Brevet FR2751693A1 — publié le 19980130

- Intérêt et domaine technique de l'invention Ce système permet d'augmenter notablement la production d'énergie d'une éolienne, par augmentation de la surface balayée par le rotor aux basses vitesses de vent, grâce à des pales à longueur variable, tout en maintenant la même charge maximale sur la structure de celle-ci. li convient aussi bien aux éoliennes à axe horizontal qu'aux machines de type Darrieus (hormis le Darrieus rond). 2 Principe 2 - 1 Etat antérieur de la techniaue et principe général -4 -4 Le vent de vitesse V (m/s) passant dans le rotor de diamètre d produit une force F maximale s'exerçant sur la structure de l'éolienne (fig. 1: état antérieur de la technique). Lorsque 4 la vitesse diminue (v (m/s)(fig.2: principe de l'invention)), pour une même fbrceÀnaaxitnale, il est possible d'augmenter la surface balayée par le rotor, ce qui a pour effet d'augmenter la production d'énergie d'autant plus que c'est aux basses vitesses du vent que la fréquence de celui-ci est la plus grande. L'augmentation de surface nécessite des pales de longueur variable qui se déploient à basse vitesse du vent et se rétractent lorsque celleci augmente, tout en veillant à ne pas dépasser la charge maximale. 2-2 Principe cinématique Une pale de longueur variable est constituée d'une partie principale (pouvant être à pas variable) fixée au rotor et d'une prolongation suivant le schéma ci-après: | Liaison | Liaison Prolongation Partie principale ( 2 I Rotor de pale delapale La nouveauté cinématique consiste en la détermination de la liaison 1. Deux cas peuvent etre distingués: 2 - 21 1er cas: La partie principale de la pale sert de fourreau à la prolongation (Fig.3) La liaison glissière est éventuellement gauchie pour tenir compte: des formes particulières de la partie principale de la pale et de la prolongation. de l'optimisation de son profil comme de celui de la prolongation. Cette liaison gauchie s'apparente à une liaison hélicoïdale. 2 - 22 2me cas: La proloneation sert de fourreau à la partie principale (Fig.4) Les schémas présentés ici (Fig.3 et Fig.4), ne font apparaître qu'une prolongation de pale, mais rien n'interdit à la prolongation de posséder aussi sa propre prolongation, (et ainsi de suite). Ainsi un système à double prolongation peut permettre, en fonction du souhait du constructeur: . d'augmenter encore plus la surface balayée aux basses vitesses du vent. r de diminuer la surface balayée aux fortes vitesses du vent et notamment d'augmenter la vitesse de survie de l'éolienne. 2 - 23 Réalisation technologique Le guidage peut être fait par glissement ou par roulement: 2 - 231 Par slissement Des languettes et des rainures (Fig.5) sont indistinctement portées par la pale ou sa prolongation (cas 2 - 21 ou 2 - 22). Elles peuvent être gauchies comme cela est indiqué au 2-21. 2 - 232 Par roulement Les languettes sont remplacées par des roulements ou des galets, solidaires de A, guidés dans les rainures de B. 2-3 Principe moteur. La motorisation peut s'effectuer de différentes façons: 2 - 31 Par moto-réducteur à engrenages (Fig.6) La partie A est solidaire d'un ensemble moteur électrique, vis sans fin et roue tangente. Cette dernière entraîne en rotation un pignon qui engrène avec une crémaillère solidaire de B placée dans l'axe de la pale. 2 - 32 Par système vis-écrou (Fig.7) La partie A est solidaire d'un moteur électrique couplé à une vis qui se déplace dans un taraudage de B placé dans l'axe de la pale. 2 - 33 Par lien flexible (câble ou chaîne) (Fig.8) La partie A est retenue par un lien flexible qui s'enroule sur un tambour motorisé solidaire de B. Ce cas nécessite un système de fixation de sécurité pour éviter la retombée de la prolongation de pale sous son propre poids en position verticale haute ( voir ≈2 - 6 Sécurité). La modification de la longueur des pales peut se faire à l'arrêt, en position verticale basse ou en mouvement, dès lors que la force centrifuge est suffisante pour s'opposer au poids de la prolongation de pale. 2-4 Alimentation électrique La chaîne cinématique d'une éolienne peut être résumée par le schéma suivant: Prolongation de Partie principale 2 2 ; Rotor ' 3 | Nacelle 1 bLt de pale de la pale l'eo'lienne Les liaisons 3 et 4 existent déjà sur les machines et ne posent pas de problèmes d'alimentation électrique. n en est de même de la liaison 2 pour les machines à pas variable. La liaison 1 est à définir. Deux solutions peuvent être envisagées: 2 - 41 Câble "en chaussette" (Fid91 Un câble électrique relie la partie principale de la pale B à la prolongation de la pale A. Ce câble s'enroule "en chaussette" à l'intérieur de la partie B. 2 - 42 Collecteurs et caténaires intérieurs au fourreau (voir éclaté Fiv.10! La partie principale de la pale B porte intérieurement deux caténaires qui transportent le courant électrique sur lesquels glissent deux collecteurs solidaires de la prolongation de la pale A qui porte la motorisation. 2 - 5 Contrôle Le déplacement de la prolongation de pale peut se faire en fonctionnement ou éventuellement à l'arrêt de la machine (cas 2 - 33). Le déplacement se fait pour une période donnée, en fonction de la vitesse maximale du vent au cours de la période précédente. Le rayon maximal de la pale est alors détenniné à sa juste valeur ou à une valeur immédiatement inférieure, correspondant à une valeur de réglage prédéterminée. Dans ce cas, pour simplifier le fonctionnement, il est choisi des classes de vent dont la dimension peu être variable (exemple: les vents de 6 m/s à 6,99 m/s sont considérés comme ayant une vitesse de référence de 6 m/s). Le réglage du rayon des pales est alors effectué en fonction de la vitesse de référence. Tout dépassement instantané de la vitesse maximale de vent retenue pour le réglage en cours entraîne immédiatement une modification du rayon des pales fonction de la vitesse enregistrée. Toutes les pales doivent posséder le même rayon à chaque instant. Toute anomalie de la longueur de pale entraîne l'arrêt immédiat de la machine pour éviter sa détérioration. Le contrôle de la position peut être effectué à l'aide de capteurs de position situés le long du fourreau de la pale ou à l'aide d'un générateur d'impulsions situé en bout de vis sans fin (cas 2 - 31) ou situé sur un pignon ou galet en contact avec le lien flexible. 2 - 6 Sécurité Un système de sécurité (Fig. 11) est indispensable dans le cas 2 - 33. I1 apporte une augmentation de la sécurité dans les cas 2 - 31 et 2 - 32. n entraîne le blocage de la partie mobile de la pale (A ou B) dans une position donnée. La surface intérieure de B présente des protubérances sur lesquelles prennent appui des griffes rétractables motorisées (par exemple à l'aide d'électroaimants). Dans le cas 2 - 31, les protubérances peuvent être les dents de la crémaillère. Dans le cas 2 - 32, les protubérances peuvent être les filets du taraudage. Revendications 1. Dispositif pour augmenter la surface balayée par le rotor d'une éolienne caractérisé par des pales de longueur variable qui se déploient à basse vitesse du vent et se rétractent lorsque celle-ci augmente, en veillant à ne pas dépasser la charge maximale acceptable par l'éolienne. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par une pale en deux parties: la partie principale de la pale et la prolongation de pale qui peut elle-même porter une prolongation et ainsi de suite. La partie principale peut servir de fourreau à la prolongation et inversement. La liaison entre ces parties est une liaison glissière éventuellement gauchie. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par un guidage prismatique par glissement ou par roulement (roulement ou galet). 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par trois motorisations différentes: Un motoréducteur, placé sur A (ou B), à vis sans fin et roue tangente couplée à un pignon engrenant avec une crémaillère solidaire de B (ou A). Un moteur placé sur A (ou B) couplé à une vis se déplaçant dans un taraudage de B (ou A). Un lien flexible, relié à la partie A (ou B), s'enroulant sur un tambour motorisé solidaire de B (ou A). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par l'alimentation électrique de la motorisation mobile suivant deux moyens: Un câble s'enroulant en chaussette. Un ensemble caténaires et collecteurs. 6. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par: Un réglage de la longueur de la pale en fonction de la vitesse maximale du vent ou en fonction d'une valeur de référence inférieure à la vitesse maximale au cours d'une période donnée. Une modification du réglage si la vitesse instantanée dépasse la vitesse maximale autorisée ou la vitesse de référence en cours de période. Un contrôle du rayon des pales (identique à chaque instant), à l'aide de capteurs de position ou d'un générateur d'impuision lié au moteur ou à un pignon ou galet en contact avec le lien flexible. 7. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par un système de sécurité constitué de griffes rétractables solidaires de A prenant appui sur des protubérances de B.