée par rapport aux éoliennes qui ont été développées jusqu’à ce jour.The present invention aims to provide a vertical axis wind turbine capable of ensuring in particular the propulsion of a ship, which has new characteristics making it possible to obtain significantly improved efficiency compared to the wind turbines which have been developed to date.
On atteint notamment ce but de l’invention avec une éolienne à axe vertical comprenant un nombre impair de voiles, et des moyens pour réduire la prise au vent de ces voiles lorsqu’elles remontent dans le lit du vent, et pour augmenter la prise au vent de ces voiles lorsqu’elles descendent dans le lit du vent.This aim of the invention is achieved in particular with a vertical axis wind turbine comprising an odd number of sails, and means for reducing the wind resistance of these sails when they rise in the wind bed, and for increasing the wind resistance. wind of these sails as they descend into the wind bed.
Grâce à ces caractéristiques, qui permettent de réduire le freinage de l’éolienne provoqué par les voiles qui remontent face au vent, et d’augmenter l’accélération de l’éolienne par les voiles qui prennent le vent, on obtient une éolienne qui présente un rendement nettement amélioré par rapport aux solutions existantes.Thanks to these characteristics, which make it possible to reduce the braking of the wind turbine caused by the sails which rise into the wind, and to increase the acceleration of the wind turbine by the sails which take the wind, we obtain a wind turbine which presents significantly improved performance compared to existing solutions.
Suivant des caractéristiques optionnelles de l’éolienne selon l’invention, prises seules ou en combinaison :Depending on the optional characteristics of the wind turbine according to the invention, taken alone or in combination:
- lesdits moyens de réduction et d’augmentation de la prise au vent des voiles comprennent des mâts orientables, et des moyens pour modifier l’orientation de ces mâts : de tels mâts orientables constituent une solution simple pour modifier la prise au vent des voiles ;- said means of reducing and increasing the wind resistance of the sails include adjustable masts, and means for modifying the orientation of these masts: such adjustable masts constitute a simple solution for modifying the wind resistance of the sails;
- lesdits moyens de réduction et d’augmentation de la prise au vent des voiles comprennent en outre des bômes fixes solidaires desdits mâts, et des bômes mobiles articulées sur lesdites bômes fixes : ces bômes mobiles fournissent des moyens complémentaires pour modifier la prise au vent des voiles ;- said means for reducing and increasing the wind resistance of the sails further comprise fixed booms integral with said masts, and movable booms articulated on said fixed booms: these mobile booms provide complementary means for modifying the wind resistance of the sails sails;
- lesdits moyens pour modifier l’orientation desdits mâts comprennent :
- une embase,
- une manivelle comprenant au moins un bras et un maneton, montée rotative sur cette embase,
- un support de mâts monté coaxial et rotatif sur ladite manivelle,
- une roue excentrique montée rotative sur ledit maneton,
- des moyens d’entraînement et de synchronisation interposés entre ledit support de mâts et ladite roue excentrique assurant un rapport de transmission de 1 pour 1,
- des bielles interposées entre lesdites bômes fixes et ladite roue excentrique, et
- des moyens pour maintenir ledit au moins un bras de la manivelle selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle du vent apparent : ce mode de réalisation permet d’assurer une orientation optimale des voiles par rapport au vent ;- said means for modifying the orientation of said masts include:
- a base,
- a crank comprising at least one arm and a crankpin, rotatably mounted on this base,
- a mast support mounted coaxially and rotatably on said crank,
- an eccentric wheel rotatably mounted on said crankpin,
- drive and synchronization means interposed between said mast support and said eccentric wheel ensuring a transmission ratio of 1 to 1,
- connecting rods interposed between said fixed booms and said eccentric wheel, and
- means for maintaining said at least one arm of the crank in a direction substantially perpendicular to that of the apparent wind: this embodiment ensures optimal orientation of the sails relative to the wind;
- l’éolienne comprend un arbre moteur monté rotatif à l’intérieur de ladite embase, et muni d’un pignon moteur coopérant avec une denture formée sur la partie de grand diamètre de ladite roue excentrique : cet arbre moteur, entraîné à grande vitesse grâce au rapport de multiplication entre les pignons, peut lui-même entraîner un générateur électrique et/ou un système de propulsion telle qu’une hélice de navire ou une turbine ;- the wind turbine comprises a motor shaft rotatably mounted inside said base, and provided with a motor pinion cooperating with teeth formed on the large diameter part of said eccentric wheel: this motor shaft, driven at high speed thanks to to the multiplication ratio between the pinions, can itself drive an electric generator and/or a propulsion system such as a ship propeller or a turbine;
- les moyens de maintien dudit au moins un bras de la manivelle selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle du vent apparent, sont sélectionnés dans le groupe comprenant un organe d’orientation purement mécanique et des moyens d’asservissement électrique ;- the means for maintaining said at least one arm of the crank in a direction substantially perpendicular to that of the apparent wind, are selected from the group comprising a purely mechanical orientation member and electrical control means;
- l’éolienne comprend en outre des moyens pour régler l’orientation desdites bômes mobiles par rapport auxdites bômes fixes : ces moyens de réglage offrent des possibilités supplémentaires, comme par exemple de forcer les voiles à se mettre en drapeau, c’est-à-dire parallèlement à la direction du vent, lorsqu’on souhaite arrêter l’éolienne ;- the wind turbine further comprises means for adjusting the orientation of said movable booms relative to said fixed booms: these adjustment means offer additional possibilities, such as for example forcing the sails to feather, i.e. - say parallel to the direction of the wind, when you want to stop the wind turbine;
- lesdits mâts sont reliés entre eux par des haubans et des entretoises : cet agencement permet de conférer la rigidité nécessaire à l’éolienne ;- said masts are connected together by stays and spacers: this arrangement provides the necessary rigidity to the wind turbine;
- l’éolienne comprend trois mâts et trois voiles : ce nombre impair de mâts et de voiles est optimal en termes d’efficacité/coût ;- the wind turbine includes three masts and three sails: this odd number of masts and sails is optimal in terms of efficiency/cost;
- les voiles sont choisies dans le groupe comprenant les voiles souples, les voiles rigides, les panneaux photovoltaïques : la présence de panneaux photovoltaïques permet d’utiliser utilement la surface des voiles pour produire de l’énergie électrique pouvant être utilisée à différentes fins, comme par exemple l’alimentation des installations électriques d’un navire, et en complément de la propulsion.- the sails are chosen from the group including flexible sails, rigid sails, photovoltaic panels: the presence of photovoltaic panels makes it possible to usefully use the surface of the sails to produce electrical energy which can be used for different purposes, such as for example the power supply of a ship's electrical installations, and in addition to propulsion.
La présente invention se rapporte également à un navire équipé d’au moins une éolienne conforme à ce qui précède, comprenant des moyens de propulsion entraînés par ledit arbre moteur : la présence d’au moins une telle éolienne, et de préférence de deux telles éoliennes sur un navire, permet d’utiliser de manière très efficace la force du vent pour entraîner un générateur électrique et/ou système de propulsion mécanique de ce navire, du type à hélice(s) ou à turbines à axes verticaux par exemple.The present invention also relates to a ship equipped with at least one wind turbine conforming to the above, comprising propulsion means driven by said motor shaft: the presence of at least one such wind turbine, and preferably two such wind turbines on a ship, allows the force of the wind to be used very efficiently to drive an electric generator and/or mechanical propulsion system of this ship, of the propeller(s) or turbine type with vertical axes for example.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures.For greater clarity, identical or similar elements are identified by identical or similar reference signs throughout the figures.
Dans ce qui suit, le terme « voile » désignera les parties de l’éolienne destinées à prendre le vent, afin de faire tourner cette éolienne autour de son axe vertical.In what follows, the term “sail” will designate the parts of the wind turbine intended to take the wind, in order to make this wind turbine rotate around its vertical axis.
Ce terme « voile » couvre non seulement des éléments souples réalisés en toile, mais également des éléments rigides ou semi-rigides, réalisés en tous types de matériaux tels que du verre, ainsi que des panneaux photovoltaïques souples ou rigides.This term “sail” covers not only flexible elements made of canvas, but also rigid or semi-rigid elements, made of all types of materials such as glass, as well as flexible or rigid photovoltaic panels.
Les termes « remonter dans le lit du vent » ou « descendre dans le lit du vent » ont leur acception marine habituelle, signifiant respectivement « aller contre le sens du vent » et « aller dans le sens du vent ».The terms “going upwind” or “going downwind” have their usual marine meaning, meaning “going against the direction of the wind” and “going in the direction of the wind” respectively.
Les termes « vent apparent » désignent une direction et une force de vent tels que ressentis sur un mobile tel qu’un navire.The terms “apparent wind” designate a direction and force of wind as felt on a mobile such as a ship.
Les termes « supérieur » et « inférieur » s’entendent par rapport à la direction verticale qu’occupe l’éolienne en situation de fonctionnement.The terms “upper” and “lower” are understood in relation to the vertical direction occupied by the wind turbine in operating situation.
On se reporte à présent à la
Comme cela est visible sur cette figure, ces deux éoliennes E1 et E2 sont installées sur le pont 3 du navire 1, et sont adaptées pour entraîner un générateur électrique et/ou un système de propulsion mécanique du navire (non représenté), par exemple une ou plusieurs hélices, ou une ou plusieurs turbines à axe vertical disposées au droit des éoliennes.As can be seen in this figure, these two wind turbines E1 and E2 are installed on deck 3 of ship 1, and are adapted to drive an electric generator and/or a mechanical propulsion system of the ship (not shown), for example a or several propellers, or one or more vertical axis turbines arranged in line with the wind turbines.
Ces turbines à axe vertical et à ailettes orientables pourront fonctionner dans l’eau selon les mêmes principes de dynamique des fluides que les voiles V des éoliennes E1 et E2 situées sur le pont 3 du navire 1, tels qu’ils vont être expliqués dans ce qui suit.These turbines with vertical axis and adjustable blades will be able to operate in the water according to the same principles of fluid dynamics as the sails V of the wind turbines E1 and E2 located on deck 3 of ship 1, as they will be explained in this following.
En se reportant à présent à la
Comme cela est visible sur la
De préférence, comme cela est visible à la
L’ensemble formé par ces mâts M et ces voiles V est lui-même monté mobile sur un mécanisme d’orientation O représenté de manière générale sur les figures 5a et 5b.The assembly formed by these masts M and these sails V is itself movably mounted on an orientation mechanism O shown generally in Figures 5a and 5b.
On se reporte à présent aux figures 6 et 7, sur lesquelles on a représenté de manière détaillée ce mécanisme O permettant de modifier l’orientation des mâts M et des voiles V associées.We now refer to Figures 6 and 7, on which we have shown in detail this mechanism O making it possible to modify the orientation of the masts M and the associated sails V.
Comme cela est visible sur ces figures, ce mécanisme O comprend une embase 5 destinée à être fixée sur le pont 3 du navire 1.As can be seen in these figures, this mechanism O comprises a base 5 intended to be fixed on the deck 3 of the ship 1.
Cette embase 5, de forme sensiblement cylindrique et renforcée par des nervures 7, accueille une manivelle 9 pouvant pivoter librement à l’intérieur de cette embase 5.This base 5, of substantially cylindrical shape and reinforced by ribs 7, accommodates a crank 9 which can pivot freely inside this base 5.
Plus précisément, cette manivelle 9 comprend un bras d’entrée 11, un maneton 13, un bras de sortie 15 et un arbre de sortie 17, ce dernier étant monté rotatif à l’intérieur de l’embase 5.More precisely, this crank 9 comprises an input arm 11, a crank pin 13, an output arm 15 and an output shaft 17, the latter being rotatably mounted inside the base 5.
Sur le bras d’entrée 11 de la manivelle 9 est monté rotatif un support de mâts S pouvant présenter sensiblement la forme d’une étoile à trois branches BR1, BR2, BR3.On the input arm 11 of the crank 9 is rotatably mounted a mast support S which can have substantially the shape of a three-pointed star BR1, BR2, BR3.
Comme cela est visible notamment sur les figures 2, 9 et 10, chacune de ces branches B est destinée à supporter un mât orientable M.As can be seen in particular in Figures 2, 9 and 10, each of these branches B is intended to support an adjustable mast M.
Sur le maneton 13 de la manivelle 9 est montée rotative une roue excentrique 21.An eccentric wheel 21 is rotatably mounted on the crankpin 13 of the crank 9.
Des pignons d’entraînement et de synchronisation 22, au nombre de trois, assurent un rapport de transmission de 1 pour 1 et un mouvement homocinétique entre le support de mâts S et la roue excentrique 21.Drive and synchronization pinions 22, three in number, ensure a transmission ratio of 1 to 1 and homokinetic movement between the mast support S and the eccentric wheel 21.
Dans sa partie de grand diamètre, et de préférence à l’intérieur de celle-ci, la roue excentrique 21 comporte une denture coopérant avec un pignon moteur 23 solidaire d’un arbre moteur 25 monté librement pivotant à l’intérieur de l’arbre de sortie 17 de la manivelle 9.In its large diameter part, and preferably inside it, the eccentric wheel 21 has teeth cooperating with a motor pinion 23 secured to a motor shaft 25 mounted freely pivoting inside the shaft output 17 of crank 9.
Cet arbre moteur 25 se prolonge en deçà de l’embase 5, de manière à pouvoir assurer une transmission de couple à un système de propulsion du navire (non représenté).This motor shaft 25 extends below the base 5, so as to be able to transmit torque to a propulsion system of the ship (not shown).
Comme cela est visible notamment sur les figures 2, 5, 9, 10 et 12, des bielles B1, B2, B3 sont interposées entre la roue excentrique 21 et les bômes fixes BF1, BF2, BF3, de manière à assurer la modification de l’orientation des mâts M1, M2, M3 par rapport au support de mâts S selon la cinématique visible sur les figures 9 et 10.As is visible in particular in Figures 2, 5, 9, 10 and 12, connecting rods B1, B2, B3 are interposed between the eccentric wheel 21 and the fixed booms BF1, BF2, BF3, so as to ensure the modification of the orientation of the masts M1, M2, M3 relative to the mast support S according to the kinematics visible in Figures 9 and 10.
Sur ces figures, on a représenté une éolienne E selon l’invention dans quatre positions successives, chaque fois en vue de dessus et en perspective.In these figures, a wind turbine E according to the invention is shown in four successive positions, each time in top view and in perspective.
La direction et le sens du vent apparent sont indiqués par la flèche F.The direction and direction of the apparent wind are indicated by the arrow F.
Tout d’abord, comme cela est visible sur l’ensemble de ces figures, le mécanisme O d’orientation des mâts M selon l’invention comprend des moyens permettant de maintenir les bras 11, 15 de la manivelle 9 selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction F du vent.First of all, as is visible in all of these figures, the mechanism O for orienting the masts M according to the invention comprises means making it possible to maintain the arms 11, 15 of the crank 9 in a substantially perpendicular direction in the direction F of the wind.
Comme cela est visible sur la
On peut également voir sur cette
Sur les figures 9a1 et 9b1, la voile V1 est en train de remonter dans le lit du vent, et l’écartement de la bôme mobile BM1 par rapport à la bôme fixe BF1 permet de réduire la prise au vent de cette voile V1.In Figures 9a1 and 9b1, the sail V1 is rising in the wind, and the spacing of the mobile boom BM1 in relation to the fixed boom BF1 makes it possible to reduce the wind resistance of this sail V1.
Pendant ce temps, les bielles B2, B3 associées aux bômes fixes BF2, BF3 des deux autres voile V2 et V3 permettent d’orienter ces dernières selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle du vent, augmentant ainsi leur prise au vent et par conséquent l’effort d’entraînement en rotation du support de mâts S, et donc de la roue excentrique 21 et de l’arbre moteur 25.During this time, the connecting rods B2, B3 associated with the fixed booms BF2, BF3 of the two other sails V2 and V3 make it possible to orient the latter in a direction substantially perpendicular to that of the wind, thus increasing their resistance to the wind and consequently the rotational drive effort of the mast support S, and therefore of the eccentric wheel 21 and the motor shaft 25.
Sur les figures 9a2 et 9b2, la bielle B1 associée à la bôme fixe BF1 de la voile V1 a eu pour effet d’augmenter l’angle d’ouverture de cette bôme fixe BF1 par rapport à la branche associée BR1 du support de mâts S, et ainsi d’accélérer le passage de la voile V1 vers la position représentée à la figure 9a2 dans laquelle cette voile V1 se trouve parallèle à la direction F du vent, limitant ainsi sa prise au vent susceptible de freiner la vitesse de rotation de l’éolienne E.In Figures 9a2 and 9b2, the connecting rod B1 associated with the fixed boom BF1 of the sail V1 had the effect of increasing the opening angle of this fixed boom BF1 relative to the associated branch BR1 of the mast support S , and thus accelerate the passage of the sail V1 towards the position shown in Figure 9a2 in which this sail V1 is parallel to the direction F of the wind, thus limiting its grip in the wind likely to slow down the speed of rotation of the sail wind turbine E.
Pendant ce temps, grâce à sa bielle B3 associée, la bôme fixe BF3 associée à la voile V3 commence à s’ouvrir par rapport à la branche associée BR3 du support de mâts S, permettant de réduire la prise au vent de la voile V3 pendant que celle-ci remonte dans le lit du vent.During this time, thanks to its associated connecting rod B3, the fixed boom BF3 associated with the sail V3 begins to open in relation to the associated branch BR3 of the mast support S, making it possible to reduce the wind resistance of the sail V3 during that it rises in the bed of the wind.
Sur les figures 10a3 et 10b3, l’ouverture de la bôme fixe BF1 associée à la voile V1 par rapport à la branche BR1 de support de mâts S associée, a commencé à s’ouvrir, sous l’action de sa bielle associée B1, amenant ainsi rapidement la voile V1 dans une position sensiblement perpendiculaire à la direction F du vent.In Figures 10a3 and 10b3, the opening of the fixed boom BF1 associated with the sail V1 relative to the associated mast support branch BR1 S, has started to open, under the action of its associated connecting rod B1, thus quickly bringing the sail V1 into a position substantially perpendicular to the direction F of the wind.
Enfin, sur les figures10a4 et 10b4, la voile V3 se retrouve dans la même position que celle de la voile V1 sur les figures 9a1 et 9b1.Finally, in figures 10a4 and 10b4, sail V3 is found in the same position as that of sail V1 in figures 9a1 and 9b1.
Ce mouvement cyclique se reproduit indéfiniment.This cyclical movement repeats itself indefinitely.
Grâce au maintien de la direction des bras 11, 15 de la manivelle 9 perpendiculairement à la direction F du vent, et au mouvement relatif du support de mâts S et de la roue excentrique 21, on peut actionner les bielles B de manière à modifier l’orientation des bômes fixes BF et des mâts M associés par rapport au support de mâts S.Thanks to maintaining the direction of the arms 11, 15 of the crank 9 perpendicular to the direction F of the wind, and to the relative movement of the mast support S and the eccentric wheel 21, it is possible to actuate the connecting rods B so as to modify the orientation of the fixed booms BF and the associated masts M in relation to the mast support S.
On peut de la sorte optimiser l’orientation des voiles V par rapport au vent selon la position qu’occupent ces voiles V dans le cycle : réduction de la prise au vent dans la partie du cycle ou la voile V remonte dans le lit du vent, et augmentation de la prise au vent dans la partie du cycle où la voile V descend dans le lit du vent.We can thus optimize the orientation of the V sails in relation to the wind according to the position occupied by these V sails in the cycle: reduction of the wind resistance in the part of the cycle where the V sail rises in the wind bed , and increase in wind resistance in the part of the cycle where the sail V descends into the wind bed.
On peut de la sorte obtenir une augmentation significative de la vitesse de rotation de l’éolienne E selon l’invention, grâce à un mécanisme simple ne nécessitant aucune automatisation.We can thus obtain a significant increase in the rotation speed of the wind turbine E according to the invention, thanks to a simple mechanism requiring no automation.
Dans la variante représentée à la
Pour une utilisation sur un support fixe, par exemple sur un bâtiment, ces panneaux fixes P peuvent être réalisés en matériau transparent tels que du verre sécurit, de manière à limiter l’impact visuel de l’éolienne E.For use on a fixed support, for example on a building, these fixed panels P can be made of transparent material such as safety glass, so as to limit the visual impact of the wind turbine E.
On notera que l’utilisation de panneaux rigides P permet de réduire fortement la traînée aérodynamique de la voile dans son mouvement de remontée contre le vent, permettant ainsi d’améliorer le rendement de l’éolienne E.Note that the use of rigid panels P makes it possible to greatly reduce the aerodynamic drag of the sail in its upward movement against the wind, thus making it possible to improve the efficiency of the wind turbine E.
Dans le mode de réalisation représenté à la
De préférence, comme cela est visible notamment sur la
On a représenté à la
Ce mécanisme d’orientation O diffère de celui représenté aux figures 6 et 7 en ceci que la manivelle 9 comporte un unique bras 11.This orientation mechanism O differs from that shown in Figures 6 and 7 in that the crank 9 comprises a single arm 11.
Le support de mât S est monté solidaire en rotation de l’arbre moteur 25, sous le bras 11.The mast support S is mounted integral in rotation with the motor shaft 25, under the arm 11.
Une première poulie d’entraînement 22a est solidaire en rotation de l’arbre moteur 25, au-dessus du bras 11.A first drive pulley 22a is integral in rotation with the motor shaft 25, above the arm 11.
La roue excentrique 21 est montée rotative sur la partie supérieure excentrée du bras 11.The eccentric wheel 21 is rotatably mounted on the upper eccentric part of the arm 11.
Une seconde poulie d’entraînement 22b, disposée entre le bras 11 et la roue excentrique 21, est montée solidaire en rotation de cette roue.A second drive pulley 22b, arranged between the arm 11 and the eccentric wheel 21, is mounted integral in rotation with this wheel.
Une courroie de transmission 22c relie entre elles les deux poulies 22a et 22b.Un réducteur 22d est couplé à l’arbre moteur 25.A transmission belt 22c connects the two pulleys 22a and 22b together. A reduction gear 22d is coupled to the motor shaft 25.
Dans ce mode de réalisation du mécanisme d’orientation O des mâts M, l’orientation de la manivelle 9 par rapport à la direction F du vent apparent peut être effectuée soit de de manière asservie sous le bras 11, soit grâce à une girouette montée directement sur le bras 11 au-dessus du support de mâts S.In this embodiment of the orientation mechanism O of the masts M, the orientation of the crank 9 relative to the direction F of the apparent wind can be carried out either in a controlled manner under the arm 11, or thanks to a weather vane mounted directly on the arm 11 above the mast support S.
Dans le mode de réalisation représentée à la
En particulier, ces panneaux photovoltaïques P peuvent passer d’une situation motrice, visible à la figure 14a, où ils sont orientés conformément aux explications qui précèdent, à une position d’arrêt de l’éolienne E visible à la figure 14b, dans laquelle ces panneaux sont orientés de manière parallèle à la direction F du vent.In particular, these photovoltaic panels P can go from a driving situation, visible in Figure 14a, where they are oriented in accordance with the preceding explanations, to a stopping position of the wind turbine E visible in Figure 14b, in which these panels are oriented parallel to the direction F of the wind.
Dans le mode de réalisation de la
Comme cela est visible sur la
Une variante mécanique du type à masselotte centrifuge peut également être envisagée pour réaliser cette fonction de régulation de puissance par orientation des voiles V par rapport aux mâts M.A mechanical variant of the centrifugal flyweight type can also be considered to achieve this power regulation function by orientation of the sails V relative to the masts M.
Dans le mode de la réalisation de la
L’éolienne E qui vient d’être décrite est particulièrement destinée à être utilisée dans le domaine de la propulsion des navires, mais les enseignements qui précèdent peuvent également être appliqués à une éolienne à axe vertical destinée à entraîner tout type de machine : turbine, générateur électrique, en mer comme sur terre, sur des bâtiments fixes ou en offshore.The wind turbine E which has just been described is particularly intended to be used in the field of ship propulsion, but the preceding lessons can also be applied to a vertical axis wind turbine intended to drive any type of machine: turbine, electric generator, at sea or on land, on fixed buildings or offshore.
On notera que l’on peut envisager des combinaisons des différents modes de réalisation exposés ci-dessus.It should be noted that combinations of the different embodiments set out above can be envisaged.
On pourrait par exemple utiliser des voiles comprenant des éléments souples ou rigides photovoltaïques sur une seule de leurs faces, et/ou placer sur ces voiles des supports de communication à affichage permanent et/ou temporaire et/ou des écrans LCD et/ou des panneaux de LED alimentés par l’éolienne, etc.We could for example use sails comprising flexible or rigid photovoltaic elements on only one of their faces, and/or place on these sails communication supports with permanent and/or temporary display and/or LCD screens and/or panels of LEDs powered by the wind turbine, etc.
Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui précède, l’éolienne selon l’invention est simple à construire, et peut être installée dans des environnements très divers.As can be understood in light of the preceding description, the wind turbine according to the invention is simple to build, and can be installed in very diverse environments.
Son centre de gravité bas permet d’envisager des applications dans le domaine de la propulsion maritime.Its low center of gravity makes it possible to consider applications in the field of maritime propulsion.
Sa maintenance est aisée à réaliser compte tenu de la simplicité des ensembles mécaniques mises en œuvre.Its maintenance is easy to carry out given the simplicity of the mechanical assemblies implemented.
La vitesse de rotation de l’éolienne selon l’invention est lente : de l’ordre de 100 tr/min pour les éoliennes de petite taille (typiquement de l’ordre de 2 m de hauteur) à quelques tours par minute pour les éoliennes de plus grande taille (typiquement de l’ordre de 25 m de hauteur), ce qui permet une moindre usure des pièces mécaniques, moins de bruit et de vibrations, ainsi qu’une réduction des risques de collision avec la faune environnante.The rotation speed of the wind turbine according to the invention is slow: of the order of 100 rpm for small wind turbines (typically of the order of 2 m in height) to a few revolutions per minute for wind turbines larger in size (typically around 25 m in height), which allows for less wear on mechanical parts, less noise and vibration, as well as a reduction in the risk of collision with surrounding wildlife.
La combinaison éolien/solaire, rendue possible grâce à l’utilisation de panneaux photovoltaïques, est très avantageuse, et permet d’améliorer significativement le bilan énergétique de l’éolienne.The wind/solar combination, made possible thanks to the use of photovoltaic panels, is very advantageous, and makes it possible to significantly improve the energy balance of the wind turbine.
Comme on l’aura par ailleurs compris, la gestion de l’orientation des mâts et des voiles est effectuée de manière complètement automatique.As will also have been understood, the management of the orientation of the masts and sails is carried out completely automatically.
L’éolienne selon l’invention offre des perspectives très prometteuses de propulsion zéro carbone notamment dans le domaine maritime.The wind turbine according to the invention offers very promising prospects for zero-carbon propulsion, particularly in the maritime sector.
A titre d’exemple, pour un trimaran de 25 à 30 m de longueur et de 15 m de large, deux éoliennes selon l’invention de 25 à 30 m de haut, supportant chacune trois voiles de 100 m², peuvent tourner à environ 6 tr/min et fournir 15 kW de puissance pour 10 m/s de vent, et 90 kW de puissance pour 20 m/s de vent.For example, for a trimaran 25 to 30 m long and 15 m wide, two wind turbines according to the invention 25 to 30 m high, each supporting three sails of 100 m², can rotate at approximately 6 rpm and provide 15 kW of power for 10 m/s of wind, and 90 kW of power for 20 m/s of wind.
Dans l’éventualité où l’on utilise des panneaux photovoltaïques, on peut obtenir une surface de 600 m² de panneaux susceptibles de produire de l’ordre de 200 kW d’électricité en puissance crête.In the event that photovoltaic panels are used, we can obtain a surface area of 600 m² of panels capable of producing around 200 kW of electricity at peak power.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.The invention is described in the above by way of example. It is understood that those skilled in the art are able to carry out different variants of the invention without departing from the scope of the invention.
Claims (11)
- une embase (5),
- une manivelle (9) comprenant au moins un bras (11, 15) et un maneton (13), montée rotative sur cette embase (5),
- un support de mâts (S) monté coaxial et rotatif sur ladite manivelle (9),
- une roue excentrique (21) montée rotative sur ledit maneton (13),
- des moyens d’entraînement et de synchronisation (22 ; 22a, 22b, 22c) interposés entre ledit support de mâts (S) et ladite roue excentrique (21) assurant un rapport de transmission de 1 pour 1,
- des bielles (B1, B2, B3) interposées entre lesdites bômes fixes (BF1, BF2, BF3) et ladite roue excentrique (21), et
- des moyens (27) pour maintenir ledit au moins un bras (11, 15) de la manivelle (9) selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle (F) du vent apparent.Wind turbine (E1, E2) according to claim 3, in which said means for modifying the orientation of said masts comprise:
- a base (5),
- a crank (9) comprising at least one arm (11, 15) and a crank pin (13), rotatably mounted on this base (5),
- a mast support (S) mounted coaxially and rotatably on said crank (9),
- an eccentric wheel (21) rotatably mounted on said crankpin (13),
- drive and synchronization means (22; 22a, 22b, 22c) interposed between said mast support (S) and said eccentric wheel (21) ensuring a transmission ratio of 1 to 1,
- connecting rods (B1, B2, B3) interposed between said fixed booms (BF1, BF2, BF3) and said eccentric wheel (21), and
- means (27) for maintaining said at least one arm (11, 15) of the crank (9) in a direction substantially perpendicular to that (F) of the apparent wind.
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