Brevet FR2620172A1 — publié le 19890310

EOLIENNE A AXE VERTICAL ET MOUVEMENT DE ROTATION ALTERNATIF L'invention concerne d'une manière générale les éoliennes destinées, comme on sait, à capter l'énergie des vents, pour la transformer en énergie récupérable, généralement électrique ou hydraulique. On contact, par exemple par les documents FR-A-2 307 145, 2 286 292, 2 288 233, 2 289 764 ou 2 289 769, des éoliennes à axe vertical formant pivot, comportant au moins un bras radial monté en rotation sur ledit pivot et portant un axe vertical sur lequel est articulée au moins une aile ou pale. Il est évident qu'on peut remplacer le bras radial ou un ensemble de bras radiaux par toute structure radiale équivalente, telle qu'un cadre annulaire, etc. Naturellement, les éoliennes comportent des moyens pour transformer le mouvement de rotation du ou des bras radiaux en énergie récupérable (génératrice électrique, pompe de refoulement d'eau, etc.). Dans les éoliennes connues par les documents précités, les ailes ont un trajet circulaire complet autour du pivot central. Afin de permettre à chaque aile d'offrir une prise au vent maximale sur une partie de son trajet et minimale sur les parties opposées, on prévoit des moyens de commande de l'orientation de l'aile par rapport au bras ou au cadre qui la supporte. Cependant, la nécessité de commander, simultanément, L'orientation de plusieurs ailes, généralement un minimum de quatre ailes équiréparties sur une rotation complète, conduit à des dispositifs de commande complexes. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle conception d'éolienne exempte, notamment, de l'inconvénient précité. L'éolienne de l'invention est du type à axe vertical formant pivot mentionné ci-dessus, mais s'en distingue en ce que l'aile, le cas échéant les ailes, et les moyens de commande de son orientation sont agencés pour provoquer un mouvement de rotation alternatif, et non plus unidirectionnel, du bras, sur une plage angulaire au maximum égale à un demi-tour et située en aval du pivot par rapport à la direction du vent, Les moyens de transformation du mouvement de rotation en énergie étant naturellement adaptés en fonction de cet aspect alternatif. Bien que ce ne soit pas une obligation, l'agencement le plus simple, permettant d'obtenir ce mouvement alternatif, consiste à prévoir un bras radial unique portant une aile unique ou, pour Le moins, à prévoir une structure asymétrique à la différence des structures symétriques des éoliennes à axes verticaux classiques. L'aspect alternatif du mouvement de L'éolienne entraîne une grande simplicité de construction, notamment, L'angle d'incidence est constant sur toute la hauteur de l'aile. L'aile utilisée peut être relativement souple ou, au contraire, relativement rigide. Dans ces deux cas, mais de préférence dans le premier, les moyens de commande de l'orientation peuvent consister en un systéme passif de maintien élastique du bord de l'aile opposé à son articulation. Dans le second cas, ces moyens sont, de préférence, un système actif de commande, comprenant des ensembles d'engrenages, de transmissions, de vérins articulés, etc., l'organe de commande lui-même étant, soit entièrement mécanique, soit, par exemple, un microordinateur gérant le signal d'orientation de l'aile en fonction de paramètres divers, tels que vitesse du vent, direction du vent, angle d'incidence. D'autre's caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 est une vue schématique latérale d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la fig. 2 est une vue de dessus de la fig. 1, - la fig. 3 est une vue schématique latérale d'un second mode de réalisation de l'invention, - les fig. 4 et 5 sont des vues perspectives de deux variantes de construction d'une aile rigide sur le mât de l'éolienne. Les fig. 1 et 2 montrent un mât vertical 1 tournant dans une crapaudine 2 et un palier 3 maintenu par des haubans 4 équi-répartis. Le mât 1 comporte, à sa base, un volant d'inertie 7 monté en rotation libre sur le mât et offrant un point d'appui articulé 8 à une extrémité d'une pompe 9-10 dont L'autre extrémité est articulée en Il sur une biellette 12 du mât 1. La pompe 9-10 consiste en un vérin hydraulique dont le corps 9 comporte deux chambres opposées, raccordées à un circuit hydraulique par des flexibles non représentés, à volume variable, séparées par un piston porté par l'extrémité de La tige 10 et comportant un passage d'intercommunication contrôlé par un clapet anti-retour. De telles pompes transformant un mouvement alternatif en énergie hydraulique sont connues de l'homme de métier et ne nécessitent pas de description plus détaillée. On observera que le volant d'inertie 7 permet l'orientation du point d'appui 8 de la pompe 9-10 en fonction de la direction du vent. L'ensemble qui vient d'être décrit assure donc la transformation d'un mouvement alternatif de rotation du mât tournant 1 en énergie. Le mât 1 porte, à son extrémité supérieure, deux bras radiaux parallèles superposés 5 entre lesquels, vers leur extrémité, est disposé un axe vertical de pivotement 6. Une aile rectangulaire souple 13 est articulée, par un côté formant fourreau, sur l'axe 6, tandis que son côté opposé, radialement intérieur, est rigidifié par une baguette et retenu par deux câbles 14 renvoyés par des poulies orientables 15 fixées sur les bras 5, vers une poulie principale 16 de renvoi prévue sur le mât 1 au bord d'une ouverture donnant accès à L'intérieur du mât 1. Les câbles 14 sont attachés, à l'intérieur du mât 1, à une extrémité d'un tendeur amortisseur élastique 17 dont l'autre extrémité est attachée à un câble 18 s'enroulant sur un treuil 19 à manivelle extérieure 20 et cliquet de blocage 21. Le tendeur élastique 17 est, par exemple, constitué d'un piston 22 coulissant dans un corps cylindrique 23 et sollicité par un ressort de compression 24. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque, par action sur le treuil, le ressort du tendeur 17 est comprimé, les câbles 14 sont tendus et l'aile 13 est immobilisée. Par effet de girouette, les bras se placent dans le lit du vent (direction F, fig. 1 et 2). La libération du treuil détend l'amortisseur 17 qui relâche les câbles 14 libérant l'aile 13. Etant souple, elle se met à battre. Dés que l'aile débat, par exemple selon la flèche f (fi-g. 2), les câbles 14 se tendent jusqu'au moment où le ressort du tendeur 17 est comprimé. Dans cet état, le vent fait tourner les bras 5 et donc tout le mât 1, de sorte que, progressivement, l'incidence de l'aile 13 diminue par rapport au vent relatif. L'aile 13 repasse par un alignement avec le bras qui, par inertie, poursuit son déplacement angulaire. Ceci a pour effet de faire débattre l'aile dans le sens opposé et de provoquer, dès la tension des câbles, l'inversion du déplacement angulaire du bras, à partir d'une déviation angulaire maximale indiquée par sa trace 5' sur la fig. 2. Le mouvement du bras se poursuit donc en sens inverse jusqu a la déviation angulaire maximale opposée indiquée par la trace 5" et s'inverse à nouveau et ainsi de suite, cette rotation alternative étant récupérée en énergie par la pompe 9-10. Pour arrêter le débattement il suffit d'agir sur le treuil 19 pour tendre les câbles 14. Selon le mode de réalisation de la fig. 3, le mât tournant 101 est enfermé dans un manchon fixe 125 ayant à sa base un carter 126 abritant les paliers de rotation du mât 101 et logeant un dispositif de transformation du mouvement alternatif en énergie. Ce dispositif comporte deux pignons coniques opposés 127, montés sur le mât 101, de manière à être entrainés dans un seul sens, opposé pour les deux pignons, et à être en rotation libre dans l'autre sens. Les pignons 127 engrènent avec un pignon multiplicateur commun 128 entrainant une pompe ou une génératrice classique 129. Le mât 101 porte un bras radial 105 dont I'extrémité comporte un pivot vertical 106 d'articulation d'une aile rigide double 113. Le systéme de débattement est actif et constitué par un vérin double effet 130 articulé à une extrémité sur le bras 105 et à L'autre extrémité sur une bielle 131 liée à l'aile 113. L'alimentation du vérin actif peut être commandée en fonction de La vitesse du vent, de la vitesse de déplacement du bras et tenir compte de l'angle de ce dernier par rapport au vent, de manière à maintenir un angle d'incidence par rapport au vent relatif, toujours favorable à une portance maximale sur un secteur déterminé dans le sens aller et retour du mouvement alternatif. La fig. 4 illustre un mode de réalisation particulièrement robuste de l'ensemble supérieur de l'éolienne de l'invention, pour éolienne à aile rigide de grande dimension. L'extrémité pivotante 201 du mât tournant porte le bras radial 205 dont l'extrémité forme un pivot vertical 206 et se prolonge par deux bras symétriques 231 dont les extrémités portent des roues porteuses 232 susceptibles de rouler sur un chemin de roulement 233 circulaire horizontal fixe, coaxial au mât 201. L'aile rigide 213 est articulée sur le pivot inférieur 206 et sur un pivot supérieur 206' maintenu par trois haubans 234 fixés à L'extrémité des bras 231 et dans le prolongement du bras 205. L'aile 213 porte une bielle 230 sur laquelle s'articule la tige du vérin 229 dont le corps est articulé sur le bras 205. Selon le mode de réalisation du second moyen de transformation du mouvement de rotation alternatif, le bras 205 entraîne un multiplicateur à axe vertical 235 qui actionne une pompe hydraulique réversible à débit variable 236. Le mouvement s'effectue en quatre temps. L'aile se Lance depuis une extrémité, la pompe est libre, l'aile atteint l'axe du vent, sa vitesse est maximale. A partir de ce point, la pompe est actionnée de manière à freiner le mouvement de l'aile jusqu'à L'autre extrémité. L'action du vent et L'inertie de l'aile et de son suport produisent l'énergie mécanique. L'incidence de l'aile s'inverse et un demi-cycle recommence dans le sens inverse. La fig. 5 illustre un autre mode de construction qui permet d'entraîner une ou plusieurs pompes 237 directement par une des roues 232 en contact avec le sol, de maniére à éviter des étages multiplicateurs. REVENDICATIONS 1 - Eolienne du type comportant un mât vertical formant pivot (1, 101, 201), au moins un bras radial (5, 105, 205) monté en rotation sur ledit pivot et portant au moins un axe vertical (6, 106, 206), au moins une aile (13, 113, 213) articulée sur ledit axe, des premiers moyens (14-24, 129-130, 229-230) de commande de L'orientation de l'ai le par rapport au bras, des seconds moyens (8-12, 127-131, 235, 236, 237) pour transformer le mouvement de rotation du bras en énergie récupérable, caractérisée en ce que l'aile (13, 113, 213) et les premiers moyens de commande de son orientation (14-24, 129-130, 229-230) sont agencés pour provoquer un mouvement de rotation alternatif du bras, et les seconds moyens (8-12, 127-131, 235, 236, 237) sont adaptés pour transformer ledit mouvement de rotation alternatif en énergie récupérable. 2 - Eolienne selon La revendication 1, caractérisée en ce que l'aile (13) est relativement souple. 3 - Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aile (113, 213) est relativement rigide. 4 - Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens (14-24) consistent en un système passif de maintien élastique et amorti du bord de l'aile opposé à son articulation. 5 - Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens (129-130, 229-230) consistent en un système actif maintenant un angle d'incidence favorable à un effet de portance. 6 - Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les seconds moyens (8-12) comportent une pompe linéaire (9-10) articulée, d'une part, sur un appui (8) indépendant du mât et, d'autre part, sur une biellette (12) liée au mât. 7 - Eolienne selon La revendication 6, caractérisée en ce que l'appui (8) est solidaire d'un volant d'inertie monté en rotation libre sur le mât (1). 8 - Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les seconds moyens (127-131) comportent deux pignons (127) entraînés en rotation des sens uniques opposés par le mât (1) et engrenant avec le pignon multiplicateur (128) d'une machine rotative (131). 9 - Eolienne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les seconds moyens comportent une pompe rotative réversible, à débit variable, entraînée par L'extrémité pivotante (201) du mât. 10 - Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérisée en ce que les seconds moyens comportent une ou plusieurs pompes rotatives réversibles, à débit variable, entraînées par l'une des roues support (232) en contact avec le sol.