Brevet FR2886353A1 — publié le 20061201

La présente invention concerne le domaine des machines éoliennes de production d'énergie motrice. Ces machines ont évolué successivement avec les technologies suivantes: A axe moteur vertical, de rendement médiocre (20 à 30% de la limite de Betz) parce que la poussée du vent sur la moitié de la rotation se trouve réduite par sa résistance sur l'autre moitié; A axe moteur horizontal, utilisant l'action de l'air sur des pales en hélice tournant dans un plan vertical perpendiculaire à la direction du vent. C'est le cas des aérogénérateurs actuels. Leur rendement s'élève à environ 85% de la limite de Betz, mais pour des machines de plus en plus gigantesques. Leur fonctionnement s'inscrit également dans une fourchette de vitesseslimites de vent: limite inférieure due à l'inertie des pales, et limite supérieure due à leur fragilité face à des vitesses trop élevées. D'autre part, toute la mécanique des grandes éoliennes se trouve à plus de 100 m de hauteur, ce qui ne facilite pas les interventions tant de montage que de maintenance. Le dispositif imaginé pour la présente invention reprend le système d'axe moteur vertical, en éliminant le défaut majeur mentionné plus haut, mais en conservant les avantages d'une sortie d'arbre moteur en partie basse et d'une orientation fixe: c'est le vent qui tourne, pas la machine. D'où un coût moindre pour une mécanique plus simple. Le principe mis en oeuvre étant de pouvoir exploiter une vitesse accrue du vent grâce à une disposition géométrique appropriée. Les dessins annexés illustrent l'invention: - les figures 1 et 2 représentent en coupe horizontale le dispositif de la machine; 20 - les figures 3 et 4 représentent en coupe verticale l'aménagement des parties haute, basse, et intermédiaire. L'invention se compose de deux parties principales: - une partie fixe ou stator (1) qui s'inscrit dans une forme de couronne circulaire comprenant une série de 12 ouies (2) délimitées par des parois verticales (3) reliées à chacune de leurs extrémités à une platine (4) en forme de couronne circulaire. Elles sont renforcées par des tympans intermédiaires horizontaux (5) s'opposant à la déformation de l'ensemble. Le nombre de ces tympans (5) est déterminé en fonction de la hauteur de la machine. Les parois (3) épousent horizontalement la courbure d'une lemniscate. Les ouies (2) exposées au vent canalisent celui-ci, en accroissant sa vitesse sans turbulences, vers la zone centrale où se situe l'élément mobile (6). Les ouies (2) situées sous le vent bénéficient d'un effet d'aspiration dû à la dépression engendrée dans cette zone et contribuent à une sortie plus rapide de l'air entré dans la machine, ce qui fournit un bonus énergétique. Le nombre d'ouies (2) peut être différent de 12, en plus ou en moins. La courbe des parois séparatives (3) peut être différente d'une lemniscate. - une partie mobile ou rotor (6), comprenant une série de 6 aubes verticales (7) réparties horizontalement en couronne circulaire et reliées à chacune de leurs extrémités à une platine circulaire (8). Elles sont renforcées par des tympans intermédiaires horizontaux (9) s'opposant à la déformation de l'ensemble. Le nombre de ces tympans (9) est déterminé en fonction de la hauteur de la machine. Ces aubes (7) épousent horizontalement la courbure d'une lemniscate. Elles reçoivent le vent en provenance du stator (1) à vitesse accrue et transforment l'énergie de celui-ci en propulsion rotative. Sur les platines (8) sont fixés un axe borgne (10) pour l'une et un axe moteur (11) pour l'autre. Ces axes (10) (11) tournent au sein de paliers (12) munis de roulements et solidaires de capots (13) fixés sur le stator (1). Le nombre des aubes (7) du rotor (6) peut être différent de 6, en plus ou en moins. La courbe horizontale des aubes (7) peut être différente d'une lemniscate. Les paliers (12) recevant les axes (10)(1 1) de rotation peuvent être à suspension magnétique pour permettre une libre rotation sans frottements. L'assemblage de ces éléments constitutifs doit permettre un démontage aisé afin d'en faciliter la maintenance ou le remplacement. Sur la figure 1 des dessins, l'orientation des parois (3) des ouies (2) du stator (1) et des aubes (7) du rotor (6) est telle que la rotation de ce dernier s'effectue dans le sens horaire. Selon les besoins, il est possible d'obtenir un sens inverse de rotation en disposant tous ces constituants de manière symétrique telle que représentée sur la figure 2. Sur la figure 3, la position de l'axe moteur (11) est située en partie basse de la machine. Selon les besoins, il est possible de placer cet axe moteur (Il) en partie haute tel que représenté 20 sur la figure 4. Le vent pris en compte dans la description du fonctionnement du dispositif est constitué de molécules d'air. Selon l'utilisation de l'invention, tout autre gaz peut être admis sous réserve de compatibilité entre celui-ci et la nature des matériaux utilisés. Les applications de l'invention sont diverses: en installations fixes ou mobiles, terrestres, 25 nautiques ou spatiales. Installations fixes (sur bâtiments ou au sol) - Fermes, moulins, maisons isolées; - Parcs éoliens sur terrains vacants propices, aéroports, bordures d'autoroutes (hors forêts et zones urbaines), bords de mer (à terre ou offshore); - D'une manière générale, partout où peuvent être utilisés les aéromoteurs actuels, plus les zones à vents turbulents, puisque la machine ne nécessite pas d'orientation particulière. Installations mobiles (sur véhicules terrestres ou nautiques) -Véhicules terrestres: - Vélos, scooters, voitures légères électriques, pour un accroissement de leur autonomie; - Véhicules nautiques: - Bateaux de plaisance, pour assurer tout ou partie des besoins d'énergie électrique du bord; - Bateaux de plaisance à propulsion électrique, pour la fourniture de tout ou partie des besoins 5 en électricité (à développer); - Bateaux de travail (pêche ou transport), pour la fourniture de tout ou partie des besoins en énergie motrice, permettant d'allèger la consommation de carburant. Applications spatiales Utilisation de l'énergie des vents existant à la surface de certaines planètes pour alimenter en électricité des modules ou stations d'observations scientifiques, sous réserve d'adapter les matériaux et la résistance de la machine à la nature des gaz de ces vents et à leur vitesse (à développer). REVENDICATIONS 1 - Dispositif à axe vertical de transformation de l'énergie du vent en force motrice rotative, caractérisé par deux éléments principaux: - Un élément fixe, dénommé stator (1), comportant une pluralité d'ouies (2) réparties horizontalement en couronne circulaire et délimitées par des parois verticales (3) reliées à chacune de leurs extrémités à une platine (4) en forme de couronne circulaire. Elles sont renforcées par des tympans intermédiaires horizontaux (5) s'opposant à la déformation de l'ensemble, le nombre de ces tympans (5) étant déterminé en fonction de la hauteur de la machine. Les ouies (2) exposées au vent canalisent celui- ci, en accroissant sa vitesse, vers la zone centrale où se situe l'élément mobile (6). - Un élément mobile, dénommé rotor (6), comportant une pluralité d'aubes verticales (7) réparties horizontalement en couronne circulaire et reliées à chacune de leurs extrémités à une platine circulaire (8). Elles sont renforcées par des tympans intermédiaires horizontaux (9) s'opposant à la déformation de l'ensemble, le nombre de ces tympans (9) étant déterminé en fonction de la hauteur de la machine. Elles reçoivent le vent en provenance du stator (1), à une vitesse accrue, qui imprime au rotor (6) une rotation transmettant l'énergie selon la verticale à un axe moteur (Il) situé en partie basse ou en partie haute du dispositif. Les pièces constituant l'axe borgne de rotation (10) et l'axe moteur (11) sont situées à chaque extrémité du rotor (6) sur les platines (8) et tournent au sein de paliers (12) solidaires de capots (13) fixés sur le stator (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paliers (12) assurant la rotation de l'axe borgne (10) et de l'axe moteur (Il) sont munis de roulements. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paliers (12) assurent la libre rotation sans frottements de l'axe borgne (10) et de l'axe moteur (Il) par suspension magnétique. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le nombre d'ouies (2) du stator (1) est préférentiellement égal à 12. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la courbe horizontale des parois verticales séparatives (3) des ouies (2) du stator (1) prend préférentiellement la forme d'une lemniscate. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le nombre d'aubes (7) du rotor (6) est préférentiellement égal à 6. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la courbe horizontale des aubes (7) du rotor (6) prend préférentiellement la forme d'une lemniscate. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le sens giratoire du rotor (6), déterminé par l'orientation de ses aubes (7) et des ouies (2) du stator (1), peut être inversé par une disposition symétrique de l'orientation de ces dernières, adoptée lors de la construction. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la nature des matériaux composant les éléments de l'invention soit compatible avec un gaz différent de l'air.