Brevet FR2371586A1 — publié le 19780616

Les éoliennes génératrices d'énergie électrique comportent généralement1 en haut d'un pylône support, une sorte de cabine à l'intorieur de laquelle se trouvent le système rotation de l'hélice et de réglage du Pas de ses pales, l'accouplement au multiplicateur de vitesse, ce multiplicateur de vitesse lui meme, son accouplement à la génératrice électrique, et enfin cette génératrice elle même. L'ensemble est compliqué, lourd et coûteux au point d'empêcher que l'é- nergie éolienne ne soit compétitive avec les autres sources d'énergie. Suivant l'invention, la structure constitutive de cet ensemble est réduite au bottier du multiplicateur de vitesse, en ce sens que ctest ce bot- tier qui reçoit, d'un c8té, dans l'axe de sortie à petite vitesse, le tube dans lequel se trouvent les paliers de l'hélice, et de l'autre coté, dans l'axe de la sortie à grande vitesse, le flasque-bride de la génératrice. Suivant l'invention, le pignon de la sortie à petite vitesse n!a pas de paliers en propre : il est monté en porte à faux sur l'arbre qui porte l'hé- lice, et ce sont les paliers de cette dernière qui lui servent à lui aussi de palier. Suivant l'invention, le pignon de sortie à grande vitesse n'a pas de palier propre : il est monté en porte à faux sur le bout d'arbre de la géné- ratrice. Suivant l'invention, le bottier qui porte ainsi l'hélice et la génératrice, repose lui même sur l'extrémité supérieure du mât par l'intermédiaire d'un système amorti qui encaisse les petits mouvements longitudinaux et transversaux dus au déséquilibre des pales et des efforts que le vent exerce sur elles. A cet effet, il est relié à deux bras qui reposent sur une plaque elle meme reliée à l'extrémité pivotante du mât, par l'intermédiaire de un ou plusieurs -silent-blocs qui autorisent les mouvements tout en les amortissant. Les éoliennes traditionnelles sont portées par des mâts haubanés ou des pylônes en treillis qui, outre leur défaut d'être peu esthétiques, ont celui de mal se prêter aux manoeuvres de montée et descente de la partie électromécanique. L'éolienne suivant l'invention est portée par un mât tubulaire dont la base repose sur un socle en béton armé pourvu d'une fente d'un c8té, de manière que le mât qui, au moment du montage est disposé horizontalement, puisse se relever en pivotant sur des tourillons et venir s'encastrer dans la fente où il reste maintenu par un système aisément démontable. L'accès aux parties é.lec- tro-mécaniques est obtenu par une manoeuvre inverse. Une ou plusieurs barres filetées longues permettent d'effectuer le relevage ou l'abaissement. Pour obtenir un démarrage par vent faibl-e, il faut avoir un angle d'incidence bien supérieur à celui qui correspond au fonctionnement normal. Par ailleurs, lorsaue le vent devient trè-s violent, on évite l'emballement de l'hélice, également en augmentant cet angle d'incidence. Suivant l'invention, ce résultant est obtenu par coulissement axial des pales sous l'action de la force centrifuge et contre l'action d'un système Plastique antagoniste : du c8té de son attache, la pale est prolongée par un arbre cylindrique qui coulisse dans un tube, et l'extrémité de cet arbre du c8to;pposé à la pale est munie d'une manivelle, elle même reliée à un point fixe par une bielle. Au repos, le point fixe est plus loin du centre que ltex- trématé de la manivelle, et par conséquent la bielle est inclinée par raPport à la perpendiculaire à l'arbre porte-oale.Lorsque cet arbre s'éloigne du centre sous l'action de la force centrifuge, l'inclinaison diminue et, de ce fait, la manivelle est poussée dans un sens; on fait en sorte qu'il en résulte une diminution de l'angle d'attaque et que, à la vitesse nominale, on ait simultanément une inclinaison nulle et l'angle d'incidence qui correspond au fonctionnement normal. Lorsque la vitesse du vent dépasse celle qui correspond au fonctionnement à pleine puissance, la pale continue à s'éloigner du centre, la bielle s'incline en sens inverse, et la manivelle tend à revenir en arrière. L'angle d'incidence augmente donc à nouveau. Au démarrage, il faut que la pale arrive très vite à son angle d'incidence normal, puis ce dernier ne doit pas varier jusqu'au-delà de la vitesse normale. Suivant l'invention, ce résultat est obtenu en utilisant un double système élastique : le premier exerce un effort antagoniste faible, et le second, qui est prévu pour des efforts beaucoup plus importants > est monté sous forte contrainte entre deux butées; la fin de la course du premier correspond à l'incidence normale, puis, ce n'est que lorsque la force centrifuge dépasse la valeur normale, que l'une des butées du second système est entraîné et provoque un nouveau coulissement qui, comme on l'a vu, produit une réaugmentation de l'angle d'incidence. Au démarrage, le poids des pales vient perturber l'action de ce système, et pour éviter ce phénomène, l'éolienne suivant l'invention comporte un égalisateur d'angles d'incidence constitué par une manivelle supplémentaire placée à l'extrémité de chaque arbre porte-pale : leurs positions sont telles qu'à course elles sont parallèles à l'axe de rotation de l'hélice, et leurs inclinaisons sont maintenues symétriques par un levier qui réunit leurs extrémités et pivote autour de cet axe. Des articulations judicieusement disposées autorisent les mouvements de coulissement sans introduire de jeu préjudiciable à la précision du dispositif. Suivant l'invention, la génératrice est du type asynchrone avec excitation par condensateurs. La rkgulation en marche autonome est assurée par le système de protection contre les vents exceptionnellement forts t elle peut être rendue aussi précise que l'on veut en augmentant la course du second système élastique décrit plus haut. La planche ci-jointe représente de. façon non limitative un exemple de réalisation d'une éolienne conçue suivant l'invention. La figure 1 représente l'éolienne complète : l'hélice 1 est portée par un arbre 2 qui tourne grâce aux roulements 3 et 4 dans un tube 5 fixé sur le bot- tier 6 du multiplicateur de vitesse à engrenages. Ce bottier 6 repose par l'intermédiaire de pattes 7 et 8 sur un silent-bloc lui même porté Par des barres 9 qui passent de chaque cOté du tube 5 et rejoignent la pièce 10 qui pivote sur le mat 11. Le petit pignon 12 du muetiplicateur de vitesse est monté en bout de l'arbre du moteur 13 fixé par son flasque-bride sur le bottier 6. De la même façon, l'engrenage 14 est monté en bout de l'arbre 2 solidaire de l'hélice. Le mât 11 repose sur un massif en béton 15 par déúx tourillons 16. La Partie droite de ce massif est représentée non hachurée pour faire apparaitre la fente dans laquelle le mât peut prendre des positions obliques figurées par 17. Une grande barre filetée 18 qui passe dans un écrou 19 buté sur le massif en béton et dont l'extrémité est liée à un collier 20 qui entoure le tube 5, permet d'assurer la montée et la descente du mât. La figure 2 représente le système de liaison des pales à l'arbre de rotation. Chaque pale 21 est solidaire d'une pale 22 qui coulisse dans -un tube 23. Un premier ressort 24 vient s'opposer au mouvement, puis, lorsque la cloche 25 qui comprime ce ressort vient en butée sur la rondelle 26, celle ci se trouve entrainée à son tour et comprime l'empilage de rondelles Belleville 27 qui était déjà fortement précomprimé entre la rondelle 26 et le fond du tube 23. La figure 2 représente- encore le système de pivotement des pales constitué par la manivelle 28 et la bielle 29 tenue par rotule sur le point fixe 30, tandis que la figure 3 représente le fonctionnement de ce système : lorsque l'extrémité inférieure de la tige 22 Passe de la position E1 à la position E2, la bielle 29 passe de la position B1 à la position, beaucoup moins inclinée, B2. Il en résulte que son extrémité se déplace vers la gauche et pousse la manivelle qui passe de la position M1 à la position M2 en tournant d'un angle . On fait alors en sorte que l'angle d'incidence ait la faible valeur i qui correspond au fonctionnement normal; au démarrage cet angle a donc la valeur beaucoup plus grande i + De la même façon, lorsque la tige monte encore, la bielle reprend une position inclinée B3, la manivelle revient en arrière d'un angle 4' et llincidence passe à la valeur i+Bi ' qui est beaucoup plus grande que i : le passage de la position 2 à la position 3 est, comme on l'a vu, provoqué par une survitesse, et l'on voit qu'il en résulte que la pale tend à s'effacer dans le vent. Sur la figure 2, on voit également le système d'égalisation des angles d'incidence qui est constitué par les manivelles 31, les leviers 32 ainsi que la tige 33, et la figure 4 représente le schéma de fonctiomiement de ce système : elle correspond à la position moyeame-pour laouelle les axes des deux leviers 31 et 31' sont Parallèles. Ils sont représentés sous forme de triangles pour monter qu'ils peuvent pivoter autour de leur axe horizontal de manière à se preter au mouvement de coulissement, mais que chacun d'eux tourne en même temps que la pale à laquelle il est fixé, autour de l'axe vertical de cette Dalle. Lorsque l'extrémité de la manivelle 31 tourne par exemple vers l'arrière, elle entrain l'extrémité du levier 32 qui oblige le petit axe AA' à tourner autour de la tige 33. Il entraine alors le levier 32' dans un sens tel que l'ex trématé de la manivelle 31' se déplace vers l'avant, faisant tourner la pale inférieure en sens inverse de celui de la pale supArieure, et du meme angle. L'axe AA' est là pour permettre aux extrémités des leviers 32 et 32' de se preter aux déplacements latPraux qui résultent des variations d'inclinaison des manivelles 31 et 31'. REVEMDICATIONS 1 F.olienne génératrice d'énergie électrique constituée par une hélice, un mul tiplicateur de vitesse et une génératrice électrique, caractérisée en ce que c'est le chassisdu multiplicateur de vitesse qui reçoit en porte à faux, d'un côté, dans l'axe de la sortie à petite vitesse, le chassis allongé dans lequel se trouvent les paliers de l'hélice, et de l'autre, dans l'axe de la sortie à grande vitesse, la génératrice électrique. 2 Eolienne suivant revendicationicaractêrisée en ce que la poulie ou l'en grenage de la sortie à petite vitesse est monté sur ltextrémité de l'arbre qui porte l'hélice. 3 Eolienne suivant revendication 1 caractériséeen ce que la poulie ou l'engre- nage de la sortie à grande vitesse est monté sur l'extrémité de l'arbre de la génératrice électrique. 4 Eolienne suivant revendication 1, caractériséeen ce que la liaison entre le chassis du multiplicateur de vitesse et l'extrémité pivotante du mât se fait avec interposition de silent-blocs de manière que tout l'ensemble hélicemultiplicateur-génératrice, puisse osciller sans transmettre d'efforts impor tants au mat. 5 Eolienne suivant revendication 1, caractérisieen ce que le mât est tubulaire et que sa partie inférieure est portée par deux tourillons liés à un socle sur le côté duquel, dans le plan de rotation des tourillons, est ménagée une fente de largeur un peu supérieure à a celle du mat, de telle manière que celui puisse à volonté être couché ou relevé, par exemple sous l'action d'une vis vérin. 6 Eolienne suivant revendication 1, caractérisée en ce que l'augmentation de l'angle d'incidence des pales pour le démarrage ainsi que pour la protection contre les vents trop puissants, est obtenue par coulissement des pales sous l'action de la force centrifuge et contre un système élastique antagoniste, ce coulissement provoquant une rotation dans un sens, puis en sens inverse grace à une manivelle et à une bielle dont le point fixe est sensiblement à la hau teur de l'extrémité de la manivelle pour le milieu de la course de coulisse ment, de telle manière que l'inclinaison de la bielle commence par décroître, puis croisse à nouveau en sens inverse, provoquant ainsi une rotation de la manivelle, d'abord dans le sens qui en éloigne l'extrémité du point fixe, puis dans celui qui l'en rapproche, le montage entant tel que le premier sens corres pond à la diminution de l'angle d'incidence et le second à l'augmentation de ce meme angle. 7 Système élastique suivant revendication 6, caractérisA en ce eu'il com porte un premier étage qui donne un effort relativement faible qui correspond au début du démarrage, le système qui définit la fin de la course de cet étage venant entraîneur la butée qui empêche l'expansion d'un second système beaucoup plus puissant comprimé au montage, de maniere ou'une seconde partie de la cour se ne puisse être obtenue que pour l'effort beaucoup plus important qui correspond à une survitesse. 8 Perfectionnement suivant revendication 6 qui consiste en ce que les angles de rotation des pales sont rendus égaux par des manivelles supplémentaires placées à l'extrémité des arbres qui portent les pales, ces manivelles étant parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe pour la valeur moyenne de l'incidence des pales, et leurs extrémités étant portées par des leviers qui tournent ensemble autour de l'axe de l'hélice, de manière à assurer l'égalité de leurs angles de rotation. 9 Eolienne suivant revendication 1, caractérisée en ce que la génératrice est une machine asynchrone à cage d'écureuil couramment vendue sous l'appella- tion de moteur, et dont la marche en génératrice sur réseau ou sans réseau est assurée par une batterie de condensateurs. 10 Eolienne suivant revendication 1, caractérisée en ce que, pour la marche sans réseau, la régulation de vitesse est assurée par le système d'augmentation de l'angle d'incidence des pales en cas de fort vent, le second étage du système élastique qui intervient alors ayant à cet effet une course suffisante pour que la survitesse reste dans les limites assignées.