Brevet FR2872970A1 — publié le 20060113

-1 - La présente invention concerne une machine à axes verticaux transformatrice d'énergie en électricité. Notez que dans les textes qui suivent: "machine" désigne aussi bien les éoliennes que les hydrauliennes. "fluide" désigne tous déplacements d'air, d'eau, liquide ou gaz. "Cx" désigne le coefficient de résistance aérodynamique, et par extension le coefficient de résistance hydrodynamique. "rotor" désigne la partie err rotation, et "stator" la partie fixe. Actuellement, en général, la partie rotative de ces machines transformatrices d'énergies est supportée à sa base par la partie fixe: ce qui concentre sur un seul endroit la poussée du fluide sur les pales et transmet mécaniquement la rotation de la machine à un "alternateur. La machine'selon l'invention, permet: - d'optimaliser sa fiabilité en supportant la partie rotative à ses deux extré- mités par un axe creux vertical avec roulements à billes sur un autre axe concentrique de cette axe creux: cet axe est supporté par la partie fixe de la machine, avec roulements à billes, aux deux extrémités. - d'optimaliser l'énergie du fluide avec une partie rotative constituée de trois pales situées entre l'espace de deux disques horizontaux identiques, superposés écartés, servant de déflecteurs à ces pales (verticales, rotatives avec axe central vertical) profitant de la turbulence crée par les autres pales: cet ensemble pales et disques forme un ensemble rotatif sur un axe creux vertical situé au centre de ces deux disques: rotor en rotation libre de toutes autres transmissions mécaniques extérieures sur son axe. - de faire l'orientation des pales, avec une dérive sur l'axe central donnant la direction du fluide, et un dispositif mécanique ou électromécanique. - de réaliser un alternateur optimalisé par des bobinages inducteurs ou aimants permanents et des induits sur tous les pourtours des disques du rotor et des disques fixés sur le stator, alternateur actionné directement par l'énergie du fluide sur les pales du rotor. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente la vue de dessus d'une machine avec trois pales. La figure 2 représente la vue oblique de cette machine. La figure 3 représente la vue de dessous de la machine. La figure 4 représente en coupe la machine, à la position d'une pale. La figure 5 représente les huit positions des trois pales, pour des rotations successives de 15 degrés. 2872970 -2- En référence à ces dessins cette machine comporte: - un rotor constitué de deux disques horizontaux identiques 3 et 4 super- posés qui sont fixés écartés de la hauteur" supérieureDd'une pale par leur centre avec un axe vertical, central et creux 1: cet axe 1, libre de toutes autres liaisons mécaniques, est maintenu à ses extrémités par les roulements à billes 22 et 23 sur l'axe concentrique 2, de la dérive 20, qui est relié au stator 14, 15, et 17 avec les roulements à billes 24 et 25 à ses extrémités; ces deux disques 3 et 4 du rotor, de rayon supérieur à la largeur d'une pale 6 ont des,bobinages inducteurs ou aimants permanents 11,sur tout leur pourtour extérieur, et sont mis en rotation par l'action du fluide sur les trois pales verticales 6 situées entre ces disques 3 et 4, dont les axes 5 sont fixés sur des rayons des deux disques 3 et 4 à 120 degrés par des roulements à billes, à une distance de l'axe 1 légèrement supérieur à la moitié de la largeur d'une pale. - soit une orientation mécanique des pales 6 par leur axe inférieur 5 fixé à l'engrenage 7, actionné par l'engrenage 8 libre sur son axe 10, qui est actionné par l'engrenage 9 commun à tous les engrenages 7 et 8 des autres pales, cette orientation est obtenue par l'engrenage 9 fixé à l'axe 2 de la dérive 20, de sorte que pour un fluide venant du Nord: la pale soit perpendiculaire à la direction du fluide en position Ouest, et parallèle en position Est, ou inversement suivant le positionnement initial des pales; cette orientation progressive constante est adéquate avec les primitives des engrenages 7 et 8 identiques et double de celle de l'engrenage 9. - soit une orientation électromécanique: l'axe de chaque pale sera relié à un moteur, ces moteurs des pales seront asservis individuellement par un dispositif électronique permettant de contrôler la vitesse du rotor, en faisant varié l'angle des pales par rapport à la direction du fluide, à l'aide des paramétres: vitesse du fluide, orientation, énergie demandée à la machine. Cette orientation électromécanique s'adapte aux fluides rapides. - un stator, par exemple en profilés soudés, constitué de deux structures hexagonales horizontales identiques 14 et 15, superposées écartées par les entretoises 17, les centres de ces structures 14 et 15 maintiennent les roulements à billes de l'axe 2; l'électricité est produite, par les bobinages induits 12 sur le pourtour des faces intérieures des disques 16 et 26 fixés à la structure du stator, avec le flux magnétique produit par le courant des bobinages inducteurs ou aimants permanents 11 des disques 3 et 4 du rotor: courant pour l'induction provenant des balais 27, bagues 19 et balais 13 du collecteur. Les liaisons électriques sont assurées depuis le stator par un minimum de 4 conducteurs: 2 reliés au balais 13 du collecteur pour régulation du flux magnétique, et 2 ou plusieurs pour l'énergie électrique produite suivant les bobinages induits. En résumé mon invention concerne: Cette machine décrite avec 3 pales peut être réalisée avec un nombre quelconque de pales. Les pales avec:. - un axe 5 de rotation vertical central à égale distance des bords, et soute-nu aux deux extrémités. - des surfaces verticales simples ou multiples, planes ou convexes, symétriques à l'axe de rotation. - des surfaces horizontales aux extrémités haute et basse symétriques. - un Cx à variation importante pour une rotation de 90 degrés sur son axe. Les entretoises verticales 17 des structures horizontales haute 14 et basse 15 soient de section circulaire de diamètre minimum utile, ou de section rectangulaire de faible épaisseur et de largeur importante par rapport à son épaisseur, largeur orientée dans le prolongement de la direction du rayon de la structure au point de fixation. Avantages de mon invention. La machine à axes verticaux transformatrice d'énergie ainsi décrite représente l'avantage sur les autres machines transformatrices d'être dans un seul module: un générateur d'électricité, sans aucune autre transmission mécanique; pouvant être installée sans pylône de grande hauteur, en raison de la forme des pales qui sont plus en surface que en longueur. Application industrielle de mon invention. Cette machine est destinée principalement à être installée directement sur des hauteurs existantes: toits terrasse d'immeuble ou d'habitation, pics, cols, château d'eau... -4-Revendications 1) Machine à axes verticaux transformatrice d'énergie en électricité caractérisée par: - un rotor constitué de deux disques horizontaux 3 et 4, de rayon supérieur à une largeur de pale 6, fixés symétriquement superposés, écartés vertica- lement d'une hauteur supérieure à celle d'une pale 6, par un axe creux 1 central et vertical, supporté à ses deux extrémités, avec les roulements à billes 22 et 23, par un autre axe concentrique intérieur 2 reliés au stator avec roulements à billes 24 et 25, ces deux disques 3 et 4 horizontaux, supportant des pales 6, servent de déflecteurs, canalisent les turbulences du fluide, et ont sur tout leur pourtour les bobinages inducteurs 11, ou aimants permanents. - un stator constitué de deux disques horizontaux 16 et 26 ou couronnes maintenus symétriquement écartés verticalement de chaque coté du rotor par des structures horizontales 14 et 15 qui maintiennent dans leur centre l'axe concentrique intérieur 2 du rotor; cet axe 2 concentrique intérieur servant d'axe de dérive 20 pour l'orientation des pales; les structures horizontales 14 et 15 du stator sont reliées écartées par des entretoises 17; ces disques 16 et 26 ou couronnes supportent les bobinages induits 12 disposés symétriquement aux bobinages 11 ou aimants permanents des deux dis- ques 3 et 4 du rotor. 2) Machine selon la revendication 1 caractérisée par un rotor étant aussi un rotor d'alternateur électrique avec bobinages inducteurs 11 ou aimant permanents, actionné directement et exclusivement par le fluide sur ses pales 6 à l'intérieur du stator, stator ayant les bobinages induits 12: sans aucune autre transmission de rotation extérieure au stator. 3) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pales 6 identiques sur un même rotor, avec orientation variable, suivant la direction du fluide, mécanique ou contrôlées par système électronique d'asservissement électromécanique; chaque pale 6 a un axe 5 de rotation vertical central soutenu aux deux extrémités de leur axe; ces pales, avec un Cx à variation importante pour une rotation de 90 degrés sur leur axe, ont: - des surfaces verticales simples ou multiples, planes ou convexes, symétriques à l'axe 5 de rotation. - des arêtes ou surfaces horizontales aux extrémités hautes et basses, 35 symétriques à l'axe 5 de rotation.