Brevet FR2926609A1 — publié le 20090724

La présente invention concerne un nouveau type de rotor a voiles automatiquement enroulables destiné à équiper un aérogénérateur de puissance moyenne ( de l'ordre de quelques dizaines de Kilo-Watts). Les aérogénérateurs actuels présentent plusieurs inconvénients ... Leur coefficient d'utilisation, égal au nombre d'heures de pleine production divisé par le nombre d'heures annuel, est assez faible, de l'ordre de 30%. Cela principalement parce que leur vitesse de démarrage est assez élevée, ce qui ne leur permet pas d'exploiter les vents faibles. L'adjonction éventuelle d'un démarreur ne pallie que très partiellement à ce problème . La vitesse nominale du vent pour ces machines est de l'ordre de 12m/s. Au delà, le rotor doit être freiné : cela entraîne perte d'énergie et usure des matériaux. Leur gigantisme... pour capter des quantités significatives d'énergie, les machines actuelles sont de plus en plus grandes, avec ce que cela entraîne : énormes investissements, coûts d'entretien très élevés, non développement de l'emploi local. Leur caractère fortement industriel limite leurs implantations à des sites en nombre très limité ( régions très ventées et plus ou moins désertes), ce qui est un frein à leur développement . Ils ont une grande irrégularité de production. Pour les installations de forte puissance, cela donne de gros soucis aux gestionnaires de réseaux ( EDF, sociétés danoises Eltra et Elsam...). Pour les installations de faible puissance ( particuliers, agriculteurs, petites structures...), il est nécessaire de disposer de sources d'énergie d'appoint ( panneaux photo-voltaïques, groupe électrogène ), ou même de conserver leur source principale (réseau EDF). L'investissement est donc peu rentable, sauf dans les régions isolées. Cela explique aussi le fait que les éoliennes sont pour la plupart encore et toujours des éoliennes, c'est à dire des pompes à eau. Ils créent une pollution visuelle: il faut profondément revoir la nature, l'aspect et l'intégration de ces machines, de façon à ce que leur présence puisse humainement non seulement être acceptée, mais souhaitée. Le principe de la présente invention est de faire varier dans un large rapport la surface des � pales � du rotor. Pour cela, les pales ne seront pas rigides : ce seront des voiles enroulables. Pour les vents faibles, les voiles seront complètement déployées, jusqu'à atteindre une surface égale à celle du cercle décrit : le couple fourni sera alors suffisamment important pour permettre le démarrage. Pour les vents forts, la toile sera enroulée autour d'un mât rotatif (tambour), de façon à réduire la puissance captée. Ce nouveau type de moulin à vent comportera un contrôle automatique de couple d'entraînement du rotor, pour une vitesse de rotation lente et quasi constante. Avec un seuil bas de vitesse de vent réduit à quelques mètres par secondes ( moins de 3m/s, force 1 de l'échelle de Beaufort), et un seuil haut analogue à celui des appareils actuels ( 25 m/s, force 9 ), le coefficient d'utilisation tendra vers 80%. Les courtes périodes d'arrêt, qui sont les plus fréquentes, pourront être gérées grâce à un système de stockage ( batteries). Les périodes d'arrêt longues seront traitées par un système d'appoint ponctuel : un groupe électrogène par exemple. Il ne sera plus nécessaire de conserver une source d'énergie principale. L'utilisation des voiles permettra un gain important de poids. A puissance égale, la légèreté des structures permettra une nette réduction du coût de fabrication. L'installation et la maintenance seront également facilitées, et pourront être effectuées par une main d'oeuvre locale ( petites entreprises, artisans). La forme et le comportement de la machine seront le fruit d'une recherche esthétique. Ainsi, bien que faisant appel aux technologies les plus modernes, ces moulins rappelleront l'époque où la France était parée de milliers de moulins . Pour des puissances de 10 à 100KW, les clients potentiels sont les entreprises, les agriculteurs, les hameaux isolés, les particuliers . Les pays en développement pourraient aussi être intéressés. Les dessins annexés illustrent l'invention. Toutes les 35 technologies nécessaires à ces assemblages existent déjà. Les parties évoquées sont visibles sur les schémas joints (figures 1,2,3). Le rotor, objet de l'invention, est doté, le long de son axe horizontal et en partant de sa pointe située du côté d'où vient le vent, d'un mât colinéaire avec l'axe(l) d'un premier cylindre(2) sur lequel sont disposés radialement 4 axes rotatifs (3) entraînés par un système motorisé et d'un second cylindre (4) sur lequel sont disposés 8 mâts rayonnants(5,6), espacés d'un angle de 45 degrés. La roue du rotor comporte une alternance de mâts cintrés(5) de façon à ce que leur pointes se situent décalées vers l'avant d'une distance (flèche) égale au cinquième de leur longueur, et de mâts droits (6), ceux-ci ayant une longueur supérieure d'un huitième à celle des mâts cintrés. De façon à éviter que sous la force du vent ces mâts soient pliés en arrière, chaque mât de la roue est maintenu par un étai (7) fixé entre sa pointe et la pointe du mât colinéaire avec l'axe du rotor. D'autres étais(8) maintiendront également l'angle entre chacun des mâts de la roue. Quatre ou huit (cas de la variante à 8 voiles) voiles souples (9) ayant approximativement la forme d'un triangle rectangle équiperont la roue. Pour chacune, leur plus grand côté sera fixé tout au long d'un tambour rotatif (10) monté entre la pointe de chaque mât cintré et un axe motorisé situé en vis-à-vis sur le cylindre(2) au pied du même mât, avec son angle le plus aigu du côté de l'axe du rotor et son angle droit à la pointe du mât . Un cordage appelé écoute(11) sera fixé sur un oeillet situé à l'angle le moins aigu de chaque voile et permettra de la tendre . Pour cela, il passera d'abord par une poulie(12) fixée à la pointe du mât droit voisin , puis par une poulie(13) fixée au pied du même mât, puis sera enroulé sur le pied du tambour . Les tambours sont entraînés en rotation par les axes motorisés(3) montés sur le premier cylindre(2), ce qui entraîne pour un sens de rotation, l'enroulement de la voile et le déroulement de l'écoute, et pour l'autre sens, le déroulement de la voile et l'enroulement de l'écoute. Le diamètre du tambour étant constant, la poulie située en tête du mât droit devra se situer dans le prolongement du plus petit côté du triangle de chaque voile. Ainsi enroulement de la voile et déroulement de l'écoute se feront de façon égale, permettant une tension constante de la voile. Les axes motorisés pourront être des sorties de moto-réducteurs, lesquels seront alimentés électriquement à travers un conduit situé dans l'axe creux du rotor, et débouchant dans la nacelle sur deux disques nus ( collecteurs) qui prennent le courant à travers des balais ( solution classique). Dans le cas de la variante à 8 voiles, qui permet d'obtenir une surface de captation presque égale à celle du cercle décrit, il y aura doublement du nombre des axes rotatifs motorisés, et doublement du nombre de mâts qui seront associés par paires (mât cintré et mât droit), le tout disposé radialement avec un espacement de 45 degrés. Les voiles(9), mâts(1,5,6), haubans(7), accastillage(12,13) seront de type marine, quasiment les mêmes que celles des voiliers actuels. Ces matériels sont très robustes et facilement remplaçables. Les autres parties qui complètent le rotor pour constituer un aérogénérateur complet sont la nacelle et les bâtis. La nacelle pivotante contient des liaisons mécaniques, un accélérateur de vitesse pour la génératrice, un anémomètre, un système de contrôle et de télécommande, un stockage partiel de l'énergie captée, et un gouvernail. La structure portante ( tour ou bâti) comporte éventuellement des moyens d'accès à toutes les parties : échelles, plate-forme, mains courantes et marchepieds. La structure au sol comprend un stockage d'énergie et des raccordements à un réseau local ou public. Figures jointes : - fig 1 : rotor a voiles (variante a 8 voiles vue de face) ; - fig 2 : rotor sans les voiles vu de profil ; - fig 3 : situation du rotor sur le moulin a voiles (en perspective) . REVENDICATIONS 1) Dispositif pour capter l'énergie éolienne caractérisé en ce que son rotor est doté, le long de son axe horizontal et en partant de son avant située du côté d'où vient le vent, d'un mât(1) colinéaire avec l'axe d'un premier cylindre(2) sur lequel sont disposés radialement 4 tambours rotatifs(10) supportant 4 voiles(9) et d'un second cylindre(4) sur lequel sont disposés un ensemble de 4 mâts cintrés(5) équirépartis et un second ensemble de 4 mâts droits équirépartis décalé de 45 degrés par rapport au premier ensemble . 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 4 mâts du premier ensemble(5) sont cintrés de façon à ce que leurs pointes soient décalées vers l'avant d'un cinquième de leur longueur, et les 4 mâts du second ensemble(6) sont droits et ont une longueur supérieure d'un huitième à celle des mâts cintrés. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 4 tambours rotatifs(10) ont leur sommet fixé à la pointe de chaque mât cintré(5), et leur base fixée sur un axe motorisé (3) situé sur le premier cylindre(2), à l'aplomb de la pointe du même mât. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 4 voiles ont approximativement la forme d'un triangle rectangle, dont l'un des petits côtés est fixé le long du tambour(10) et 1' autre petit côté est tendu entre le sommet du tambour et la pointe du mât droit adjacent. 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que à chaque angle aigu qui n'est pas celui fixé au tambour, est fixé un cordage appelé écoute(11), lequel cordage passe par une poulie(12) fixée à la pointe d'un des mâts droits(6), puis par une autre poulie (13) fixée près du pied du même mât droit, et a son extrémité fixée sur le tambour(10) supportant la voile de façon à ce que lorsque la voile s'enroule, le cordage se déroule. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le cordage d'écoute(11) est orienté, sur sa section entre l'angle de la voile et la pointe du mât droit(6), selon un axe sensiblement perpendiculaire au tambour de façon à ce que , quel que soit l'état de l'enroulement, la voile soit tendue de façon constante. 7)Variante du dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que 8 voiles pourront être montées au lieu de 4, et pour cela il y aura doublement du nombre des axes motorisés, et doublement du nombre de mâts. Il y en aura donc 16 au total, qui seront associés par paires constituées d'un mât cintré(5) et d'un mât droit(6) dont les pieds seront joints , chaque paire étant disposée radialement avec un espacement de 45 degrés.