Brevet FR2845428A1 — publié le 20040409

Dispositif à axe vertical pour capter l'énergie du vent ou d'un fluide en mouvement. La présente invention concerne un dispositif rotatif à axe vertical, mais pouvant également fonctionner dans tout autres position pour capter l'énergie du vent ou 5 d'un fluide en déplacement et la transformer en mouvement mécanique rotatif pouvant entraîner un générateur d'électricité ou actionner un dispositif quelconque. Ce dispositif peut également être utilisé en fonction inverse, comme propulseur d'air, ou de fluide en étant actionné par un moteur ou tout autre moyen pouvant assurer cette fonction. La force du vent est habituellement captée par des dispositifs à hélices appelés éoliennes. Ces dispositifs ont deux inconvénients qui soulèvent quelque mécontentement émanent de la part des habitant situés à proximité. Elles sont très encombrantes et occupent une place importante dans le paysage, d'autre part elles génèrent un bruit caractéristique désagréable. Le dispositif selon l'invention est moins encombrant et également plus silencieux, tout en conservant un excellent rendement; ce dispositif ne comporte pas de pales d'hélices radiales, mais des panneaux verticaux (11) pour capter la force du vent; ces panneaux verticaux (11) sont orientable automatiquement, ils sont disposés circulairement sur un support supérieur tournant (4), 20 perpendiculairement à son plan de rotation et parallèlement à son axe centrale pivot (3), à égale distance du centre et a intervalle régulier. Ces panneaux verticaux (11) peuvent être plats et constitués en matière rigide ou fait d'un cadre rigide rempli par une membrane élastique, ou un mât avec une voile, tous deux étant capable de se creuser sous la force du vent ou d'un fluide. Le support supérieur tournant (4), a son axe pivot (3) maintenu par un palier (2) à roulement ou à bague autolubrifiante fixé sur un support inférieur de base (1); l'extrémité de l'axe pivot (3) dépasse très largement en dessous du support inférieur de base pour servir de prise de force (8). Sous la pression du vent ou d'un fluide, les panneaux verticaux (11) entraînent 30 la rotation du support supérieur (4); selon trois première versions du dispositif selon l'invention, le mouvement de rotation est récupéré par un mécanisme de couplage et de positionnement angulaire, qui part effet de retour actionne automatiquement la rotation des panneaux verticaux (11) sur eux-même, de manière à ce qu'ils aient une position favorable par rapport à la direction du vent ou du fluide, au cour de leur déplacement circulaire sur le support supérieur 5 tournant (4). Dans cette situation et selon le principe même qui sous-tend l'originalité de cette invention, la rotation angulaire des panneaux verticaux (11) sur eux-même, s'effectue en sens inverse et à raison d'un demi tour par tour de support supérieur. Pour que cela fonctionne ainsi il est impératif que le support inférieur de base soit orienté selon le sens du vent ou du fluide. Selon une quatrième version du dispositif selon l'invention, le positionnement angulaire automatique des panneaux verticaux (11) se fait par l'action de servomoteurs (28) associé à un module électronique de commande (29), et à des capteurs (30,31) qui enregistrent le positionnement angulaire du support supérieur tournant (4) par rapport au sens du vent ou du fluide, et qui effectue 15 les corrections nécessaires pour obtenir le meilleur positionnement angulaire des panneaux verticaux (11) au cours de leur parcours circulaire sur le support supérieur (4). Dans le cas de cette quatrième version, il n'est plus nécessaire d'orienter le support inférieur de base en fonction de la direction du vent ou du fluide. Lorsque le dispositif selon l'invention fonctionne à l'air libre, l'ensemble servomoteur (28) et module électronique de commande (29) peut être alimentés en énergie soit par un générateur constitué par un ensemble de panneaux solaires photovoltaque (32) associé à une batterie d'accumulateur (33), le tout disposé en couronne au dessus du support supérieur tournant (4) et autour de son axe 25 centrale (3), de façon parfaitement équilibrée en masse pour éviter toute vibration pendant les rotations du support supérieur tournant (4). Soit par un ensemble de ballet et collecteur disposé autour de l'axe pivot, et en dessous du panneaux supérieur tournant. Un bon fonctionnement du dispositif selon l'invention s'obtient à partir de deux 30 panneaux verticaux (11), mais il peut être équipé d'un nombre illimité de panneaux verticaux (11). Un prototype du dispositif selon l'invention objet de la description à été réalisé avec quatre panneaux verticaux (11) et fonctionnent très bien. A titre d'exemple, le positionnement automatique des panneaux verticaux (11) lors de leur trajet sur le support supérieur tournant (4), peut se décrire à partir de quatre phases types comme suit par rapport au vent ou au sens du fluide: Phase 1: Lorsque les panneaux verticaux (11) remontent le vent ou le fluide ils sont positionnés de profile et présentent ainsi un minimum de surface face au vent ou au fluide, donc entraînant un minimum de résistance à ce dernier. Phase 2: En poursuivant leur trajet, les panneaux verticaux (11) traversent le 1 0 vent ou le fluide tout en se positionnent de biais, ils profitent ainsi de la poussée de côté du vent ou du fluide qui les propulsent dans le sens de leur trajet. Phase 3: Toujours en continuant leur trajet les panneaux verticaux (11) se retrouvent à l'opposé par rapport à la phase 1, c'est à dire de l'autre côté du support tournant (4); à ce moment là, ils sont positionnés perpendiculairement 15 au vent ou au fluide offrant le maximum de surface de prise au vent. Dans cette position, les panneaux verticaux (11) bénéficient alors de la poussée du vent arrière ou du fluide qui les propulsent toujours dans le sens de leur trajet. Phase 4: Dans la suite de leur trajet, les panneaux verticaux (l1)se trouvent à l'opposé par rapport à la phase 2, c'est à dire de l'autre côté du support tournant 20 (4) à ce moment là ils sont positionnés également de biais mais inversement par rapport à la position en phase 2, ils profitent cette fois-ci alors de la poussée de côté du vent ou du fluide dans l'autre sens qui est celui de leur parcours sur le support tournant. Au cours de ces quatre phases la position des panneaux verticaux (11) occupent 2 5 une place réduite, elle est très inférieur à la place occupée par une éolienne classique pour un même rendement. De surcroît le dispositif selon l'invention dans ses trois première versions peut être inclus dans un carénage, servant à insonoriser et à canaliser le flux d'air. Le dispositif selon l'invention peut également avoir une fonction inverse, et 30 servir à propulser de l'air ou des fluides, à condition de le coupler à un dispositif d'entraînement qui peut être un moteur ou tout autre dispositif pouvant assurer cette fonction. Les dessins annexés comportant des repères numérotés illustrent l'invention dans ses quatre versions dont la constitution détaillée et décrite ciaprès. Le dispositif selon l'invention comporte dans une première version plus 5 particulièrement représenté par les figures 3,4 et 5 un support inférieur (1) servant de base que l'on peut orienter dans la direction du vent ou du fluide. Ce support comporte dans une zone centrale un palier (2) équipé d'un axe (3) servant de pivot centrale à un support tournant (4) placé au dessus. Dans l'espace entre les deux supports, sont placés un empilement de quatre poulies 10 crantées identiques et superposées (5), ayant un trou en leur centre au travers duquel passe l'axe pivot (3) du support supérieur tournant (4), sans contact avec ces poulies crantées (5) superposées qui sont fixées solidairement au support inférieur de base (1), à l'aide d'un socle (6) munis de vis ou rivets (7) ou par tout autre moyen utile à cette fonction. L'axe pivot (3) du support supérieur tournant 15 (4) se prolonge suffisamment en-dessous du support inférieur de base (1) pour servir de prise de force (8). Le support supérieur tournant (4) placé au dessus comporte lui-même un ensemble de quatre paliers identique (9) disposés circulairement et à intervalles réguliers autour de son axe pivot centrale (3). Ces quatre paliers (9) sont équipés d'axes pivots verticaux identiques (10) fixés solidairement au centre d'un ensemble de quatre panneaux verticaux identiques (11) de captage de la force du vent ou du fluide. L'ensemble des quatre pivots (10) sont prolongés en-dessous du support supérieur tournant (4) et comportent chacun en cet endroit une poulie crantée identique (12) comportant ellemême un nombre de crans deux fois supérieur au nombres de crans des poulies 2 5 identiques superposées (5) fixées au support de base (1). Un ensemble de quatre courroies crantées identiques (13) relient mécaniquement les quatre poulies des pivots axiaux aux quatre poulies plus petites (5) solidaires du support de base (1), pour assurer entre- elles le couplage mécanique. Chaque ensemble poulies et courroie crantées constitue un dispositif 3 0 de positionnement angulaire de panneaux vertical. Lorsque le vent ou un fluide pousse les panneaux verticaux (11) servant à capter sa force, ces derniers provoquent la rotation du support supérieur tournant (4), par voie de conséquences les courroies crantées (13) de couplages mécaniques suivent ce déplacement en s'enroulant par un de leur flanc (14) autour des poulies fixes et en se déroulant par l'autre flanc (15). Ce mouvement particulier des courroies crantées (13) provoque une rotation des poulies (12) placées sous les pivots (10) qui actionnent les panneaux verticaux (11) en sens inverse de la rotation du support supérieur tournant (4). Etant donné le rapport de nombre de crans existant entre les poulies plus petites (5) fixées au 10 support inférieur de base (1) et celles (12) fixées aux axes des pivots (10) des panneaux verticaux (11), la rotation de ces panneaux verticaux (11) sur euxmême se fait à raison d'un demi-tour par tour de support supérieur tournant (4). Cette rotation particulière des panneaux verticaux (11) à pour effet de leur donnés une orientation optimum et un angle d'attaque du vent ou du fluide qui 15 permet d'utiliser sa force au maximum quelque soit leur position lors de la rotation du support supérieur tournant (4). Selon une deuxième version du dispositif selon l'invention plus particulièrement représentée par les figures 6 et 7, le mouvement de rotation du support supérieur (4) est transmis en retour aux panneaux verticaux (11) par un 20 ensemble de quatre dispositifs de positionnement angulaire identique (15), constitués par des d'engrenages (16) situés dans l'espace entre le support supérieur tournant (4) et le support inférieure de base (1). Au centre de ces ensembles d'engrenages (16) est positionné un engrenage unique (17) qui est central et commun à tout les autres, et qui comporte un trou en son centre, au 25 travers duquel passe l'axe pivot (3) du support supérieur tournant (4), sans contact avec cet engrenage unique (17) qui est fixé solidairement au support inférieur de base (1), à l'aide d'un socle (18) munis de vis ou rivets (7) ou tout autre moyen adéquate. C'est la rotation du support supérieur (4) autour de l'engrenage central unique (17) fixé au support inférieur de base (1), qui 30 engendre le mouvement de rotation de tous les autres engrenages appartenant à l'ensemble des quatre dispositifs de positionnement angulaire. L'axe pivot (3) du support supérieur tournant (4) se prolonge suffisamment en dessous du support inférieur de base (1) pour servir de prise de force (8). En dessous du support supérieur tournant (4), dans le prolongement de l'ensemble des quatre axes pivots (10) des panneaux verticaux (11), sont fixés sur chacun de 5 ces axes pivots (10) un engrenage identique (19). Entre ces quatre engrenages identique (19) et l'engrenage unique central (17) fixé au support inférieur de base (1) sont intercalés quatre autre engrenages identiques inverseur (20) montés sur des axes pivots identiques (38) tenus par des paliers identique (21) fixés au support supérieur (4), ainsi lorsque ce dernier tourne, les quatre engrenages (20) 10 roulent contre l'engrenage central unique (17) qui est fixe et se mettent à tourner en communicant leur mouvement aux autre (19). Ces ensembles d'engrenage (16) constituent le dispositif de positionnement angulaire de chaque panneau vertical (1 1). Ceci est important: le rapport de nombre de dents entre l'engrenage unique (17) 1 5 fixé au support inférieur (1) et l'ensemble des autres engrenages (16) est tel qu'il permet très exactement au panneaux verticaux (11) de tourner en sens inverse de la rotation du support supérieur tournant (4), à raison de un demi tout sur euxmême par tour de support supérieur tournant (4), lorsque le dispositif selon l'invention est actionné par la force du vent ou du fluide. En d'autre terme le 20 transmission du mouvement de rotation entre les deux parties, se fait par démultiplication de un demi avec inversion de sens. Pour obtenir ce résultat, l'engrenage central (17) fixé au support inférieur de base (1) comporte un nombre de dents quatre fois inférieur, à la somme des dents des deux autres engrenages, constituant un dispositif de positionnement angulaire (16) des 25 panneaux verticaux (11). Selon une troisième version du dispositif selon l'invention plus particulièrement représentée par les figures 8 et 9, le mouvement de rotation du support supérieur (4) est transmis, aux panneaux verticaux (11) par un ensemble de quatre dispositifs identique de positionnement angulaire (21), constitués par des 30 engrenages coniques pour renvoi d'angle dont certains (26) sont associé à des axes de prolongement (25). Ces quatre ensembles de positionnement angulaire (21) sont situés dans l'espace entre le support supérieur tournant (4) et le support inférieur de base(1). Au centre de ces quatre dispositif de positionnement angulaire (21), est positionné un engrenage conique (22) unique qui est central et commun aux quatre 5 dispositif de positionnement angulaire (21) , et qui comporte un trou en son centre au travers duquel passe l'axe pivot (3) du support supérieur tournant (4) sans contact avec cet engrenage (22) qui est fixé solidairement au support inférieur de base (1) , à l'aide d'un socle (23) munis de vis ou des rivets (7) ou tout autre moyen de fixation adéquat. C'est la rotation du support supérieur (4) 10 autour de cet engrenage unique (22) fixé au support inférieur de base (1) qui engendre le mouvement de rotation de tous les autre engrenages appartenant aux quatre ensembles dispositifs de positionnement angulaire (21). L'axe pivot (3) du support supérieur tournant (4) se prolonge suffisamment endessous du support inférieur de base (1) pour servir de prise de force (8). En-dessous du support supérieur tournant(4), dans le prolongement des quatre axes pivots (10) des panneaux verticaux (11), sont fixé sur chacun de ces axes (10) un engrenage conique (24) pour renvoi d'angle. Entre les quatre engrenages coniques identiques (24) et l'engrenage centrale (22) également conique fixé au support inférieur de base (1), sont intercalés quatre arbres de transmission 20 identiques composé d'un axe (25) comportant à chacune de ses extrémités un engrenage conique (26) pour renvoi d'angle; ces deux engranges (26) étant identique, chaque arbre de transmission comporte également en leur parties intermédiaires deux paliers identique (27) fixés au support supérieur tournant (4). Cet ensemble de quatre dispositif de positionnement angulaire (21), sert à 25 actionner les panneaux verticaux (11) lorsque ils sont très éloignés du centre du support supérieur tournant (4), et permet en même temps l'inversion de leur sens de rotation par rapport au support supérieur tournant (4). Ainsi, lorsque ce dernier tourne les engrenages coniques (26) des quatre groupes en contact avec l'engrenage central fixe (22), roulent contre celui-ci, ce qui provoque leur 30 rotation sur leur axes. Ceci est important: le rapport du nombre de dents entre l'engrenage central unique (22) fixé au support inférieur de base (1) et l'ensemble des engrenages de chaque dispositif de positionnement angulaire doit être tel qu'il permet aux panneaux verticaux (11) de tourner sur eux-même en sens inverse de la rotation du support supérieur tournant (4), à raison d'un demi tour de panneaux vertical (11) par tour de support supérieur tournant (4) lorsque 5 ceux-ci sont actionnés par la force du vent ou d'un fluide. En d'autre terme, la transmission du mouvement de rotation aux panneaux verticaux se fait par démultiplication de moitié avec inversion de sens. Pour obtenir ce résultats, l'engrenage central (22) fixé au support inférieur de base (1) comporte un nombre de dent quatre fois inférieur à la somme des dents des trois autres 10 engrenages constituant chaque dispositif de positionnement angulaire (21) des panneaux verticaux (11). Selon les procédés de transmission par engrenage, en général il est possible d'intercaler une infinité d'engrenage intermédiaire à condition de respecter le sens de rotation et le rapport de un sur deux entre l'engrenage central fixe (17 ou 15 22) et les engrenages qui actionnement les axes pivots (10) des panneaux verticaux (1 1). Selon une quatrième version du dispositif selon l'invention plus particulièrement représentée par les figures 10 et 11, le mouvement de rotation des quatre panneaux verticaux identiques (11) sur eux-même est assuré par un ensemble de 20 quatre servo-moteurs identiques (28), placés sur chacun des axes pivots (10) des panneaux verticaux (11). Les quatre servo-moteurs (28) sont reliés à un module électronique de commande (29) qui est lui-même relié à un capteur de position angulaire (30) du support supérieur tournant (4), ainsi qu'à un détecteur de sens (31) du vent ou du fluide. L'ensemble servo-moteur et module électronique de 25 commande (29) peut être alimenté en courant électrique soit par un ensemble comportant des panneaux solaires photovoltaque (32) associé à une batterie d'accumulateur (33) constitué d'éléments placés en couronne autour du centre du support supérieur tournant (4), ayant leur masse équilibrée de façon à éviter toute production de vibration pendant la rotation du support supérieur tournant 30 (4). L'ensemble servo-moteurs (28) et module électronique (29) peut être également alimenté par un autre ensemble comportant balais et collecteur, disposés autour de l'axe pivot du support supérieur tournant (4). Dans chacune des réalisations, lorsque le dispositif selon l'invention doit être exposé à des vents violents; pour éviter le risque de détérioration qui pourrait être causé par la force centrifuge, due à une trop grande vitesse de rotation. Il est nécessaire de 5 placer une pièce de renfort (34) qui relie le sommet des panneaux verticaux (11) entre eux. Cette pièce de renfort (34), comporte des paliers (35) dans lesquels pénètrent un deuxième axe pivot (36) situé à l'extrémité supérieur de chacun des panneaux verticaux (11). Revendications 1) Dispositif pour capter l'énergie du vent ou d'un courant de fluide et la transformer en mouvement mécanique rotatif Et inversement pour propulser de l'air ou un fluide en l'actionnent par un moyen extérieur pouvant être un moteur ou tout autre moyen, caractérisé en ce qu'il comporte un support inférieur de 5 base(l) équipé d'un palier(2) qui reçoit l'axe central pivot(3) d'un support supérieur tournant(4), comportant lui-même un ensemble de panneaux verticaux( 1) montés sur des axes pivots(10) tenus par des paliers(9), l'ensemble disposé circulairement, à intervalle régulier et à égale distance du centre du support supérieur tournant(4). Les axes pivots(10) des panneaux 10 verticaux(9) sont reliées mécaniquement à des dispositif de positionnement angulaire automatique qui font l'objet des revendications suivantes. Le dispositif selon l'invention peut être équipé d'une pièce de renfort(34) comportant des palier(35) dans lesquels pénètrent des axes pivots(36) fixés à l'extrémité supérieur de chaque panneau vertical (11). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans la première version représentée par les figures 3,4 et 5 du dispositif selon l'invention, le dispositif de positionnement angulaire de chaque axe pivot(l0)des panneaux verticaux(l 1) est constitué par un ensemble comportant deux poulies crantés (12) dont une est fixée à chaque axe pivot(10) des panneaux verticaux(l1) et 20 une autre ayant deux fois moins de dents(5) est fixée au support inférieur de base(1) autour de l'axe pivot(3) du support supérieur(4) sans contact avec celuici. L'ensemble pré-cité comporte également une courroie crantée(13) de liaison mécanique qui s'enroule sur un de ses flanc(14) et se déroule sur l'autre flanc(15) autour de la partie fixée au support inférieur de base(l) lorsque le 25 support supérieur(4) se met en rotation ce qui entraîne la rotation en sens inverse des panneaux verticaux(l 1) à raison de un demi tour par tour de support supérieur(4). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans une deuxième version représenté par les figures 6 et 7 du dispositif selon 1'invention, le dispositif de positionnement angulaire automatique de chaque axe pivot (10) des panneaux verticaux(l 1) est constitué par un ensemble d'engrenage dont un 5 premier est monté sur chacun des axes pivots(1O) pré-cité, un deuxième engrenage(20) est intercalé entre le premier(19) et un troisième engrenage(17) qui est central et commun à tout les autres est fixé solidairement au support inférieur de base(l), positionné autour de l'axe pivot(3) du support supérieur tournant(4) sans contact avec celui-ci. 1O Le troisième engrenage qui est central(17)et qui est fixé au support inférieur de base (1) comporte un nombre de dent quatre fois inférieur à la somme des dents des deux autres engrenages(19,20) constituant chaque ensemble de dispositif de positionnement angulaire. De surcroît le nombre d'engrenage de chaque ensemble produit une inversion de sens de rotation. 1 5 4) Dispositif selon le revendication 1 caractérisé en ce que dans une troisième version représenté par les figures 8 et 9 du dispositif selon l'invention, le dispositif de positionnement automatique angulaire de chaque axe pivot(10) des panneaux verticaux (11) est constitué par un ensemble d'engrenages coniques pour renvoi d'angle dont un premier(24)est monté sur chacun des axes 20 pivots(10) cités précédemment. Ensuite, un ensemble comportant deux engrenages conique(26,26) monté à chaque bout d'un axe (25) qui est tenu par deux paliers(27,27) fixés au support supérieur(4) cet ensemble est intercalé entre le premier engrenage(24) et un autre engrenage conique(22) qui est central et commun à tout les autres et fixé solidairement au support inférieur de base(l) 25 positionné autour de l'axe pivot(3) du support supérieur tournant(4) sans contact avec ce dernier. Ceci est très important, l'engrenage fixe(22) disposé autour de l'axe pivot(3) comporte un nombre de dent quatre fois inférieur à la somme des dents des trois autres engrenages (27,27,24) de chaque ensemble constituant les dispositifs de positionnement angulaire. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans une quatrième version du dispositif selon l'invention représentée par les figures 10 et 11, le positionnement automatique de chaque axe pivot(1O) des panneaux verticaux(l 1) est constitué par un servo-moteur(28) relié à un dispositif électronique de commande(29) et à un dispositif de détection de positionnement angulaire(30) du support supérieur(4) ainsi qu'à un dispositif de détection du sens du vent (31) ou du fluide. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les panneaux verticaux peuvent être plats en matière rigide. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les panneaux verticaux peuvent être constitués d'un cadre rigide rempli par une membrane élastique. 1o 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les panneaux verticaux peuvent être constitués par un mât avec une voile.