Brevet FR2817298A1 — publié le 20020531

EOLIENNE AVEC DISPOSITIF DE REGULATION. L'invention est du domaine des éoliennes, telles que pour la production d'énergie électrique à partir de l'exploitation de la force du vent, et elle a pour objet une éolienne comportant un dispositif de régulation du pas des pales de la voilure On rappelle qu'une éolienne comporte une voilure composée de pales qui sont reliées à un arbre de réception par leur extrémité proximale, en étant radlalement équirépartles Les pales, lorsqu'elles sont soumises à la force du vent, provoquent la rotation de l'arbre de réception, pour l'entraînement d'un générateur d'électricité notamment. Pour réguler la rotation de l'arbre de réception selon la force du vent, et aussi pour protéger les pales, Il a été proposé de faire varier l'inclinaison, ou pas, des pales, de manière à faire varier en conséquence la surface de résistance au vent qu'elles offrent. Pour cela, Il a été proposé par les concepteurs de l'art antérieur des dispositifs mécaniques équipant la tête de l'éolienne Ces dispositifs comprennent un jeu de masselottes affectées à chacune des pales, qui exercent un couple sur celles-ci de manière à les faire pivoter en fonction de leur vitesse de rotation, et de ce fait, de manière à les Incliner plus ou moins face au vent Ce couple est appliqué sur les pales à l'encontre de moyens de rappel constitués de ressorts, qui tendent à orienter les pales avec une surface maximale de prise au vent. Ce ressort est par exemple un ressort de compression appliquant une poussée sur une plaque à l'encontre d'une poussée inverse exercée sur cette plaque par les masselottes, par l'intermédiaire d'un jeu de biellettes ou de leviers. Par exemple encore, ce ressort est un ressort de torsion appliquant un couple à l'encontre de celui exercé par les masselottes Pour connaître un art antérieur proche de celui de la présente invention, on pourra notamment se reporter aux brevets FR2506853 (DURANTEAU), FR2686656 (TRONCY) ou EP0043872 (HAYEN) qui décrivent des dispositifs du genre. L'inconvénient de ces dispositifs réside dans la complexité des moyens mécaniques de mise en relation antagoniste entre le couple exercé par les masselottes et les efforts des moyens de rappel Ces moyens de mise en relation Induisent un alourdissement des têtes des éoliennes à l'encontre de leur rendement, et un surcoût de fabrication inopportun En outre, le montage élastiquement pivotant des pales génèrent des effets vibratoires préjudiciables Ces effets proviennent des mouvements oscillants des pales sous l'effet des moyens antagonistes, de part et d'autre d'une position d'équilibre Il en découle un risque de dysfonctionnement de l'éolienne, voir de détérioration de celle-ci On notera qu'il a aussi été proposé de faire varier à la manière susvisée le pas des pales d'une éolienne par l'intermédiaire d'un organe régulateur de puissance électrique, monté coaxialement à l'arbre de réception Cette solution, quoique présentant l'avantage de simplifier la structure mécanique de la tête de l'éolienne, n'est pas satisfaisant au regard du rendement de cette dernière et ne présente pas une fiabilité satisfaisante, notamment au regard de l'effet vibratoire susvisé. Le but de la présente invention est de proposer une éolienne avec un nouveau dispositif mécanique de régulation du pas d'une pale d'une éolienne, qui soit efficace et fiable, sans pour autant ni accroître de manière inopportune l'encombrement de la tête de l'éolienne, ni générer des pertes de puissance obtenues à partir de l'exploitation de la force du vent, ni induire des déséquilibres inopportuns dans la rotation de la tête. Le dispositif de l'invention est applicable à une éolienne qui comprend une tête principalement composée d'un corps sur lequel sont montées les pales et un arbre de réception orienté perpendiculairement à l'orientation générale des pales Ces dispositions visent à entraîner en rotation l'arbre de réception à partir d'un couple exercé par les pales sur le corps Ce dispositif comprend un montage pivotant des pales sur le corps pour provoquer leur pivotement sur ellemême sous l'effet antagoniste d'un couple exercé par des masselottes et d'un effort exercé par des moyens élastiques Ces derniers prennent appui sur le corps, pour le rappel des pales en position optimale de prise au vent, tandis que les masselottes sont respectivement supportées par les pales On notera plus particulièrement que le dispositif comprend des organes coopérants d'appui l'un contre l'autre, intercalés entre les masselottes et les moyens de rappel Les masselottes sont notamment formées chacune d'une masse déportée par rapport à l'axe de pivot des pales, telle qu'une barre pesante orientée transversalement, de manière inclinée, au plan général des pales. Les organes coopérants d'appui, intercalés entre les masselottes et les moyens de rappel sont constitués d'une part par un jeu de galets affectés à une pale respective de l'éolienne et supportés par ces dernières de manière excentrée par rapport à leur axe de pivot, et d'autre part par une surface de came montée mobile sur le corps, contre laquelle prennent appui les moyens de rappel. Selon une forme avantageuse de réalisation de l'invention, les axes de rotation des galets sont orientés parallèlement à l'axe de pivot des pales auxquelles ils sont respectivement affectés Les moyens de rappel exercent contre la rampe à came une poussée orientée parallèlement à l'axe de l'arbre de réception À partir de cette conception, les moyens de rappel sont avantageusement communs pour l'ensemble des galets équipant les pales, et exercent une poussée contre les surfaces de came globalement coaxialement à l'arbre de réception Selon un exemple avantageux de réalisation, structurellement simple, les surfaces de came sont ménagées en bordure d'une cloche mobile coiffant de manière guidée le corps de la tête de l'éolienne Les moyens de rappels exercent une poussée contre cette cloche en prenant appui sur le corps, globalement de manière coaxialement à l'arbre de réception Les moyens de rappel sont de préférence constitués par au moins un élément élastiquement déformable, placé en compression entre la cloche et une platine reliée au corps, par intermédiaire notamment d'une tige sur laquelle les moyens de rappel sont enfilés Selon cette forme avantageuse de réalisation, la tige est exploitée pour constituer les moyens de guidage de la cloche mobile Selon une autre approche de l'invention, les moyens de rappel sont constitués par au moins un élément élastiquement déformable intercalé en compression, pour chacune des pales, entre une surface de came supportée par le corps et un galet supporté par chacune des pales de manière excentrée par rapport à l'axe de pivot de ces dernières L'élément élastiquement déformable est avantageusement commun pour l'ensemble des galets et est supporté par le corps, coaxialement à l'arbre de réception Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de rappels sont constitués par l'un quelconque au moins des éléments élastiquement déformables du groupe d'éléments comprenant au moins un ressort de compression et/ou au moins une masse en élastomère Cette masse en élastomère, associée ou non à un ressort de compression, est destinée à amortir les vibrations auxquelles sont soumises les pales, en raison de leur montage élastiquement pivotant notamment Selon encore un autre aspect de l'invention, chacune des pales est composée d'un profilé creux dont la section droite est en forme d'aile d'avion, ce profilé est supporté par un organe de liaison du profilé au corps agencé en chape Chacun des organes de liaison des profilés au corps comporte par exemple deux platines respectivement fixées sur les grandes faces du profilé et une base recevant la masselotte et le galet. Cette base est avantageusement montée, par l'intermédiaire d'organes de roulement, sur un axe lui-même supporté par le corps Selon un autre aspect de l'invention, le profilé est en aluminium extrudé. Selon encore un autre aspect de l'invention, le profilé constituant la pale est du type de ceux utilisés pour la réalisation des ailes tournantes des autogires La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles - la fig 1 est une vue en perspective éclatée d'une éolienne selon l'invention équipée, - la fig 2 est une vue en perspective d'une éolienne, - la fig 3 est une vue schématique du dispositif de régulation sur laquelle estt représentée en trait fort la position initiale de la cloche du dispositif de régulation et en trait fin une position ultérieure du dispositif Sur les figures, un rotor d'éolienne comprend deux pales, telle que 2, supportées par un corps 4, lui-même relié à un arbre de réception 6 dont l'axe A3 est orienté perpendiculairement à l'orientation générale des pales 2 Chacune des pales 2 comprend un profilé 8 creux de section droite en forme d'aile d'avion Ce profilé réalisé en aluminium extrudé, est monté pivotant sur le corps 4 par l'intermédiaire d'un organe de liaison 10 agencé en chape On remarquera l'agencement du corps 4 en palier de réception des axes 16 autour desquels pivotent les pales 2 On remarquera que chaque pale selon sa position d'origine, par son plan géométrique médian est transversale à la direction du vent, la surface Intrados étant tournée vers le vent. L'organe de liaison 10 comporte deux platines, telle que 12, fixées sur une grande face respective du profilé 8, et une base 14 enfilée sur l'axe 16 par l'intermédiaire d'organes de roulement, tels que 18 La base 14 des organes de liaison 10 supporte une masselotte 20 conformée en barre pesante, et au moins un galet 22 prévu pour prendre appui contre une au moins surface de came 24 à l'encontre du couple exercé par la masselotte 20. Ce couple tend à provoquer un pivotement des pales 2 vers une position extrême de décrochement aérodynamique, ou selon une variante vers une position en drapeau En position de décrochement aérodynamique, l'angle d'incidence de la pale par rapport à la direction du vent relatif est tel que le flux d'air sur l'extrados de la pale n'est plus laminaire mais turbulent La surface de came 24 est ménagée le long d'un bord d'une cloche mobile 26 qui coiffe le corps 4 à sa partie opposée à celle solidaire de l'arbre de réception 6 Cette cloche 26 est supportée par le corps de manière guidée en translation, son déplacement étant provoqué sous l'effet des efforts antagonistes appliqués par le galet 22 contre la surface de came 24 d'une part, et appliqués par un organe de rappel 28 de la pale 2 en position optimale de prise au vent (fig 3) Cet organe de rappel 28 est constitué, de préférence, d'une masse élastomère associée à un ressort à spires L'organe de rappel 28 est intercalé en compression entre la cloche 26 d'une part, et une platine 30 solidaire du corps 4 par l'intermédiaire d'une tige 32 d'autre part On remarquera que la cloche 26 et l'organe de rappel 28 sont enfilés sur cette tige 32, et se trouvent logé entre la platine 30 et le corps 4. On notera aussi que cette tige 32 constitue avantageusement des moyens de guidage du mouvement en translation de la cloche 26 Les axes A1 de rotation des galets 22 sont orientés parallèlement à l'axe A2 de pivot des pales 2, tandis que l'organe de rappel 28, commun pour l'ensemble des pales 2, est disposé coaxialement à l'arbre de réception 6 Ces dispositions spécifiques présentent l'avantage, non seulement de réduire l'encombrement de la tête de l'éolienne grâce aux dispositions générales de l'invention, mais aussi d'éviter des balourds Inopportuns Sur l'exemple illustré, la surface de came 24 est orientée globalement dans un plan parallèle à celui global d'extension de l'axe A1 de rotation des galets 22 On comprendra toutefois que l'orientation de cette surface de came est dépendante du mouvement idoine recherché de pivot des pales 2, de l'orientation des moyens de guidage 32 de la rampe sur le corps 4, et de la position relative de l'axe de pivot A1 des galets 22 par rapport, d'une part à l'axe de pivot A2 des pales 2 et par rapport à la position de la rampe 24 sur le corps 4 Selon le sens d'inclinaison des masselottes, les pales pivotent, soit vers une position de mise en drapeau, soit vers une position de décrochement aérodynamique selon laquelle l'angle d'incidence de la pale est fortement augmenté. Le profilé utilisé pour la réalisation des pales pourra être doté de cloisons internes de renforcement qui assureront sa rigidité en flexion et en torsion. Pour accroître leur rigidité, les pales en extrémité distale pourront être dotées de masselottes Ces masselottes, sous l'effet de l'action de la force centrifuge, exerceront sur les pales, effort de traction longitudinale Cet effort limitera la déformation de la pale en flexion. Les masselottes seront disposées dans le profilé constitutif de la pale Il va de SOI que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet REVENDICATIONS 1-Éolienne comprenant une tête composée d'un corps (4) sur lequel sont montées les pales (2) et un arbre de réception (6), qui est orienté perpendiculairement à l'orientation générale des pales (2), de manière à entraîner en rotation ce dernier à partir d'un couple exercé par les pales (2) sur le corps (4), ladite éolienne comportant de plus un dispositif mécanique de régulation du pas des pales (2) caractérisée en ce que le dispositif de régulation comprend un montage pivotant des pales (2) sur le corps (4) pour provoquer leur pivotement sur elle-même sous l'effet antagoniste d'un couple exercé par des masselottes (20) respectivement portées par les pales et d'un effort exercé par des moyens élastiques de rappel (28) des pales en position optimale de prise au vent, qui prennent appui sur le corps, le dispositif comprenant pour cela des organes coopérants d'appui l'un contre l'autre intercalés entre les masselottes et les moyens de rappel et que les organes coopérants d'appui intercalés entre les masselottes (20) et les moyens (28) de rappel sont constitués d'une part par un jeu de galets (22) affectés à une pale (2) respective de l'éolienne et supportés par ces dernières de manière excentrée par rapport à leur axe de pivot A2, et d'autre part par une surface de came (24) montée mobile sur le corps (4), contre laquelle prennent appui les moyens de rappel (28) 2-Éolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes A1 de rotation des galets (22) sont orientés parallèlement à l'axe A2 de pivot des pales (2) auxquelles ils sont respectivement affectés, les moyens de rappel (28) exerçant contre la rampe (24) une poussée orientée parallèlement à l'axe A3 de l'arbre de réception (6) 3.-Éolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de rappel (28) sont communs pour l'ensemble des galets (22) équipant les pales (2) et exercent une poussée contre les surfaces de came (24) globalement coaxialement à l'arbre de réception (6) 4.-Éolienne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les surfaces de came (24) sont ménagées en bordure d'une cloche mobile (26) coiffant de manière guidée le corps (4) de la tête de l'éolienne, contre laquelle cloche (26) les moyens de rappels (28) exercent une poussée en prenant appui sur le corps (4) globalement coaxialement à l'arbre de réception (6) 5.-Éolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de rappel (28) sont constitués par au moins un élément élastiquement déformable placé en compression entre la cloche (26) et une platine (30) reliée au corps (4) par l'intermédiaire d'une tige (32) sur laquelle les moyens de rappel (28) sont enfilés, ladite tige (32) constituant les moyens de guidage de la cloche (26) ; 6.-Éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de rappel (28) sont constitués par au moins un élément élastiquement déformable Intercalé en compression, pour chacune des pales (2), entre une rampe à came (24) supportée par le corps (4) et un galet (22) supporté par chacune des pales (2) de manière excentrée par rapport à l'axe A2 de pivot de ces dernières. 7.-Éolienne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément élastiquement déformable (28) est commun pour l'ensemble des galets (22) et est supporté par le corps (4) coaxialement à l'arbre de réception (6) 8.-Éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de rappels (28) sont constitués par l'un quelconque au moins des éléments élastiquement déformables du groupe d'éléments comprenant au moins un ressort de compression et/ou au moins une masse en élastomère. 9.-Éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacune des pales (2) est composée d'un profilé (8) creux en forme d'aile d'avion, ce profilé est supporté par un organe de liaison (10) du profilé au corps, agencé en chape. 10-Éolienne selon la revendication 9, caractérisée en ce que chacun des organes de liaison (10) des profilés au corps comporte deux platines (12) respectivement fixées sur les grandes faces du profilé (8) et une base (14) recevant la masselotte (20) et le galet (22), cette base (14) étant montée, par l'intermédiaire d'organes de roulement (18), sur un axe (16) supporté par le corps (4). 11-Éolienne selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisée en ce que le profilé (8) est creux. 12-Éolienne selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que le profilé (8) est réalisé en aluminium extrudé. 13-Éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par une masselotte en extrémité distale de chaque pale.