Brevet FR2430526A1 — publié le 19800201

L'invention concerne généralement un nouveau rotor d'éolienne, ainsi que les éoliennes pourvues d'un tel rotor. On sait que les éoliennes sont utilisées depuis très longtemps dans les régions sèches, principalement pour faire monter l'eau des puits sans apport d'énergie extérieure autre que celle du vent. Ces éoliennes comprennent un rotor, solidaire d'un arbre moteur qui est porté au sommet d'un pylone plus ou moins haut suivant les cas, et qui est destiné à entrainer un générateur d'énergie électrique ou mécanique, par exemple une dynamo, un alternateur, une pompe, etc, ou plus simplement la roue de broyage des grains pour un moulin à vent. Au début, les rotors des éoliennesoudes moulins à vent comprenaient un certain nombre d'ailes fixes, sur lesquelles le vent pouvait agir et qui faisaient tourner le rotor autour de son axe pour entrainer l'arbre moteur. Quand la vitesse du vent devenait trop importante, il fallait faire tourner l'ensemble autour d'un axe vertical, pour disposer le rotor dans un certain plan par rapport à la direction du vent, qui n'avait plus alors mmwactaon sur les ailes du rotor. On a ensuite développé des rotors à pales radiales et à surface gauche, qui sont montéesradialement sur un moyeu du rotor (comme une hélice de moteur d'avion) et qui sont équipés d'un mécanisme à pas variable permettant de régler à volonté l'inclinaison de la surface des pales par rapport à la direction du vent. Ainsi, quand la vitesse du vent augmente et devient très importante, il est possible de mettre les pales en drapeau, ctest-à-dire que leur surface est orientée sensiblement parallèlement à la direction du vent, qui n'a alors plus qu'une action très faible ou sensiblement nulle sur les pales, et qui ne risque pas de provoquer l'emballement du rotor et la destruction de l'éolienne. Toutefois, ces mécanismes de pas variable sont constitués par des systèmes de pignons et d'arbres de rotation, très complexes et très encombrants, ce qui limite grandement le nombre possible de pales pour un rotor. En général, les rotors équipés de pales à pas variable, ne comprennent que trois pales. Cette limitation forcée du nombre de pales a pour conséquence directe une diminution importante du rendement du rotor, et donc de l'éolienne. De plus, la complexité des systèmes de pas variable se traduit par une augmentation très sérieuse du prix de revient, et par une diminution de la fiabilité du rotor dans son ensemble. LÇinvention a précisément pour but d'éviter ces inconvénients des rotors connus à pales à pas variable, en créant un rotor à grand nombre de pales, équipé d'un mécanisme de pas variable très simple, très peu coûteux et très fiable. L'invention a également pour objet un rotor, comprenant un grand nombre de pales, équipé d'un système de variation automatique du pas, en fonction de la vitesse et de la force du vent. Pour cela, l'invention propose donc un rotor d'éolienne, monté solidaire en rotation d'un arbre moteur porté par un pylone et entrainant un générateur d'énergie électrique ou mécanique, tel par exemple qu'un alternateur ou une pompe, comprenant des pales radiales à surface gauche et un mécanisme de pas variable permettant de mettre les pales en drapeau quand la vitesse du vent devient trop importante, caractérisé en ce que le système de pas variable est dépourvu de pièces à mouvement et est constitué par les moyens de montage des pales elles-mêmes sur le rotor. On comprend ainsi que, selon l'invention, ce système de pas variable est extrêmement simple, qu'il est peu coûteux et très fiable, du fait qu'il ne comprend pas de piècesen mouvement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'action du système à pas variable est fonction de la vitesse du vent et varie automatiquement dans le même sens que la vitesse du vent. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les pales précitées sont montées solidaires de barres de torsion fixées sur le moyeu et s'étendant radialement depuis celui-ci. Cette caractéristique de construction préférée de l'invention permet d'obtenir précisément un système à variation automatique de pas en fonction de la force du vent. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe, selon la ligne I-I de la figure 2, d'une éolienne selon l'invention invention - la figure 2 est une vue de face d'un rotor selon l'invention, selon la ligne II-II de la figure 1 ; et - la figure 3 représente, en vue agrandie avec arrachement partiel, un détail de montage des barres de torsion sur le moyeu du rotor. On a donc représenté schématiquement en figure 1, une représentation partielle d'une éolienne selon un mode de réalisation préféré de l'invention. L'éolienne comprend tout d'abord un pylone 10, reposant sur le sol, et dont le sommet supporte, en pivotement autour d'un axe vertical 11, un carénage sensiblement fermé 12. Ce carénage 12 porte à son extrémité arrière une tige horizontale axiale 13 solidaire d'une plaque verticale 14 de forme appropriée, et à son extrémité avant, ce carénage comprend un manchon axial horizontal 15, qui est traversé axialement par un arbre moteur 16 solidaire, par exemple par clavetage, du moyeu 17 d'un rotor 18 comprenant un certain nombre de pales 19 à surface gauche. La direction du vent est indiquée en figure 1 par les flèches 20, et on comprend que 11 action du vent sur la plaque arrière 14 a pour effet de placer le rotor 18 face au vent, et que l'action du vent sur les pales provoque la rotation du rotor autour de son axe central, et donc la rotation de l'arbre moteur 16 autour de son axe, dans un sens prédéterminé. Un alternateur ou un autre appareil générateur d'énergie électrique peut être placé à l'intérieur du carénage 12, et est entrainé par l'arbre moteur 16. D'une autre façon, 11 arbre moteur 16 peut entrainer un générateur d'énergie mécanique, tel qu'une pompe, qui n'est pas alors placée dans le carénage 12, mais de préférence en bas du pylone 10. Selon l'invention, le rotor 18 comprend un assez grand nombre de pales 19, par exemple neuf pales dans le mode de réalisation représenté en figure 2, et qui peut être beaucoup plus important selon les cas. Quel que soit leur nombre, les pales 19 sont conçues de telle sorte que la somme totale de leurs surfaces cor responde sensiblement à l'aire de la surface annulaire formée par le rotor 18 au niveau de ces pales, comme on le voit en figure 2. On augmente ainsi de façon importante le rendement du rotor 18. Selon l'invention, les pales 19 sont portées par des barres de torsion 21, qui s'étendent radialement depuis le moyeu 17 du rotor, en étant emmanchées par leur extrémité radialement interne dans des logements radiaux correspondants 22 de la surface extérieure circulaire du moyeu 17. Ces logements 22 peuvent être avantageusement constitués par des trous borgnes de la surface extérieure du moyeu 17. Les extrémités radialement internes des barres de torsion 21 sont donc emmanchées dans les logements 22, et y sont immobilisées en rotation et en translation par tout moyen approprié. Avantageusement, ces moyens peuvent être constitués par deux goupilles ou clavettes 23, qui sont enfoncées à force transversalement dans le moyeu, de façon à venir se placer entre la paroi d'un logement 22 et la surface de la barre de torsion correspondante 21. Comme on le voit en figure 3, ces deux goupilles ou clavettes 23 sont disposées chacune d'un côté de la barre de torsion 21, et sont décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre. On comprend bien entendu que les extrémités radialement internes des barres de torsion 21 pourraient être immobilisées dans les logements 22 par d'autres moyens, par exemple par clavetage et par des cannelures. Les pales 19 sont montées sur les barres de torsion 21 au voisinage de l'extrémité radialement externe de celles-ci, et comprennent par exemple une partie tubulaire 24 permettant de les emmancher sur les barres de torsion 21. Une goupille ou une clavette 25, traversant chaque barre de torsion et la partie tubulaire correspondante 24 d'une pale 19, permet alors d'immobiliser la pale 19 en rotation et en translation sur la barre de torsion 21. Avantageusement, cette goupille ou clavette 25 est prévue à une extrémité de la pale 19, par exemple au voisinage de son extrémité radialement extérieure. De façon avantageuse, la partie tubulaire 24 de chaque pale 19 peut être formée par un simple repli tubulaire de la pale. Le rotor 18 comprend encore un cerclage extérieur 26, de forme circulaire, qui relie entre elle les extrémités radialement extérieures des barres de torsion 21. De façon simple et avantageuse, ces extrémités radialement extérieures des barres de torsion 21 sont montées simplement emmanchées dans des trous correspondants du cerclage 26. Celui-ci est relié, par un systèmede haubanssouplffi rigides27, à un manchon axial 28, qui est monté solidaire en rotation d'un prolongement axial 29 de arbre moteur 16, dirigé vers l'avant. Le cerclage 26 et le système dehaubans 27 permettent de maintenir rectilignes les barres de torsion 21, qui restent ainsi toutes dans un même plan. Le fonctionnement de ce rotor est le suivant Quand le vent souffle dans le sens indiqué par les flèches 20 en figure 1, le rotor 18 est placé face au vent, ctest-à-dire que son plan est perpendiculaire à la direction du vent, grace à la plaque arrière 14 formant girouette. L'action du vent sur les pales 19 provoque la rotation du rotor 18 autour de l'axe de l'arbre moteur 16, dans un sens prédéterminé, comme expliqué plus haut. Etant donné que les pales 19 sont portées par les barres de torsion 21, ces pales prennent automatiquement une certaine inclinaison, en fonction de la force du vent, par rapport au plan du rotor 18. Cette inclinaison est une position d'équilibre déterminée d'une part par la force d'action du vent sur chaque pale 19, et d'autre part par le couple de torsion de la barre 21 correspondante. Plus la force du vent est importante, plus l'inclinaison des pales 19 par rapport au plan du rotor 18 est importante, et plus les pales 19 se rapprochent de la direction du vent. Quand le vent devient très important, les pales 19 s1 étendent presque sensiblement dans le lit du vent, et se trouvent alors dans la position dite en drapeau. L'action du vent sur le rotor 18 est alors pratiquement nulle. Au contraire, quand la vitesse du vent est très faible, les pales 19 sont disposées presque perpendiculairement à la direction du vent, et l'action du vent sur les pales 19 est alors maximale On comprend que le montage des pales 19 sur les barres de torsion 21 permet d'obtenir les mêmes résultats qu'un mécanisme de pas variable à pignonset arbres rotatifs,et que de plus, l'inclinaison des pales 19 par rapport à la direction du vent est réglée automatiquement en fonction de la vitesse ou de la force du vent. On notera encore que, comme les pales 19 sont solidaires des barres de torsion 21 uniquement par une goupille 25, ces pales 19 peuvent elles-mêmes subir une légère torsion par rapport à leur barre de torsion 21, et que cet effet s'ajoute à la torsion de la barre 21. On comprend que les caractéristiques mécaniques des barres de torsion 21 sont déterminées en fonction des caractéristiques de 11 éolienne, et notamment en fonction des surfaces des pales 19, des dimensions du rotor 18, de la vitesse de rotation à obtenir, etc. On notera encore que le rotor 18 est réalisé en tous matériaux appropriés, par exemple en métal, en matériau plastique, etc. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Rotor d'éolienne, monté solidaire en rotation d'un arbre moteur porté par un pylone et entrainant un générateur d'énergie électrique ou mécanique, comprenant des pales radiales à surface gauche et un système de pas variable permettant de mettre les pales en drapeau quand la vitesse du vent devient trop importante, caractérisé en ce que le système de pas variable est dépourvu de pièces en mouvement et est constitué par les moyens de montage des pales elles-memes sur le rotor. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action dudit système à pas variable est fonction de la vitesse du vent et varie automatiquement dans le même sens que la vitesse du vent. 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qutil comprend un moyeu central solidaire de l'arbre moteur et en ce que les pales sont montées solidaires de barres de torsion fixées sur le moyeu et s'étendant radialement depuis celui-ci. 4. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque barre de torsion est montée emmanchée par une extrémité dans un logement radial de la surface extérieure du moyeu et est immobilisée en translation et en rotation dans ce logement, par exemple au moyen de goupilles ou clavettes. 5. Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux goupilles ou clavettes précitées sont montées transversalement à force dans chaque logement, entre la paroi de celui-ci et la surface de la barre de torsion, une de chaque côté de la barre, en étant décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre. 6. Rotor selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que chaque pale comprend une partie tubulaire radiale, par laquelle elle est montée emmanchée sur l'autre extrémité d'une barre de torsion précitée, en étant immobilisée en rotation et en translation sur cette barre de torsion, par exemple au moyen d'une goupille ou d'une clavette. 7. Rotor selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce les extrémités radialement extérieures des barres de torsion sont réunies entre elles par un cerclage circulaire. 8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'wu système de haubans relie un prolongement axial de l'arbre moteur prévu en avant du rotor, au cerclage précité. 9. Rotor selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les extrémités radialement extérieures des barres de torsion sont montées simplement emmanchées dans des trous correspondants dudit cerclage. 10. Rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un grand nombre de pales, par exemple supérieur ou égal à neuf, les surfaces des pales recouvrant la presque totalité d'une surface annulaire du rotor à leur niveau. 11. Eolienne, caractérisée en ce qu'elle comprend un rotor du type décrit dans l'une des revendications précédentes.