Brevet FR2876423A1 — publié le 20060414

-1- La présente invention appartient au domaine des éoliennes à axe horizontal également dénommées moteurs à vent avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent. Cette invention se rapporte à une éolienne comportant plusieurs voiles, chacune d'elles étant tenue par un bras et une bôme orientable par rapport à la direction du vent. Art antérieur De nombreux pays du sud de l'Europe ont utilisé pendant des siècles des moulins à voiles de petite puissance par rapport aux grands moulins à vent construits plus au nord de l'Europe. On peut citer par exemple la Grèce, la Crête, le Portugal et l'Espagne. Ces moulins se caractérisent par un nombre de six à douze bras reliés entre eux à la périphérie et portant des voiles triangulaires tenues par les bras et des cordes ou câbles périphériques. En cas de vent trop fort ou d'arrêt, les voiles sont enroulées autour des bras. Les moulins à voiles pourraient encore fonctionner comme autrefois, mais ils nécessitent une attention constante car ils ne sont munis d'aucun moyen permettant de régler la vitesse de rotation, et cette technique ancienne ne peut être modernisée. Exposé général de l'invention La présente invention concerne la partie principale et motrice d'une éolienne à voiles avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent, partie comportant l'ensemble des moyens et équipements permettant la rotation de l'arbre, la régulation de la vitesse de rotation et de l'énergie fournie. Il ne sera pas fait mention des équipements annexes classiques tels que paliers, frein, transmission du mouvement, support et dispositif d'orientation dans le vent. Cette invention a pour objet une éolienne à axe horizontal comportant: un arbre de rotation central. un moyeu coulissant sur l'arbre et transmettant le mouvement de rotation. plusieurs bras fixés au moyeu, perpendiculaires à l'arbre de rotation, chaque bras porte une voile tenue en partie basse près du moyeu par une bôme perpendiculaire au bras et mobile en rotation autour du bras; la bôme permet l'orientation de la voile par rapport au vent. - pour chaque bôme: un câble de retenue fixé entre un point de la bôme et le bras opposé. pour chaque bôme: une barre de manoeuvre de bôme reliant le milieu ou 35 l'extrémité de la bôme, du côté opposé au bras, à un axe de fixation sur l'arbre de rotation. - un ressort de rappel du moyeu coulissant fixé sur l'arbre au point P pour ramener le moyeu en position démarrage en l'absence de vent. - un vérin de positionnement du moyeu. un équipement de régulation. Dans la position de démarrage le moyeu est en position avant, les voiles sont orientées en arrière par rapport au vent et les forces aérodynamiques sur les voiles entraînent la mise en rotation. Pendant la rotation la poussée aérodynamique du vent sur les voiles fait reculer le moyeu coulissant et ouvrir les voiles. A partir d'une certaine vitesse de rotation l'équipement de régulation entre en action agissant par le vérin sur la position du moyeu coulissant pour réduire ou augmenter la vitesse de rotation par fermeture ou ouverture des voiles. Le nombre de voiles est de préférence deux, trois, quatre ou même six, ce qui permet la tenue de chaque bôme par un câble de retenue fixé au bras opposé. Dans le cas de trois voiles, chaque bras est partiellement prolongé, du côté diamètralement opposé par rapport à l'axe du moyeu, pour fixer le câble de retenue de bôme. Enoncé des figures La figure 1 représente une vue de face, dans le sens du vent, d'une éolienne à deux voiles. La figure 2 représente une vue de face, dans le sens du vent, d'une éolienne à trois 20 voiles. La figure 3 représente une vue de face, dans le sens du vent, d'une éolienne à quatre voiles. La figure 4 est un schéma, vue de dessus, d'une éolienne à deux voiles montrant le déplacement (d) du moyeu et des bômes entre les deux positions extrêmes. La figure 5 est un schéma, vue de dessus, d'une éolienne à deux voiles en position de rotation régulée. Exposé détaillé de l'invention Une éolienne à voiles conforme à l'invention comporte un arbre de rotation (1) entraîné par un moyeu coulissant (2) portant des bras (3) régulièrement espacés et munis de voiles (4). L'arbre de rotation (1) est muni de cannelures ou rainures ou glissières sur la partie de sa longueur correspondant à la plage de déplacement du moyeu coulissant (3). Le moyeu coulissant (2) percé en son centre dans le sens longitudinal pour le passage de l'arbre de rotation (1) est muni de cannelures ou rainures à clavettes ou glissières au droit de la plage de déplacement du moyeu; il porte plusieurs bras (3) perpendiculaires à l'arbre de rotation. Chaque voile (4) est fixée à son bras et tenue 2876423 -3- en partie basse proche du moyeu par une bôme (5), comme une grand-voile de voilier moderne. La voile peut être réalisée en tissu ou bien en matériau semi-rigide, dans ce dernier cas la voile est tenue au bras par l'intermédiaire d'anneaux permettant la 5 rotation partielle de la voile autour du bras. Le nombre de bras ainsi que de voiles est de préférence deux, trois, quatre ou six, ce qui permet de façon simple la fixation de chaque câble de retenue de bôme (6) d'un côté sur un point proche du milieu ou de l'extrémité extérieure de la bôme et de l'autre côté sur le bras opposé. Dans le cas de trois voiles, chaque bras se trouve partiellement prolongé, du côté diamétralement opposé par rapport au moyeu, pour fixer le câble de retenue de bôme. Le choix de trois ou quatre voiles permet d'obtenir un couple de rotation important; au-delà de ce nombre de voiles, par exemple le choix d'une éolienne équipée de six à huit voiles entraîne un coût plus élevé et un effet de masque dans le vent important et aérodynamiquement négatif. La bôme (5) perpendiculaire au bras (3) est mobile autour de celui-ci tout en étant maintenue à la base du bras à proximité du moyeu; elle est tenue en un point proche du milieu ou de l'extrémité opposée au bras par le câble de retenue (6) attaché au bras opposé, ce qui assure la tension de la voile tout en laissant la bôme libre en rotation autour du bras. La bôme peut être droite ou de forme courbe pour optimiser la courbure de la voile en partie basse près du moyeu. En variante le bras (3) peut être mobile autour du moyeu et la bôme fixée au bras. La bôme (5) est également tenue en son milieu ou à son extrémité, du côté opposé au bras, par une barre de manoeuvre de bôme (7) fixée à un axe solidaire de l'arbre de rotation au point P. Les fixations de la barre de manoeuvre de bôme sont des deux côtés du type à rotule permettant les déplacements angulaires. La longueur de la barre de manoeuvre de bôme est approximativement 1,3 fois la longueur du segment de bôme mesuré de l'axe du bras support au point d'attache de la barre de manoeuvre sur la bôme. Un ressort de rappel (8) relie le moyeu coulissant (2) au point P pour ramener le moyeu en position démarrage, en l'absence de vent permettant la rotation de l'éolienne. Du côté arrière des voiles par rapport au vent, un vérin (9) positionne le 35 moyeu en fonction des commandes de l'équipement de régulation. Ce vérin du type 2876423 -4- électrique ou électro-hydraulique est en position fixe à côté de l'arbre de rotation et agit sur le moyeu par l'intermédiaire d'une butée (10) à billes ou à paliers lisses. Un équipement électronique de régulation, non représenté, commande le vérin (9) en fonction de la vitesse du vent, de la vitesse de rotation de l'éolienne et de la puissance à fournir. En variante un régulateur centrifuge peut être utilisé pour commander le vérin. Il doit être entendu que la description qui précède est donnée à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les organes et équipements décrits par d'autres équivalents. Principes de fonctionnement Dans la position correspondant au démarrage, les voiles sont en position reculée par rapport au vent entrant et partiellement fermées, le moyeu est en position avancée vers le point P. Lorsque la vitesse du vent est suffisante, les poussées aérodynamiques du vent sur les voiles entraînent la mise en rotation de l'éolienne. A partir d'une certaine vitesse de rotation les poussées aérodynamiques du vent sur les voiles et les forces centrifuges sur les bômes font progressivement reculer le moyeu coulissant et ouvrir les voiles; cette position d'ouverture des voiles aérodynamiquement favorable augmente la vitesse de rotation et le couple moteur. Comme indiqué au paragraphe précédent, l'équipement de régulation contrôle et commande la position du moyeu qui détermine l'orientation des voiles et la vitesse de rotation de l'éolienne en fonction de la puissance à fournir. Applications industrielles Les avantages de ce type d'éolienne sont la simplicité technique associée à une régulation de vitesse de rotation et de puissance, ainsi que le faible coût. Les utilisations potentielles concernent principalement les pays en voie de développement disposant de zones régulièrement ventées et dont les besoins en énergie sont importants par exemple pour le pompage de l'eau, l'entraînement des 30 moulins, la production locale d'électricité. 2876423 REVENDICATIONS 1 Eolienne à voiles avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent, mise en rotation par l'action motrice de voiles, et caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre de rotation (1) entraîné par un moyeu coulissant (2) portant des bras (3) perpendiculaires à l'arbre de rotation, régulièrement espacés et munis de voiles (4) tenues du côté du moyeu par des bômes (5) perpendiculaires aux bras et mobiles autour des bras, chaque bôme étant d'une part maintenue par un câble de retenue (6) attaché au bras opposé, et d'autre part tenue et orientée dans le vent par une barre de manoeuvre (7) dont l'extrémité opposée à la bôme est fixée sur l'arbre de rotation au point P. Un ressort de rappel (8) relie le moyeu coulissant au point P. Un vérin électrique (9) commandé par un équipement électronique de régulation positionne le moyeu par l'intermédiaire d'une butée à billes (10). 2 - Eolienne à voiles selon la revendication 1 caractérisée en ce que les bras (3) sont 15 mobiles autour du moyeu (2). 3 - Eolienne à voiles selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'équipement électronique de régulation est remplacé par un régulateur centrifuge.