Brevet FR2562609A1 — publié le 19851011

EOLIENNE A DEUX ROTORS VERTICAUX La présente invention concerne une nouvelle architecture d 'éolienne. L'intérêt de capter et de maîtriser énergie fournie par le vent pour la transformer en énergie électrique ou mécanique ntest plus à démontrer surtout dans le contexte actuel où toute énergie peu couteuse et non polluante prend toute son importance. Un problème cependant surgit dès que l'on s'intéresse à ce procédé : c'est le rendement de l'organe chargé de capter l'énergie. Pour résoudre ce problème on a parfois recours à l'utilisation de deux rotors à axes verticaux portant des pales qui leur sont solidaires sur toute la longueur des rotors. Ces derniers sont montés dans l'art connu sur un seul arbre tournant relié directement à un alternateur. Cette structure, si elle est satisfaisante pour certaines applications où les puissances mises en jeu sont relativement modestes pose de gros problèmes de résistance des matériaux au niveau de la liaison entre l'arbre et l'alternateur qui est une liaison directe. L'invention concerne une eolienne qui présente tous les avantages des machines à deux rotors verticaux sans en présenter les défauts. D'une part, les rotors sont solidaires d'une plateforme tournante, indépendante de l'alternateur, le tout étant pris en charge par une embase fixe solidaire du sol. L'invention concerne plus précisément une éolienne à deux rotors verticaux caractérisée en ce que ces deux rotors verticaux, porte-pales sont montés sur une plateforme orientable en rotation par rapport à un plateau fixe servant d'embase à l'ensemble solidement ancré sur le sol ; cette plateforme mobile étant munie d'une cage de roulement centrale axée sur l'axe du plateau fixe et d'une pluralité de cages de roulements radiaux dits respectivement supérieurs et inférieurs, ces derniers coopérant avec des chemins de roulement respectivement solidaires de la face supérieure et de la face inférieure du plateau fixe. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles - La figure 1 représente schématiquement un bâti constituant un des éléments essentiels d'une éolienne conforme à l'invention ; - La figure 2 est une vue de dessus, partielle de l'éolienne, illustrant notamment une plateforme tournante selon l'invention ; - La figure 3 représente schématiquement le système de fixation des rotors, supports de pales, à cette plate forme tournante ; - La figure 4 est une vue de dessus de la figure 3 ; - La figure 5 est une vue en coupe selon SS de la figure 3; - La figure 6 est une vue en perspective d'une partie de rotor équipée de ses pales dont le profil constitue une des caractéristiques de l'invention ;; - La figure 7 est une représentation schématique d'une éolienne selon l'invention à laquelle on a adjoint un gouvernail. Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Comme le montre ltensemble des figures auxquelles on se réfère tout au long de la description qui suit, une éolienne 1 conforme à l'invention est du type à deux rotors 2 et 3 verticaux equipés de pales 4 solidaires de ces rotors et dont le profil sera défini ultérieurement. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'organe chargé de capter l'énergie d'une éolienne 1 conforme à l'invention repose sur une embase 5 solidement ancrée au sol. Cette embase 5 est par exemple constituée d'un plateau circulaire 6 porté par une pluralité de jambes de force 7 dont une 7a est disposée de telle sorte que son axe xx' se confonde avec l'axe xx' de l'éolienne 1. Les autres jambes de force 7 sont inclinées et réparties de telle sorte qu'elles assurent une parfaite assise de ce plateau jouant la foncion d'embase fixe 6 pour le reste de l'éolienne 1. L'extrémité basse de ces jambes de force 6 comporte un pied 8 destiné à être solidement ancré dans le sol 9 (ou tout autre support sur lequeL doit être dressée l'éolienne). Ces pieds 8 peuvent, soit être scellés, soit être rendus solidaires du sol par tout moyen connu, des boulons 90, par exemple. Selon une caractéristique importante de l'invention, ce plateau-embase 6 est par construction disposé et scellé de telle sorte que sa surface supérieure soit rigoureusement située dans un plan horizontal. En effet, conformément à l'invention, ce plateau fixe 6 est destiné à recevoir une plateforme tournante 10 qui est le support des deux rotors 2 et 3 portant les pales 4 qui reçoivent le vent. Cette plateforme 10 est reliée au plateau fixe 6, dans l'axe de celui-ci, au moyen d'une cage de roulement 11 qui assure son maintien selon l'axe xx' et sa rotation sans frottement. Selon l'invention, des moyens supplémentaires sont prévus pour que cette plateforme mobile 10, quelles que soient les contraintes auxquelles l'éolienne se trouve soumise, conserve une assise parfaitement horizontale, de telle sorte que la plaque 110 sur laquelle sont fixes les rotors 2 et 3 se trouve en permanence disposée parallèlement au plateau fixe 6. Pour cela, une pluralité de cages de roulement radiaux 12 sont disposées sur un axe circulaire à une distance Et du centrede la plate forme solidaire de la face interne 66 de celle-ci. Ils sont dénommes, dans la suite de la description, cage de roulement supérieurs 12 et cooperent avec un chemin de roulement supérieur 20 a solidaire de la face supérieure 66 du plateau fixe 6. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la structure de la plateforme mobile 10 est telle que la plaque 110 est repliée perpendiculairement sur toute sa périphérie en forme de L dont la base 25 duL porte une pluralité de cages de roulement dits inférieurs 13 , également régulièrement répartis sur un second axe circulaire à une distance R1 du centre et destinés à coopérer avec un second chemin de roulement 30 a dit inférieur, solidaire de la face interne 67 du plateau fixe 6. Une telle architecture contribue à empecher tout mouvement dans un plan vertical de la plaque 11 û de la plateforme tournante 10 portant les rotors 2 et 3. Pour plus de rigidité de l'ensemble, il est conseillé de placer le de part 50 des jambes de force 7 aussi près que possible des roulements à billes. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, et pour des raisons notamment d'allègement, la plaque 110 de la plateau forme tournante 10 est découpée en une pluralité de branches 100 par exemple au nombre de 4, qui épouserait sensiblement la forme d'une croix de Malte. Il convient de noter que cette plateforme tournante 10 est plus précisément une plateforme qui tourne en fonction de la direction du vent assurant ainsi une prise au vent optimale au niveau des pales. Pour cela, elle coopère avec un gouvernail qui sera décrit plus loin. Comme cela a déjà été dit, et conformément à l'invention, la plateforme mobile 10 est donc destinée à recevoir les rotors 2 et 3. Selon une variante de mise en oeuvre, une zone renforcée 80, par exemple en forme de 8 est prévue dans cette plateforme de telle sorte que ces rotors 2 et 3 se trouvent centrés et fixés au centre 80 a et 80 b des boucles du huit constituant cette zone renforcée 80. Les extrémités basses des rotors 2 et 3 sont fixées à la surface supérieure de la plaque mobile 110 par exemple au moyen de butées à billes 50 à simple ou double effet, tandis que leurs extrémités hautes sont reliées à un cadre 51 au moyen de cage de roulement 52. Ce cadre 51 est rendu solidaire de la plateforme mobile 10 par tout moyen connu tel que des boulons 53. La force aéromécanique est récupérée au niveau de ces deux rotors 2 et 3 de manière classique (et pour cela non représente selon les techniques utilisées dans ce type de machine. Cette liaison rotor-alternateur peut être réalisée soit à la base des deux rotors , soit à son sommet. Elle est indépendante de l'axe de rotation de la plateforme mobile qui n'est là que pour assurer l'orientation optimale du capteur en fonction de la direction du vent. Le cadre 5 a également pour fonction de supporter un certain nombre d'accessoires. Ainsi un auvent 31 est disposé localement de part et d'autre des rotors 2 et 3, ce dernier est équipé d'un volet 310 orientable autour d'un axe de rotation311 comme cela est représenté sur les figures 4 et 5. Selon une autre caractéristique de l'invention, coopérant avec cet auvent 31, un brise-vent 32 est prévu pour guider et canaliser le flux vers les deux rotors. Il comporte deux profils creux 32 a et 32 b et est rendu solidaire de la plateforme mobile 10. Le montage du profil en triangle 32 b peut être prévu avec des moyens de coulissement, constitués par exemple par une lumière 40, le long de laquelle, il peut coulisser avant d'être fixé au moyen d'un boulon 42, comme l'est d'ailleurs également la partie arrière 32 a Maintenant que l'ensemble de la structure du bâti a été décrite, on entre dans la description d'une autre caractéristique importante de l'invention : à savoir le profil des pales 4 solidaires des rotors 2 et 3. Celles-ci, conformément à l'invention sont au nombre de quatre par rotor, soudées sur une génératrice du rotor qui est un cylindre à base circulaire. Elles sont réparties sur deux axes perpendiculaires xl x2, et yl y2, centrées sur l'axe des rotors. Chacune d'elles comporte une partie plane 101 perpendiculaire à l'axe xl x2 ou yl yl qui la porte et dans le prolongement une partie recourbée 102 en arc de cercle. La cinématique de l'ensemble illustré notamment au moyen de la figure 5 fait qu'elles tournent en sens inverse, qu'elles se frolent tangentiellement au point T. Enfin, comme le montre la figure 8, un gouvernail 200 peut être prévu afin d'optimiser l'orientation de la plateforme mobile. Celui-ci peut être placé en tout point du bâti 1 de 1 'éolienne conforme à l'invention. Dans l'exemple choisi à titre nullement limitatif, ce gouvernail 200 est positionné au sommet du cadre 51 protégeant et maintenant en place les rotors 2 et 3 Il s'agit d'une structure triangulée rendue solidaire du cadre 51 par tout moyen connu par exemple par un boulon 205, cette structure portant le gouvernail 200 présentant une surface de prise au vent suffisante pour que sa force d'application entraîne et oriente de manière optimale la plateforme mobile 103. Une telle architecture d'éolienne permet d'obtenir un rendement maximal avec des problèmes de résistance des matériaux simplifiés et un e.,combrement aussi réduit que possible. La combinaison en effet du profil des pales, de la disposition et de la structure de l'auvent et du brise vent qui canalise vers les pales tout le vent capté par l'éolienne et la fiabilité de la plateforme mobile qui reste en permanence horizontale et automatiquement orientée fait qu'une éolienne conforme à l'invention trouve son application dans une large gamme d'utilisation aussi bien pour des usages domestiques (alimentation de chauffe-eau par exemple) que pour des projets de grande envergure. REVENDICATIONS I ) Eolienne ( I ) à deux rotors verticaux (2) (3) ; caractérisée en ce que ces deux rotors (2), (3) porte-pales (4) sont montés sur une plateforme orientable en rotation (10), par rapport à un plateau fixe (6) servant d'embase à l'ensemble, solidement ancré dans le sol (9) cette plateforme orientable (10) étant munie d'une cage de roulement centrale (Il) axée sur l'axe (xx') du plateau fixe (6) et d'une pluralité de cages de roulements radiaux, dits respectivement supérieur (12) et inférieur (13) ; ces derniers coopérant avec des chemins de roulement (20 a) respectivement solidaires de la face supérieure (66) et de la face inférieure (67) du plateau fixe (6). 2) Eolienne (I) selon la revendication I ; caractérisée en ce que d'une part le plateau fixe (6) est constitué d'une embase dont les faces externes (66) et internes (67) sont maintenues dans un plan, horizontal, et qui porte les chemins de roulement supérieur (20 a) et inférieur (30 a) et que d'autre part la plateforme tournante (10) comporte une plaque (110) présentant une surface interne également situee dans un plan horizontal, parallèle au plateau fixe (6) et qui porte les cages de roulement (12), cette plaque (110)étant repliée sur sa périphérie pour former un (L) dont la base (25) porte les cages de roulements (13). 3) Eolienne selon l'une des revendications précédentes ; caracté risee en ce que ie plateau fixe (Gji est supporté par une pluralité de jambes de force (7) dont les pieds (8) sont rendus solidaires du sol (9) et dont l'extrémité haute (50) est solidaire du plateau fixe (6) au niveau des chemins de roulement. 20a) 4) Eolienne (I) selon l'une des revendications précédentes; caractérisée en ce que la plateforme tournante (10) est découpée en une pluralité de branches (100). 5) Eolienne (1) selon la revendication 4 ; caractérisée en ce que ces branches (100) sont au nombre de quatre et reproduisent senslblement une croix de Malte. 6) Eollenne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un brise-vent (32) est rendu solidaire de la plateforme tournante (10). 7) Eollenne (1) selon la revendication 6 ; caractérisée en ce que ce brise-vent comporte une partie en pointe (32 b) dont le positionnement est réglable le long d'une lumière (40) ménagée dans l'une des branches (100) de la plateforme tournante (10). 8) Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes ; caractérisée en ce que un cadre (51) solidaire de la plateforme tournante (10) comporte des moyens de fixation (52) de la partie haute des rotors (2) et (3). 9) Eolienne (1) selon la revendication 8 ; caractérisée en ce que ce cadre (51) comporte un auvent (31) équipé de volets (310) orientables. 10) Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes ; caractérisée en ce que les pales 4, solidaires des rotors (2) et (3) sont au nombre de quatre, réparties sur la périphérie de chacun des rotors (2) et (3) et comportent ^ une partie perpendiculaire (101) aux axes (xl x2) et (yl y2) du rotor concerné, se prolongeant par une partie (102) en arc de cercle. 11) Eolienne (I) selon la revendication 10 ; caractérisée en ce qu'elle comporte un gouvernail (200) solidaire du cadre (51).