Brevet FR2763759A1 — publié le 19981127

L'énergie des éoliennes doit être transportée à distance pour pouvoir être utilisée sur les lieux d'activité. La manière la plus commode est l'électricité, produite par des alternateurs ou des dynamos. La faible vitesse de rotation des éoliennes habituelles oblige à multiplier celle-ci au moyen d'engrenages, ou de poulies et courroies, pour ne pas devoir construire des génératrices énormes, coûteuses et d'usage incommode. Il est pourtant possible d'en réduire fortement les dimensions et le prix dans le cas des turbines plates ou coniques, en utilisant leur structure, c'est-à-dire la jante réunissant les pales. On peut transformer ces jantes en volants magnétiques, en garnissant leur périphérie d'aimants permanents ou bobinés, la vitesse périphérique des jantes étant comparable à celle des rotors des génératrices de même puissance. L'induit (C-Figure 1) est fixé au châssis de la turbine. L'inducteur-jante 3 (Figures 1 et 2) tourne. On peut en diminuer l'encombrement et le poids en ne conservant qu'une partie de l'induit (1-Figure 1), ce qui exige une augmentation de la surface des pôles restants, à puissance égale. Ce procédé n'est pas nouveau puisqu'en 1920 déjà, le brevet USA nO 1352960, et en 1968, le brevet de la GB nO 1253364 l'utilisaient. Cela permet de supprimer les enroulements là où ils sont le plus en danger, au haut des éoliennes, tout en diminuant le nombre des pôles à bobine, donc aussi le nombre de chignons (2-Figure 2), d'où une économie de cuivre. Cette amputation de la culasse rend possible le réglage de l'entrefer, cet induit partiel pouvant pivoter autour d'un axe fixe (O-Figure 4) sans perturber le mouvement du rotor (3-Figure 2). Ce mouvement limité est commandé par une bielle (7-Figure 4), et une tige filetée (6) mue par un servomoteur (8-Figure 4). Le mouvement de la culasse est guidé par des glissières ne figurant pas sur le dessin par souci de clarté, et sert à régler la tension électrique, ou à corriger un jeu éventuel. La situation des pôles inducteurs à la périphérie de la jante les soumet à une force centrifuge qui s'ajoute à l'attraction magnétique de la culasse, à laquelle la colle qui les fixe doit résister. On peut diminuer cette fatigue en fixant les aimants ou pôles latéralement à la jante, du côté d'où vient le vent (9-Figure 5). On les bloque au moyen d'une bordure extérieure (10-Figure 5). Le réglage de l'entrefer est plus régulier, ses deux côtés restant parallèles. Ce réglage ne serait pas possible avec une double rangée de pôles de chaque côté de la jante, l'espace 13 augmentant si l'entrefer 14 (Figure 6) diminue. Pour éviter un démarrage difficile des volants magnétiques, dû à la permanence du flux magnétique des aimants, on peut incliner d'un angle a les bobines ou les aimants de l'inducteur par rapport à leur position normale (5 Figure 3), ou incliner les bobines de l'induit (11-Figure 7), par rapport à leur position normale (12-Figure 7). L'attraction mutuelle des pôles inducteurs qui se font face à l'arrêt est ainsi annulée. On peut aussi, plus simplement avoir un nombre de pôles inducteurs différent de celui de 1' induit. Pour ne pas laisser tourner les roues éoliennes par vent trop faible, on peut ne pas compenser totalement les attractions entre pôles, pour démarrer seulement à partir d'une certaine vitesse du vent. La fixation des inducteurs latéralement à la jante, d'un seul côté de la turbine, et perpendiculairement à l'axe de celle-ci, face au vent, procure les avantages suivants 1) Régler l'entrefer est possible, et celui-ci peut être fai ble, ce qui est difficile avec un entrefer double (en U, figure 6). 2) Ce réglage permet de stabiliser la tension électrique en faisant varier le flux magnétique, sans enroulement magné tisant (Figures 4 et 5). 3) La poussée du vent tend à éloigner la turbine de l'induit, en cas de rafales anormalement fortes, ce qui favorise la sécurité. 4) Cette disposition évite les amas de feuilles et matières étrangères toujours possibles dans le cas d'un entrefer en U. Stabilisation de la tension électrique La variation de la largeur de l'entrefer ne suffit pas toujours à maintenir la constance de la tension électrique. Quand le vent varie beaucoup, il faut agir sur le couplage des bobines induites. A basse vitesse, elles sont toutes branchées en série. Si la vitesse augmente trop, les bobines 15, 16 etc.. de la figure 8 sont successivement débranchées, ce qui ramène la tension à sa valeur normale. Quand le nombre des bobines débranchées atteint la moitié du total des bobines induites, elles sont reconnectées en parallèle avec les bobines restantes (Figure 10), ce qui réduit la résistance interne du générateur, et augmente sa puissance potentielle, l'échauffement des bobines diminuant de moitié. En cas de nouvelle accélération de l'inducteur, on reprend le processus initial, en débranchant successivement des fractions de bobines 20, 21, etc.. (Figure 11). La combinaison de la variation de l'entrefer avec la mise hors service temporaire de fractions de bobines permet de ramener la tension de service dans la fourchette des tolérances industrielles (par exemple E + ou - 10 %). Variante de ce système Les bobines induites peuvent aussi avoir une section de cuivre croissant de 15 à 18 (Figure 8), tout en utilisant les couplages précédents. Ce qui précède n'exclut pas l'utilisation du hachage, méthode qui consiste à interrompre le courant un grand nombre de fois par seconde pour provoquer une chute de tension. Ce hachage est produit par un semiconducteur (Thyristor ou autre), 22, Figure 12, en série avec les bobines. REVENDICATIONS 1") Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, caractérisée par le fait que les inducteurs, bobinés ou à aimants permanents, sont fixés latéralement sur la jante des turbines, et seulement du côté d'où vient le vent (10-Figure 5). 20) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que l'induit partiel peut s'écarter ou s'approcher de la couronne inductrice (figures 4 et 5). 3 ) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises ensemble ou séparément, caractérisée par le fait que les bobines induites ne sont pas perpendiculaires à l'axe de la culasse, mais font un angle a avec cette perpendiculaire (12-Figure 7). 4 ) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises ensemble ou séparément, caractérisée par le fait que l'axe des pôles inducteurs est incliné par rapport à la perpendiculaire à la jante (Figure 3). 50) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, prises ensemble ou séparément, caractérisée par le fait que le nombre des pôles inducteurs est différent de celui des pôles induits. 60) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que l'inclinaison des bobines ou des pôles inducteurs n'annule pas complètement l'attraction longitudinale des pôles. 70) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises ensemble ou séparément, caractérisée par le fait que la section du fil bobiné de l'induit croît de la première à la dernière bobine de l'induit. 8 ) Génératrice électrique à induit partiel, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon l'une quelconque des revendications précédentes, prises ensemble ou séparément, caractérisée par le fait que les bobines induites initialement connectées en série sont successivement déconnectées au fur et à mesure que la tension monte, pour la maintenir à sa valeur normale. 90) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que les bobines débranchées sont rebranchées en parallèle avec les bobines restantes quand leur nombre est égal à celui des bobines restantes, pour maintenir la tension à sa valeur normale. 10 ) Génératrice électrique à induit partiel, pour éolienne, incorporée dans la structure des turbines plates ou coniques, selon la revendication précédente, caractérisée par le fait qu' en cas de nouveau dépassement de la tension, après la mise en parallèle, on reprend le processus initial de la revendication nO 8, en débranchant cette fois des fractions seulement des paires de bobines induites.