Brevet FR2804727A1 — publié le 20010810

La présente invention concerne un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éolienne. D'une manière générale, une éolienne est constituée d'une tour portant à son sommet une tête mobile en fonction de l'orientation du vent sur laquelle sont montées des pales, libres en rotation sous l'influence du vent, destinées à fournir un couple, c'est-à-dire une certaine force d'entraînement en rotation à un arbre de transmission relié à un multiplicateur afin d'augmenter ce couple avant d'être transmis à un générateur. Dans ce type de structure d'éolienne, il s'avère que l'arbre de transmission, soutenu par un palier, supporte un couple important, c'està-dire plusieurs centaines de kilos newton de sorte que celui-ci doit offrir une forte résistance, entraînant par conséquent un diamètre de l'arbre très important de l'ordre de 450 mm et un poids excessif voisin des 12 Tonnes. Par ailleurs de telles caractéristiques nécessaires pour transmettre un couple important, imposent une charge en tête importante et par voie de conséquence une architecture de dimensionnement de la tour excessive. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de transmission de couple à haut rendement pour une éolienne qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités, notamment un dispositif capable de transmettre un couple élevé sans induire des contraintes excessives dans les différentes liaisons d'entraînement. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éolienne, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien sur laquelle sont fixées les pales de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication de la vitesse nominale desdites pales qui coopère d'une part avec l'enveloppe et d'autre part avec l'arbre de sortie destiné à être accouplé notamment à un générateur. Suivant quelques dispositions intéressantes de l'invention: - I'enveloppe est pourvue à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement qui engrène avec le mécanisme de multiplication; ce mécanisme est constitué d'au moins un train d'engrenage planétaire comprenant trois 2 2804727 satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire dudit arbre de sortie; - le mécanisme de multiplication est, avantageusement, constitué d'une succession de quatre trains d'engrenage planétaire; - chacun des arbres de support des trains d'engrenage planétaire est fixé à la poutre de soutien; - I'arbre de sortie est disposé coaxialement à l'intérieur de la poutre de soutien; o0 - I'enveloppe est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien par l'intermédiaire d'un roulement conique disposé à chaque extrémité de l'enveloppe. Un autre objet de la présente invention concerne une éolienne caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de transmission de couple conforme à l'une s quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté de la tête d'une éolienne pourvue du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 111-111 de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 2, et - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne Vl-VI de la figure 2. On a représenté à la figure 1 I'extrémité de la tête mobile d'une éolienne, constituée en partie par des pales 1 fixées directement sur le dispositif de transmission de couple 2, selon la présente invention. 3 2804727 Ce dispositif 2 comprend une enveloppe 3 montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien 4 par l'intermédiaire, par exemple, d'un roulement conique C disposé à chaque extrémité de cette dernière, et un mécanisme de multiplication 5 de la vitesse nominale des pales 1 qui est relié à un arbre de sortie 6 et logé à l'intérieur de ladite enveloppe. Cet arbre de sortie 6, également désigné arbre de transmission, est classiquement accouplé à un générateur, non représenté, disposé dans la tête mobile de l'éolienne. Selon la présente invention, I'enveloppe 3 est pourvue à sa périphérie extérieure de moyen de fixation 7 des pales 1 et à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement 8, comme visible à la figure 2, qui est accouplée avec le mécanisme de multiplication 5 formant ainsi la couronne d'entrée du couple à transmettre au générateur; ce couple est formé par la récupération du mouvement rotatif induit des pales de l'éolienne. On notera que la couronne d'entraînement est avantageusement réalisée par un usinage interne de l'enveloppe 3. Selon un mode de réalisation préférentiel, le mécanisme de multiplication 5 est constitué d'une succession de quatre trains d'engrenage planétaire T1, T2, T3 et T4, décrits plus en détail dans la suite de la description, dont le premier train T1, comme visible à la figure 3, engrène avec la couronne d'entraînement 8 et le dernier train T4 engrène avec un pignon 9 solidaire de l'arbre de sortie 6. De manière avantageuse, cet arbre de sortie 6 est disposé coaxialement à l'intérieur de la poutre de soutien 4 offrant ainsi un encombrement réduit au dispositif selon l'invention. Par ailleurs, cette poutre de soutien 4 supporte chaque train d'engrenage planétaire, comme visible sur la figure 1, assurant ainsi par un dimensionnement adéquat de celle-ci une forte résistance. Comme mentionné ci-dessus, la couronne d'entraînement 8 engrène avec le premier train d'engrenage planétaire T1 constitué de trois satellites 10 espacés angulairement de manière régulière, comme visible à la figure 3, de manière à équilibrer les efforts sur l'enveloppe 3. Afin de faciliter la description de chaque train d'engrenage planétaire, nous ne décrirons dans ce qui suit que les différents liaisons ou accouplements existant à partir d'un satellite, ceux-ci étant similaires pour les autres satellites d'un même train. 4 2804727 Ainsi, le satellite 10 du premier train planétaire T1 est porté par un premier arbre 11 parallèle à l'arbre de sortie 6 et engrène d'une part avec la couronne d'entraînement 8 et d'autre part avec un pignon 12 solidaire d'un deuxième arbre 13 également parallèle à l'arbre de sortie 6. Ce deuxième arbre 13 porte, en outre, le pignon menant 14 du deuxième train d'engrenage planétaire T2 qui engrène avec un pignon mené 15 porté par un troisième arbre support 16, comme visible à la figure 4. De manière similaire au deuxième arbre 13, le troisième arbre 16 porte le pignon menant 17 du troisième train planétaire T3 (figure 5) qui engrène avec un pignon mené 18 porté par un quatrième arbre 19sur lequel est également disposé le pignon menant 20 du quatrième train planétaire T4 qui engrène avec l'unique pignon 9 solidaire de l'arbre de sortie 6 (figure 6). Selon le rapport de multiplication désiré, c'est-à-dire la vitesse maximale pouvant être délivrée par l'arbre de sortie, le nombre de dents de chaque pignon ainsi que le nombre de trains d'engrenage planétaires sont déterminés par le calcul des rapports d'engrenage. Ainsi, selon une variante, la couronne d'entraînement peut engrener avec un satellite d'un premier train d'engrenage planétaire monté sur un premier arbre portant également le pignon menant du second train d'engrenage planétaire supprimant par rapport au premier mode de réalisation un pignon intermédiaire. On notera que la couronne d'entraînement, de par son diamètre important permet de réduire considérablement le couple transmis par les pales. Par ailleurs, cette enveloppe est constituée, par exemple, d'une partie annulaire et de deux flasques disposés à chaque extrémité reposant chacun sur ledit roulement conique offrant ainsi une réalisation simple et peu coûteuse de l'enveloppe. Le fonctionnement du dispositif ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenant explique. Le mouvement de rotation induit par les pales est directement transmis à l'enveloppe et au mécanisme de multiplication de par la structure particulière de lI'enveloppe selon l'invention. La vitesse de rotation de cette enveloppe est augmentée progressivement par la succession des trains planétaires jusqu'à l'arbre de sortie qui est relié, par exemple, au générateur. On a représenté sur la figure 1, par des flèches en gras la transmission du couple au travers du mécanisme de multiplication. 2804727 On comprend à la lecture de la description ci-dessus que le dispositif de la présente invention est relativement simple à réaliser et permet de s'affranchir du support de pales de l'arbre d'entrée du multiplicateur et de son palier de soutien des structures d'éoliennes traditionnelles. Ce dispositif permet ainsi de réduire considérablement la charge en tête pour des éoliennes de forte puissance. Elle peut également être appliquée aux systèmes éoliens de plus faible puissance. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec deux modes de réalisation particuliers elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. 6 2804727 REVENDICATIONS- 1. Dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éolienne, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (3) montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien (4) sur laquelle sont fixées les pales (1) de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication (5) de la vitesse nominale desdites pales (1) qui coopère d'une part avec l'enveloppe (3) et d'autre part avec l'arbre de sortie (6) destiné à être accouplé notamment à un générateur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lI'enveloppe (3) est pourvue à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement (8) qui engrène avec le mécanisme de multiplication (5); ce mécanisme (5) étant constitué d'au moins un train d'engrenage planétaire comprenant trois satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie (6) et sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire de l'arbre de sortie (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de multiplication (5) est constitué d'une succession de quatre trains d'engrenage planétaires (T1, T2, T3, T4). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chacun des arbres de support (11, 13,, 16, 19) des trains d'engrenage planétaires (T1, T2, T3, T4) est fixé à la poutre de soutien (4). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (6) est disposé coaxialement à l'intérieur de la poutre de soutien (4). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien (4) par l'intermédiaire d'un roulement conique (C) disposé à chaque extrémité de l'enveloppe (3). 7. Eolienne, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de transmission de couple conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.