Brevet FR2484027A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne une famille d'éoliennes, ce dernier terme étant pris dans son sens le plus général, et plus spécialement les parties tournantes ou rotors d'éoliennes. Ces rotors sont destinés à entraîner de façon connue des dispositifs mécaniques (pompes, etc,,.) ou électriques (générateurs d'électricité, etc...). L'invention fait application aux rotors d'éoliennes de structure comportant des barres comprimées selon leur axe, non jointives, et des câbles en tension ou organes équivalents, reliant les extrémités des barres selon un réseau continu. Les structures autotendues sont, en particulier, celles du brevet français du 10 avril 1963, délivré sous le numéro 1 377 291 de David Georges EMMERICH. Les structures sont rigides et apparaissent comme des ensembles largement vides inscrits dans un polyèdre enveloppe. Le but principal de l'invention est d'utiliser les dites structures, d'une part, pour porter des aires exposées au vent, en profitant de la perméabilité au vent des dites structures, d'autre part, d'offrir à ces aires des supports multiples qui évitent d'avoir s les faire travailler en encastrement, comme par exemple dans le cas d'éoliennes à hélices, ce qui permet de diminuer les contraintes mécaniques des éléments constitutifs. L'invention consiste donc 1) à utiliser les éléments constitutifs d'un tel ensemble pour supporter des aires recevant la poussée du vent et constituant, grâce 3 l'adjonction d'un axe de rotation, un rotor d'éolienne. 2) à fixer l'axe de rotation réel ou virtuel au moyen de câbles tendus reliés en deux points fixes, chacun à au moins trois sommets du polyèdre susvisé. 3) à disposer le dit axe dans une position centrale s l'inertie tant du dit ensemble que des aires recevant la poussée du vent étant équilibrée sur cet axe. L'invention concerne encore les caractéristiques distinctes suivantes: 4) si l'axe est réel, c'est un arbre supporté par des paliers qui reposent surune structure immobile fixée au sol. 5) si l'axe est virtuel, il est déterminé par l'axe de rotation de paliers liés à une structure immobile fixée au sol, la partie tournante de chacun de ces paliers étant liée au polyèdre tournant exposé au vent selon le paragraphe 2). 6) les organes désignés dans la présente description comme "câbles" peuvent âtre non seulement des câbles proprement dits, non rigides, mais aussi des tiges, profilés ou tubes creux étudiés pour résister aux efforts de tension et de flexion. 7) en particulier, les dits tubes creux ainsi que les barres peuvent recevoir, sans participer à la tension ou à la compression des tubes ou des barres, des organes de transmissions mécaniques, hydrauliques, et électriques qui servent à l'orientation des aires exposées au vent. 8) les aires "exposées au vent peuvent être des voilures souples ou rigides, fixées tant aux barres qu'aux câbles ou des ailes rigides profilées au vent, fixées de préférence aux barres. 9) les ailes peuvent elles mêmes constituer des barres. 10) les ailes peuvent âtre orientées par rotation autour des barres, selon le paragraphe 7), en fonction de leur position par rapport au vent, de façon à favoriser la force utile de certaines ailes et diminuer la traînée des autres ailes. La force utile est la composante de la force du vent perpendiculaire à l'axe de rotation ; la traînée est la composante de la force du vent dirigée vers cet axe. 11) les câbles et les barres sont calculÉs pour résister non seulement aux diverses forces développées à l'état statique, au repos de la structure tournante, mais aussi aux efforts dynamiques, en particulier aux efforts de flexion, développés par l'action du vent ainsi que par les forces centrifuges. 12) les "câbles" pouvant en outre être tendus ou détendus sous l'effet du vent, ils peuvent être dotés de resscrts ou de vérins agissant de façon à les maintenir tendus quels que soient les effets du vent. 13) la structure-support de l'éolienne, fixée au sol, peut être constituée selon les données du brevet numéro 1 377 291 susvisé. Un premier exemple, non limitatif, de l'invention est représenté sur les figures 1 à 4 ci-jointes. La figure 1 représente en perspective un polyèdre régulier à vingt faces, douze sommets, soit un "icosahédron". La figure 2 représente la projection du même polyèdre sur un plan perpendiculaire à la ligne des sommets 16 et 22. Ce polyèdre est l'enveloppe de l'exemple représenté sur les figures 3 et 4. La figure 3 correspond à la perspective de la figure 1, la figure 4 à la figure 2. Le rotor de l'éolienne est constitué d'un axe de rotation, réel ou virtuel, passant par les sommets 16 et 22 ; les barres, au nombre de cinq, sont représentées par les fuseaux 11-19, 12-20, 13-21, 14-17, 15-18. Les extrémités supérieures 11, 12, 13, 14, 15, des barres, d'une part, les extrémités inférieures 17, 18, 19, 20, 21, des barres, d'autre part, sont reliées par des câbles tendus respectivement aux points 23 et 24 de l'axe de rotation. Dans cet exemple, chaque barre peut recevoir une aire exposée au vent, celle d'un plan, ou un autre surface de forme quelconque. L'expérience et le raisonnement montrent que le vent met en mouvement le rotor, soit que l'axe soit vertical, soit qu'il soit horizontal et dirigé par des moyens connus dans le sens du vent. Un deuxième exemple, non limitatif, de l'invention est représenté sur la figure 5. La figure 5 représente une variante comprenant des voiles tendues entre deux câbles réunissant les extrémités de deux barres, câbles tels que 11-20, 12-21, 13-17, 14-18, 15-19. Ces voiles peuvent être constituées par des matières élastiques prenant entre deux câbles la forme de paraboloîdes hyperboliques ou par des voiles rigides façonnées à cette forme. Sur la figure 5, une voile 25, indiquée par des hachures est isolée, deux autres voiles 26 et 27, également hachurées sont établies l'une près de l'autre. Selon le polyèdre-enveloppe choisi, le nombre de telles voiles peut être rnultiplié. L'axe 16-22 du rotor peut être placé verticalement ou horizontalement, parallèlement à la direction du vent. REVENDICATIONS 1) Eolienne dont le rotor est caractérisé par un ensemble auto-tendu ,Jn;tité par des barres eumpriinées non jointives (28 à 32) et des câbles tendus -dessinés Fig. 3, en tirets, tels que 11-20, 11-15, 11-12) attachés aux-extrémités uea barres, formant un réseau continu, les sommets du dit ensemble étant ceux d'un polyèdre (11 à 22, Fig. 1), ensemble supportant des aires (telles que 25, Fig. 5) . ecëvant la poussée du vent et constituant grâce à l'adjonction d'un axe de rotation (23 - 24, Fig. 2), la partie tournante d'une éolienne. 2) Eolienne selon la revendication 1 caractérisée par ce que l'axe de rotation de la partie tournante est fixée à cette partie tournante en deux points du dit axe, chacun par des câbles tendus, (tels que 23-11, 23-12, 23-13, 23-14, Fig. 3), à au moins trois sommets du dit polyèdre. 3) Eolienne selon la revendication 1 caractérisée par ce que le dit axe de rotation est fixé dans une position centrale telle que l'inertie tant du dit ensemble que des aires recevant la poussée du vent est équilibrée sur cet axe. 4) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que l'axe de rotation constitué par un arbre est supporté par deux paliers qui reposent sur une structure fixée au sol. 5) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que l'axe de rotation est virtuel et déterminé par les axes de deux paliers liés à une structure fixée au sol, la partie tournante de chacun de ces paliers étant liée au polyèdre tournant exposé au vent, chacune par des câbles tendus à au moins trois sommets du dit polyèdre. 6) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que les dits "câbles" tendus sont remplacés par des tiges, profilés et/ou tubes creux, étudiés pour résister aux efforts de tension et de flexion. 7) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 6 caractérisée par ce que les dits tubes creux, tiges ou profilés et les barres peuvent recevoir des organes de transmission mécaniques, hydrauliques ou électriques servant à l'orientation des aires exposées au vent sans que les dits organes participent à la résistance des tubes, tiges ou profilés et des barres. 8) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que les aires exposées au vent sont des voilures souples. 9) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que les aires exposées au vent sont des voilures rigides. 10) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que les aires exposées au vent sont des ailes rigides profilées au vent, fixées aux barres de préférence. 11) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 10 caractérisée par ce que les dites ailes constituent au moins une partie des barres du rotor. 12) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 7 caractérisée par ce que les dites ailes peuvent être orientées par rotation autour des barres. 13) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 6 caractérisée par ce que les câbles ou organes équivalents et les barres sont calculés pour résister en outre aux efforts de flexion développés lors de l'action du vent. 14) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 6 caractérisée par ce que les dits "câbles" ou organes équivalents sont dotés de ressorts de tension développant selon l'axe des dits câbles une force évitant leur détente pendant la rotation de l'éolienne sous l'action du vent. 15) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et la revendication 6 caractérisée par ce que les dits "câbles" ou organes équivalents sont dotés de vérins tendant les câbles, évitant ainsi leur détente pendant la rotation de l'éolienne sous l'action du vent. 16) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée par ce que le support de l'éolienne, fixé au sol, est une structure auto-tendue constituée par des barres comprimées et des câbles tendus attachés aux extrémités des barres, formant un réseau continu, les sommets du dit ensemble étant ceux d'un polyèdre.