Brevet FR2977917A1 — publié le 20130118

i La présente invention concerne une éolienne, dite à axe vertical, du type se présentant sous forme d'une colonne dont le fût est équipé d'une turbine formée de pales montées à rotation autour d'un axe dit vertical. Il existe deux types d'éolienne, à savoir des éoliennes à axe vertical et des éoliennes à axe horizontal. Les éoliennes à axe vertical présentent l'avantage d'être généralement moins bruyantes que les éoliennes à axe horizontal. io Concernant ces éoliennes, on est aujourd'hui à la recherche de solutions permettant d'augmenter la puissance et le rendement de ces éoliennes. Un but de la présente invention est donc de proposer une conception d'éoliennes permettant, à faible coût, d'augmenter la puissance et le rendement 15 de ladite éolienne. A cet effet, l'invention a pour objet une éolienne, dite à axe vertical, du type se présentant sous forme d'une colonne dont le fût est équipé d'une turbine formée de pales montées à rotation autour d'un axe dit vertical, 20 caractérisée en ce que ladite éolienne comporte en outre : - des moyens d'indication de la direction du vent, tels qu'une girouette, - une enveloppe de la turbine affectant la forme d'une tourelle entourant de manière coaxiale ladite turbine, ladite tourelle comportant au moins deux ouvertures sensiblement diamétralement opposées aptes à former l'une une 25 entrée d'air, l'autre une sortie d'air, cette tourelle étant une tourelle rotative équipée de moyens d'entraînement en rotation autour de l'axe de rotation de la turbine, et - des moyens de pilotage des moyens d'entraînement en rotation de la tourelle en fonction de données fournies par les moyens d'indication de la direction du 30 vent pour une orientation de l'entrée d'air de la tourelle en fonction de la direction du vent. 30 Grâce à la présence de la tourelle à fonction de déflecteur et des moyens pilotés d'entraînement en rotation de la tourelle en fonction de la direction du vent, l'entrée d'air de la tourelle, orientée en fonction de la direction du vent, est positionnée de préférence face au vent pour permettre une admission d'air maximale à l'intérieur de l'enveloppe formée par ladite tourelle. De préférence, l'ouverture d'entrée d'air de la tourelle est équipée d'un guide d'entrée d'air. io La présence de ce guide d'entrée accroît la canalisation de l'air en direction des pales de la turbine. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le guide d'entrée d'air est formé de deux volets disposés à l'extérieur du périmètre circulaire délimité par 15 la tourelle, lesdits volets étant à allure convergente en direction de l'ouverture d'entrée d'air de la tourelle, chaque volet équipant l'un des deux bords de l'ouverture d'entrée d'air qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la tourelle. 20 Dans une première variante de réalisation de l'invention, chaque volet du guide d'entrée d'air est relié à la tourelle par une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe de rotation de la tourelle pour un déplacement dudit volet entre une position de fermeture au moins partielle de l'ouverture d'entrée d'air et une position d'ouverture au moins partielle de ladite ouverture d'entrée d'air. 25 L'éolienne comporte un anémomètre et chaque volet pivotant est équipé de moyens moteurs d'entraînement en déplacement à pivotement et de moyens de pilotage desdits moyens d'entraînement en déplacement à pivotement en fonction de données fournies par ledit anémomètre. Dans une deuxième variante de l'invention, les volets sont montés fixes sur la tourelle. 25 De préférence, les moyens d'entraînement en rotation de la tourelle comprennent une couronne à crémaillère stationnaire disposée au niveau de la base de la colonne et au moins un pignon moteur rotatif porté par la tourelle et en prise permanente avec la crémaillère de la couronne à crémaillère. Il en résulte un déplacement angulaire précis de la tourelle et une résistance mécanique élevée des moyens d'entraînement en déplacement de la tourelle. io Pour faciliter le déplacement de la tourelle, la tourelle est équipée à sa base d'organes de roulement disposés en appui roulant sur un chemin de roulement stationnaire ménagé, de préférence, sensiblement au niveau de la couronne à crémaillère. 15 Généralement, les moyens de pilotage des moyens d'entraînement en rotation de la tourelle sont formés par une unité de traitement électronique et/ou informatique apte à recevoir des données d'entrée fournies par les moyens de détection de la direction du vent et à émettre un signal de commande des moyens d'entraînement en rotation de la tourelle en fonction desdites données 20 d'entrée. Les moyens de détection de la direction du vent comprennent une girouette apte à adresser un signal numérique à l'unité de traitement électronique et/ou informatique en fonction de la direction du vent. De préférence, les pales de la turbine sont des pales modulaires formées chacune d'au moins deux éléments de pale superposés pour faire varier à volonté la surface active desdites pales. 3o L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 25 La figure 1 représente une vue schématique en perspective d'ensemble d'une éolienne conforme à l'invention, l'enveloppe ayant été représentée transparente ; La figure 2 représente une vue de dessus de la figure 1. Comme mentionné ci-dessus, l'éolienne 1, objet de l'invention, se présente sous forme d'une colonne comportant une base et un fût surmontant la base. Le fût de la colonne est équipé d'une turbine 2 formée de pales 3 montées à rotation autour d'un axe XX' vertical. Les pales, ici au nombre de cinq, sont montées à disposition rayonnante autour d'un arbre porteur desdites pales. Cet arbre s'étend le long de l'axe XX' vertical. Arbre et pales forment un ensemble solidaire en rotation. En effet, chaque pale est fixée par soudage, rivetage ou autre à l'arbre. Chaque pale présente un profil de préférence concave. De manière traditionnelle, l'arbre auquel les pales sont fixées transmet son mouvement de rotation, généré à l'aide des pales sous l'effet du vent, à une génératrice logée, de préférence, dans la base de la colonne, et non représentée aux figures. La génératrice permet la production d'un courant redistribué en fonction des besoins. Dans les exemples représentés, les pales 3 de la turbine 2 sont des pales modulaires formées chacune d'au moins deux éléments 3A, 3B, ..., 3N de pale superposés pour faire varier à volonté la surface active desdites pales 3. Il est ainsi aisé de faire varier le nombre d'éléments par pale pour réduire ou augmenter l'aire de chacune des pales en fonction de ce qui est souhaité. Outre la turbine 2, l'éolienne 1 comporte encore des moyens 4 d'indication de 30 la direction du vent et une enveloppe 5 de la turbine 2. Cette enveloppe 5, qui affecte la forme d'une tourelle, est organisée autour d'un axe XX' commun à l'axe de rotation de la turbine 2. La tourelle 5 entoure donc de manière coaxiale i0 ladite turbine 2. Cette tourelle 5, de préférence en métal, affecte la forme d'un cylindre fendu longitudinalement sur toute sa hauteur en un premier emplacement, et sur une partie de sa hauteur, en un deuxième emplacement diamétralement opposé au premier emplacement. L'interruption du cylindre sur toute sa hauteur forme une première ouverture de l'enveloppe appelée ouverture 6 d'entrée d'air de la tourelle 5. L'interruption du cylindre sur une partie de sa hauteur forme une deuxième ouverture de l'enveloppe appelée ouverture 7 de sortie d'air de la tourelle 5. L'air est donc apte à entrer à l'intérieur de l'enveloppe formée par la tourelle 15 par l'ouverture 6 d'entrée d'air et à sortir de cette enveloppe par l'ouverture 7 de sortie d'air. Pour permettre une telle circulation, la tourelle 5 est une tourelle rotative équipée de moyens 8 pilotés d'entraînement en rotation autour de l'axe XX' de 20 rotation de la turbine. A cet effet, l'installation comporte des moyens 9 de pilotage des moyens 8 d'entraînement en rotation de la tourelle 5 en fonction de données fournies par les moyens 4 d'indication de la direction du vent. Dans les exemples représentés, les moyens 8 d'entraînement en rotation de la 25 tourelle 5 comprennent une couronne 8A à crémaillère stationnaire disposée au niveau de la base de la colonne et au moins un pignon 8B moteur rotatif porté par la tourelle 5 et en prise permanente avec la crémaillère de la couronne 8A à crémaillère. 30 La base de la colonne se présente sous forme d'un corps creux de type caisson à l'intérieur duquel est disposé la génératrice en prise avec l'extrémité inférieure de l'arbre porte-pales de la turbine. La face supérieure de ce caisson 5 porte la couronne à crémaillère, les crans de la crémaillère étant disposés sur le pourtour extérieur de ladite couronne. Le pignon 8B, porté par la tourelle 5, est disposé à l'extérieur de l'enveloppe cylindrique formée par la tourelle. Ce pignon 8B est entraîné en rotation par un moteur. Ce pignon d'axe de rotation parallèle à l'axe XX' de rotation de la tourelle tangente la couronne et vient en prise avec les crans de crémaillère de ladite couronne. io Le moteur d'entraînement en rotation du pignon 8B est un moteur pas à pas. La rotation du pignon génère le déplacement du pignon autour de la couronne et l'entraînement en rotation de la tourelle autour de son axe XX'. Pour faciliter le déplacement à rotation de la tourelle, cette dernière est 15 équipée, à sa base, d'organes 13 de roulement disposés en appui sur un chemin de roulement stationnaire ménagé, de préférence, sensiblement au niveau de la couronne 8A à crémaillère. En l'occurrence, le chemin de roulement est formé, ici, par un rebord 20 périphérique intérieur de la couronne à crémaillère. Les organes de roulement sont au nombre de trois et sont répartis circonférentiellement autour de ladite tourelle 5. Pour déterminer la course de déplacement de la tourelle 5, l'éolienne 1 25 comprend des moyens 9 de pilotage des moyens 8 d'entraînement en rotation de la tourelle 5. Ces moyens 9 de pilotage sont formés par une unité de traitement électronique et/ou informatique apte à recevoir des données d'entrée fournies par les moyens 4 de détection de la direction du vent et à émettre un signal de commande des moyens 8 d'entraînement en rotation de la 30 tourelle en fonction desdites données d'entrée. Les moyens 4 de détection de la direction du vent comprennent une girouette apte à adresser un signal numérique à l'unité de traitement électronique et/ou informatique en fonction de la direction du vent. Généralement, le pilotage est opéré pour maintenir de manière permanente 5 l'ouverture 6 d'entrée d'air de la tourelle 5 face au vent. L'unité de traitement électronique et/ou informatique, telle que mentionnée ci-dessus, peut être formée par un microprocesseur ou une carte électronique. Lorsqu'il est précisé que l'unité est apte à réaliser une opération donnée telle io que la réception de données d'entrée fournies par les moyens 4 de détection de la direction du vent, cela signifie que ladite unité comprend des instructions, de préférence informatiques, permettant de réaliser ladite opération. L'éolienne comprend encore, au niveau de l'ouverture 6 d'entrée d'air de la 15 tourelle 5, un guide 10 d'entrée d'air. Le guide 10 d'entrée d'air est formé de deux volets 10A, 10B disposés à l'extérieur du périmètre circulaire délimité par la tourelle 5, lesdits volets 10A, 10B étant à allure convergente en direction de l'ouverture 6 d'entrée d'air de la 20 tourelle, chaque volet 10A, 10B équipant l'un des deux bords 6A, 6B de l'ouverture 6 d'entrée d'air qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la tourelle 5. Chaque volet 10A, 10B du guide 10 d'entrée d'air est relié à la tourelle 5 par 25 une liaison 11 pivot d'axe parallèle à l'axe de rotation de la tourelle 5 pour un déplacement dudit volet 10A, 10B entre une position de fermeture au moins partielle de l'ouverture 6 d'entrée d'air et une position d'ouverture au moins partielle de ladite ouverture 6 d'entrée d'air. 30 L'éolienne comporte un anémomètre 14 et chaque volet 10A, 10B pivotant est équipé de moyens moteurs d'entraînement en déplacement à pivotement et de moyens de pilotage desdits moyens d'entraînement en déplacement à pivotement en fonction de données fournies par ledit anémomètre 14. Il en résulte une optimisation de la circulation d'air à l'intérieur de l'éolienne. Les moyens de pilotage des moyens d'entraînement en déplacement à pivotement des volets sont formés à nouveau par une unité de traitement électronique et/ou informatique apte à recevoir des données d'entrée fournies par l'anémomètre et à émettre un signal de commande des moyens d'entraînement à pivotement des volets en fonction desdites données d'entrée. i0 Cette unité peut être commune ou distincte de celle des moyens d'entraînement en rotation de la tourelle. Le sommet de la colonne formée par l'éolienne est équipé d'une coiffe 12. 15 Cette coiffe 12 vient fermer au moins partiellement l'extrémité supérieure de la tourelle et protège la turbine contre les intempéries. Le fonctionnement d'une telle éolienne est le suivant : 20 L'anémomètre envoie, aux moyens de pilotage des moyens d'entraînement en déplacement à pivotement des volets, un signal généralement analogique fonction de la vitesse du vent. En parallèle, la girouette envoie, aux moyens de pilotage des moyens 25 d'entraînement en déplacement à rotation de la tourelle, un signal généralement numérique fonction de la direction du vent. Ces signaux sont traités pour déplacer à rotation la tourelle par le biais du moteur pas à pas du pignon 8B et positionner de préférence l'ouverture 6 30 d'entrée d'air de la tourelle face au vent et déplacer les volets pour dégager plus ou moins ladite ouverture 6 d'entrée d'air en fonction de la vitesse du vent. REVENDICATIONS1. Eolienne (1), dite à axe vertical, du type se présentant sous forme d'une colonne dont le fût est équipé d'une turbine (2) formée de pales (3) montées à 5 rotation autour d'un axe (XX') dit vertical, caractérisée en ce que ladite éolienne (1) comporte en outre : - des moyens (4) d'indication de la direction du vent, tels qu'une girouette, - une enveloppe (5) de la turbine (2) affectant la forme d'une tourelle (5) entourant de manière coaxiale ladite turbine (2), ladite tourelle (5) comportant io au moins deux ouvertures (6, 7) sensiblement diamétralement opposées aptes à former l'une (6) une entrée (6) d'air, l'autre (7) une sortie (7) d'air, cette tourelle (5) étant une tourelle rotative équipée de moyens (8) d'entraînement en rotation autour de l'axe (XX') de rotation de la turbine (2), et - des moyens (9) de pilotage des moyens (8) d'entraînement en rotation de la 15 tourelle (5) en fonction de données fournies par les moyens (4) d'indication de la direction du vent pour une orientation de l'entrée (7) d'air de la tourelle (5) en fonction de la direction du vent. 2. Eolienne (1) selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que l'ouverture (6) d'entrée d'air de la tourelle (5) est équipée d'un guide (10) d'entrée d'air. 3. Eolienne (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le guide (10) d'entrée d'air est formé de deux volets 25 (10A, 10B) disposés à l'extérieur du périmètre circulaire délimité par la tourelle (5), lesdits volets (10A, 10B) étant à allure convergente en direction de l'ouverture (6) d'entrée d'air de la tourelle, chaque volet (10A, 10B) équipant l'un des deux bords (6A, 6B) de l'ouverture (6) d'entrée d'air qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la tourelle (5). 30 4. Eolienne (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque volet (10A, 10B) du guide (10) d'entrée d'air est 9i0 relié à la tourelle (5) par une liaison (11) pivot d'axe parallèle à l'axe de rotation de la tourelle (5) pour un déplacement dudit volet (10A, 10B) entre une position de fermeture au moins partielle de l'ouverture (6) d'entrée d'air et une position d'ouverture au moins partielle de ladite ouverture (6) d'entrée d'air. 5. Eolienne (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'éolienne comporte un anémomètre (14) et en ce que chaque volet (10A, 10B) pivotant est équipé de moyens moteurs d'entraînement en déplacement à pivotement et de moyens de pilotage desdits io moyens d'entraînement en déplacement à pivotement en fonction de données fournies par ledit anémomètre (14). 6. Eolienne (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens (8) d'entraînement en rotation de la tourelle 15 (5) comprennent une couronne (8A) à crémaillère stationnaire disposée au niveau de la base de la colonne et au moins un pignon (8B) moteur rotatif porté par la tourelle (5) et en prise permanente avec la crémaillère de la couronne (8A) à crémaillère. 20 7. Eolienne selon la revendication 6, caractérisée en ce que la tourelle (5) est équipée à sa base d'organes (13) de roulement disposés en appui roulant sur un chemin de roulement stationnaire ménagé, de préférence, sensiblement au niveau de la couronne (8A) à crémaillère. 25 8. Eolienne (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens (9) de pilotage des moyens (8) d'entraînement en rotation de la tourelle (5) sont formés par une unité de traitement électronique et/ou informatique apte à recevoir des données 30 d'entrée fournies par les moyens (4) de détection de la direction du vent et à émettre un signal de commande des moyens (8) d'entraînement en rotation de la tourelle en fonction desdites données d'entrée. 2977917 Il 9. Eolienne (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens (4) de détection de la direction du vent comprennent une girouette apte à adresser un signal numérique à l'unité de 5 traitement électronique et/ou informatique en fonction de la direction du vent. 10. Eolienne (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les pales (3) de la turbine (2) sont des pales modulaires formées chacune d'au moins deux éléments (3A, 3B, ..., 3N) de pale io superposés pour faire varier à volonté la surface active desdites pales (3).