Brevet FR2820172A1 — publié le 20020802

L'actuelle invention concerne une éolienne d'une technologie différente de celles construites à ce jour. C'est un changement essentiel sur le plan technique. Depuis plusieurs années, les constructeurs des éoliennes cherchent à obtenir des vitesses en bout de pale de plus en plus élevées afin d'atteindre des puissances importantes. Ils sont ainsi contraints d'utiliser des pales en nombre restreint et très étroites à leur extrémité, ce qui ne facilite pas les démarrages et limite fortement le rendement de aérogénérateurs aux basses vitesses de vent ( L'éolienne proposée est d'une technologie nouvelle, totalement différente de celles construites à ce jour. Elle se caractérise par : une pale à géométrie variable un mât inclinable L'aérogénérateur proprement dit est fait d'un axe horizontal supportant à ses extrémités deux tambours identiques. Chacun de ces tambours possède un même nombre de pales allant de 3 jusqu'à 5. Les pales sont exposées au vent ; c'est à dire que la direction de vent est perpendiculaire à l'axe de l'aérogénérateur, et en même temps, chacune de ces pales collecte le vent de face. La vitesse de rotation est variable. Deux disques de freinage sont fixés sur cet axe horizontal afin de limiter ses variations de vitesses. Une force centrifuge et une importante force du moment sont capables de tourne l'aérogénérateur aux faibles vitesses de vent. L'aérogénérateur selon l'invention possède deux tambours identiques, chacun de ces tambours possédant même nombre de pales, allant de 3 jusqu'à 5 pales afin d'assurer la symétrie de l'aérogénérateur ainsi que sa stabilité. Les profiles de ces pales sont assimilées à ceux des feuilles des bananiers avec un concept permettant de produire le maximum d'énergie aux vitesses des rotations variables sous faibles vitesses de vent. Le vend frappe chaque pale de face et en même temps au profil l'aérogénérateur et pas de face comme dans les autres aérogénérateurs, perpendiculairement à l'axe central de l'aérogénérateur. Cette particularité est une des caractéristiques de cette éolienne. Les pales sont flexibles et fabriquées en matériaux spéciaux tels que inox, matières composites, tissus métalliques,... etc. Dans une première Demi-Circonférence de la rotation de l'aérogénérateur, dite inactive, la flexibilité de la pale permet sa pliure sur elle- même sans qu'elle soit cassée ou endommagée ou modifiée. A l'extrémité libre de chacune de ces pales un poids est fixé afin de donner une importante force de moment apporte une aide supplémentaire à la force de vent pour tourner l'aérogénérateur. Le maximum de cette force se trouve dans une deuxième Demi-Circonférence, dite active où les pales sont exposées entièrement faces au vent. Dans cette Demi-Circonférence active : 1. chacune de ces pales sera ouverte, elle prend le maximum de sa longueur et devient rigide, 2. avec le poids fixé à l'extrémité libre dans cette Demi-Circonférence active, une force de moment doit être générer et doit être plus importante que celle dans la Demi-Circonférence inactive, 3. chacune de ces pales reste étendues jusqu'à sa position verticale proche du sol. Une fois que la pale a franchie la position verticale proche au sol, elle commence sa pliure sur elle-même et grâce à sa flexibilité sa géométrie varie et elle prend la géométrie d'une courbe. Alors, dans cette Demi-Circonférence inactive : 1. la distance entre la position du poids fixé à la pale et le centre du tambour concerné, est minime, donc, la force de moment résultant est minimum si elle est comparée au même type de force produite dans la Demi-Circonférence active, 2. ce type de force de moment se produit au moment où la pale se trouve en mouvement dans cette Demi-Circonférence inactive jusqu'à la position verticale loin du sol. Quand la pale commence la descente, à partir de la position verticale loin du sol et donc au début de la Demi-Circonférence active, elle frappe brusquement l'air et elle devienne tendue et rigide. Ce choc brutal ouvre la pale pour qu'elle devienne prête de recevoir le vent, grâce, essentiellement, au poids fixé à son extrémité libre. Chacune de ces pales est : 1. rectangulaire et sa longueur est au moins 8 fois sa largeur, 2. fixée par des files d'acier sur ces deux faces pour qu'elle soit tendue dans une position et soit flexible a géométrie variable dans une autre position. Les poids fixés aux extrémités des pales sont égaux et pouvant être variables selon la vitesse de vent et la vitesse de rotation de l'aérogénérateur. Concernant l'orientation de l'aérogénérateur par rapport du vent, des dérives verticales peuvent être fixées sur l'axe central à côte de chaque tambour à deux distances égales. L'aérogénérateur repose sur une plate-forme rectangulaire ou circulaire. Deux roulements à bille sont fixés sur cette plate-forme pour que l'axe central de l'aérogénérateur qui relais les deux tambours à ces extrémités puisse tourner facilement avec un minimum de frottements. L'axe central de la plate-forme est fixé à son centre géométrique. Cet axe est perpendiculaire à la plate-forme et il pénètre au centre de l'extrémité lointaine du sol du mât de l'éolienne, afin d'exercer ses rotations en toutes libertés selon la direction de vent. L'axe central de l'aérogénérateur est toujours horizontal, et contrairement la position de l'axe de la plate-forme est vertical. Un système générateur de l'électricité est fixé autour de l'axe horizontal de l'aérogénérateur. Le système de freinage se compose de deux disques, qui sont fixés à deux distances égales du tambour le plus proche, autours de l'axe de l'aérogénérateur. Un mât central de l'éolienne peut tourner sur un axe horizontal qui traverse le mât central à 1/3 de sa longueur proche du sol. Cet axe repos sur un support pyramidal suffisamment solide, afin de supporter les dispositifs de l'éolienne et toutes les forces dynamiques qui résultent des ces fonctionnements dans des conditions où le vent est violent. Cet axe horizontal est libre de manière à ce que le mât puisse se pencher ou basculer vers le sol, afin de faire des entretiens ou des changements de pales,... etc. A l'extrémité le plus proche du sol, le diamètre du mât est plus petit que le diamètre du reste du mât en finissant avec une autre plate-forme circulaire afin de supporter des galets métalliques lourds : 1. les galets des poids lourds se connectent sur cette plate-forme en accrochant cette extrémité du mât, ces poids lourds assurent la stabilité de l'éolienne tout entier et aussi pour que le mât reste toujours en vertical. En plus, un système de sécurité additionnel est ajouté afin de bloquer le mât en position vertical. 2. une corde est fixée au haut du mât lui permettant de basculer vers le sol doucement et en toute sécurité. L'enlèvement de quelques galets en même temps qu'en tirant la facilite énormément le basculement du mât. Inversement, pour que le mât revienne à la verticale, on ajoute des galets en lâchant en même temps la corde afin de redresser le mât verticalement. Cette technique simple réduit énormément les coûts de grues, en plus est facile à manipuler, cela est un des avantages de cette invention. Les dessins annexés illustrent l'invention : 1. La figure (I) est une vue de profile de l'éolienne, selon l'invention 2. La figure (tel) est une vue de face partielle et simplifiée de la partie aérogénérateur avec 3 pales Description générale de l'appareil. (Figure 1) L'appareil est fait d'un aérogénérateur situé au sommet d'un mât (8) fixé au sol par un système de contention permettant son inclinaison. L'aérogénérateur est fait de deux tambours identiques (2) sur lesquels sont fixées les pales (1). Les pales (1) sont munies, à leur extrémité, de masselottes métalliques (13). Chaque tambour (2) possède, dans un souci d'équilibre, un même nombre de pales (1), de 3 à 5 chacun. Les tambours (2) sont situés aux extrémités d'un axe horizontal (3), monté sur roulements à bille (6) et fixé à une plate-forme rectangulaire ou circulaire (7). Sur un axe de rotation (14), sont disposés un système générateur électricité (4) et un système de freinage (5) fait de deux disques à commande électromagnétique. La plate-forme (7) est fixée à l'extrémité supérieure du mât (8) de l'éolienne par l'intermédiaire de l'axe vertical (14) tournant librement dans son logement, composé d'un élément de roulements à bille (17). Elle est munie de deux gouvernes (15) qui l'orientent par rotation de son axe support (14), afin que l'axe horizontal (3) de rotation des tambours (2) reste perpendiculaire à la direction du vent. Le mât (8) de l'éolienne, est fixé (pour une utilisation pratique en zone isolée, d'accès difficile, en cas de manque d'équipements de levage en général coûteux) sur un axe horizontal (9) reposant sur un support métallique (12), à distance du sol. La partie inférieure est lestée d'un contrepoids (10). Afin de ne pas trop alourdir les structures, l'axe horizontal (9) de fixation du mât (8) devrait se situer à l'union du 1/3 inférieurs et des 2/3 supérieurs de sa longueur. Toute fixation plus proche de l'extrémité inférieure du mât (8) accroît le poids du lest nécessaire. En état de marche, le mât (8) est verrouillé en position verticale. Pour l'entretien et d'éventuelles réparations, il peut être basculé afin de rapprocher la plate-forme (7) du sol. A l'aide d'une simple corde (11) et au déverrouillage de l'axe horizontal (9) de fixation du mât (8), la manoeuvre est aisée. Fonctionnement de l'aérogénérateur. (Figure II) Les pales (1) ont un profil en feuille de bananier et, contrairement à ce qui est observé dans les éoliennes traditionnelles, leur axe (3) de rotation n'est pas parallèle mais perpendiculaire à la direction du vent A . Elles sont rectangulaires, la longueur et la largeur étant dans le rapport de 8. Elles sont flexibles et donc peuvent se plier en longueur sur elle-même, en inox ou en matière composite ou en tissu métallique. Les pales (1) en inox ou en matière composite nécessitent des tendeurs en fils d'acier (16) relient les deux faces de chaque pale (1) aux bords du tambour cylindrique (2) afin de limiter la courbure de ses déformations et de la rigidifier et elles restent ouvertes. Les pales (1) en tissu métallique présentent l'avantage de se plier en largeur quand elles sont dos au vent et l'ouverture du pliage en V est ouverte face au vent sans utiliser de fils d'acier (16). Les pales (1) sont munies à leurs extrémités libres d'une masselotte (13) amovible. Le poids des masselottes (13) peut ainsi être modifié facilement en fonction de l'état du vent. Les deux tambours (2) cylindriques tournent ensembles dans un même et unique sens B . L'association d'une structure souple et d'une masselotte (13) à l'extrémité de chaque pale (1) assure la régularité du mouvement : dans la position dl, la pale (1) est tendue et fermée, la surface au vent est minimale et l'action du vent sur elle est pratiquement nulle alors que le moment cinétique de rotation est maximal. * en s'abaissant la pale (1) s'ouvre progressivement et donnant prise au vent, elle se courbe et la distance masselotte (13)-axe de rotation (3) diminue. Ainsi, tandis que l'action dynamique du vent s'accroît, le moment cinétique de rotation décroît. * en position d2, la pale (1) est largement ouverte et offre au vent une surface maximale lui permettant, même aux faibles vitesses, de collecter une énergie suffisante, capable d'entraîner les tambours (2). Le moment cinétique de l'ensemble pale (1)-masselotte (13) est maximal. * dans l'espace d2-d3, la pale (1) se referme progressivement et la distance de la masselotte (13) à l'axe de rotation (3) augmente à nouveau. Alors que l'action dynamique du vent décroît et s'annule en d3, le moment cinétique croît. * dans l'espace d3-dl, alors que la pale (1) se referme et se tend brusquement en offrant une force de choque du moment cinématique importante. Elle offre aussi une résistance minimale au vent, entraînée par l'énergie cinématique résultante de la différence des moments. Le balancement des actions des forces dynamiques du vent et des variations des moments cinétiques, couplé à l'intervention éventuelle d'actions de freinage, assure aux tambours (2) un fonctionnement régulier. Cette éolienne de réalisation et d'entretien simples et faciles produit une énergie : propre, sans effet secondaire sur l'environnement . renouvelable bon marché 'exploitable dans les zones isolées et et elle fonctionne aux faibles vitesses du vent. REVENDICATIONS 1) Aérogénérateur à axe horizontal (3) caractérisé en ce qu'il possède deux tambours cylindriques (2) fixés aux deux extrémités de l'axe horizontal (3), chacun de ces tambours possédant entre trois et cinq pales (1) et le nombre des pales (1) fixées sur chacun de ces deux tambours (2) devant être égaux et en ce que, le vent frappe les pales (1) au profil de l'aérogénérateur et perpendiculairement à l'axe central de l'aérogénérateur en amont d'un mât support (18). 2) Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pales (1) sont fixées sur les deux tambours (2) en respectant l'égalité des angles entre deux pales (1) consécutives et en ce qu'à l'extrémité libre de chacune de ces pales (1), une masselotte (13) métallique est fixée, ses masselottes (13) métalliques sont de masse égale. 3) Aérogénérateur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que des fils d'acier (16) sont accrochés à différents endroits sur chacune de ces pales (1), afin de maintenir chacune de ces pales (1) en position appropriée en formant une courbe dans une 1 ère Demi-Circonférence et en restant tendu dans une 2 Demi-Circonférence. 4) Aérogénérateur selon l'une des revendications précédentes caractérisées en ce que des systèmes de types différents sont fixés sur cet aéogénérateur tels qu'un système de fixation, système de freinage, système de gouvernail et/ou système de générateur. 5) Aérogénérateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe central (3) qui relie les deux tambours cylindriques (2) ensemble tourne dans deux éléments identiques à roulements à bille (6) qui représentent le système de fixation. 6) Aérogénérateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux éléments identiques à roulements à bille (6) du système de fixation, permettent à l'axe central (3) de tourner facilement sans vibrations et en toute stabilité avec peu de frottements, ces deux éléments (6) sont placés à distances égales de chaque extrémité respective de l'axe central (3) et aussi ces deux éléments sont fixés sur une plate-forme métallique (7). 7) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le système de freinage (5), qui assure l'arrêt de l'ensemble de l'aérogénérateur et son immobilité face au vent, est fixé autour l'axe central (3), et en ce qu'il se compose de deux disques identiques fixés autour de l'axe central (3), les deux disques sont placés à distances égales de chaque extrémité respective de cet axe central (3) et aussi sont fixés sur une plate-forme métallique (7). 8) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le système de gouvernail (15), système d'orientation parallèle au vent, se compose de deux gouvernails (15) identiques fixés sur la plate-forme métallique (7), de tel sort qu'ils sont placés à distance égale de chaque extrémité respective de cet axe central (3), ce 1 système de gouvernail (15) d'orientation parallèle au ventguide i aérogénérateur d'une façon telle que les pales (1) sont toujours exposées au vent. 9) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le système de générateur (4) est fixé autour de l'axe horizontal (3) de l'aérogénérateur et sur la plate-forme métallique (7). 10) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une plate-forme métallique (7), solide et rectangulaire ou circulaire repose sur un axe vertical (14) placé à son centre géométrique, cet axe vertical (14) pénétrant toujours en au centre de l'extrémité lointaine du sol du mât (8), sa rotation étant assurée par un élément de roulements à bille (17) pour faciliter les mouvements de cette plate-forme métallique (7) à l'intérieur de cette extrémité du mât (8). 11) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mât (8) de l'éolienne a un axe de rotation (9) horizontal placé près du sol et à 1/3 de la longueur du mât (8), un contrepoids composé de galets métalliques (10) lourds est fixé à l'extrémité du mât (8) prés du sol et une corde (11) suffisamment longue est fixée vers le centre de l'extrémité lointaine du sol du mât (8). 12) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un dispositif métallique pyramidal (12), suffisamment solide pour supporter le mât (8), est fixé solidement au sol. 13) Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la pale (1) est fabriquée en matériau spécial tel que : inox, matière composite ou tissus métalliques et en ce que des masselottes métalliques (13) identiques sont accrochées à l'extrémité libre de chacune de ces pales (1), ainsi que des fils d'acier (16) relient les deux faces de chaque pale (1) aux bords du tambour cylindrique (2).