Brevet FR3008743A1 — publié le 20150123

La présente invention concerne une éolienne comprenant un système à pales orientables. Il est connu d'utiliser des éoliennes pourvues de pales mobiles, notamment entre une position de fonctionnement et une position de repos. La position de repos correspond généralement à la position dans laquelle la prise au vent de l'éolienne est minimale. Cette possibilité est utilisée par exemple pour les éoliennes à axe vertical. Notamment il existe des systèmes de déplacement des pales. Toutefois ces systèmes ne donnent pas entièrement satisfaction. 10 En effet, la prise au vent peut rester significative même lorsque les pales sont en position de repos. De plus les bourrasques ou vents forts peuvent avoir un caractère imprévisible. Ceci pose la question de la rapidité de réaction du système pour déplacer les pales de la position de fonctionnement à la position de repos. 15 La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. A cet effet, la présente invention concerne une éolienne comprenant un système à pales orientables entre une position déployée et une position repliée, le système étant rapporté sur un axe central et étant libre en 20 rotation autour de l'axe central. Le système comprend une pluralité de pales présentant des formes complémentaires de portions d'une surface fermée en trois dimensions, de sorte que les pales forment ladite surface fermée lorsqu'elles sont disposées dans la position repliée, la surface fermée présente des interstices entre les 25 contours des pales dont la surface est inférieure à 20% de la surface fermée. Le système comprend en outre un support sur lequel sont rapportées les pales, chaque pale étant mobile autour d'un axe de pale entre la position déployée et la position repliée. Selon un aspect de l'invention, la surface des interstices entre les 30 contours des pales est inférieure à 15%, de préférence, inférieure à 10% et en particulier inférieure à 5%. Selon un aspect de l'invention, la surface fermée présente une section transversale à l'axe central croissante jusqu'à une dimension maximale, puis décroissante. 35 Selon un aspect de l'invention, la surface fermée est ellipsoïdale. Selon un autre aspect de l'invention, la surface est sphéroïdale. En position repliée les pales présentent une prise au vent minimale. La portance due à l'écoulement de l'air autour des pales est ainsi réduite par rapport celle qu'il y aurait en position déployée. En cas de vent violent par exemple, les efforts sur l'éolienne et les pales sont réduits en passant en position repliée. La forme de la surface fermée présente une bonne résistance par rapport aux vents violents, notamment turbulents, il est également possible de dimensionner les points d'accroche de l'éolienne sur le sol et des pales sur le support en conséquence. Selon un aspect de l'invention, l'axe central est vertical. Selon un autre aspect de l'invention, les axes des pales sont sensiblement verticaux. Selon un aspect de l'invention, chaque pale s'étend hélicoïdalement autour de l'axe central. Selon un aspect de l'invention, les pales sont de dimensions et de 15 formes identiques. Le profil hélicoïdal des pales permet de garder en permanence une surface d'accroche au vent lors de la rotation du système. L'effort généré par le vent sur le système est alors sensiblement continu au cours de la rotation autour de l'axe central. 20 Un vent transverse à la direction d'extension de l'axe central produit un effort sur les pales qui engendre d'une part une rotation du système autour de l'axe central et d'autre part une contrainte visant à déplacer les pales vers la position déployée. Selon un aspect de l'invention, l'éolienne comprend un dispositif de 25 liaison, le dispositif de liaison étant agencé pour contraindre les pales à présenter une orientation identique par rapport à l'axe central. Ainsi le déplacement d'une pale a pour conséquence le déplacement des autres pales de manière similaire par rapport à l'axe central. Selon un aspect de l'invention le dispositif de liaison comprend un 30 disque libre en rotation autour de l'axe central. Le dispositif de liaison comprend en outre, pour chaque pale, une bielle rapportée d'une part sur le disque et d'autre part sur ladite pale. L'orientation des pales identique par rapport à l'axe centrale assure un équilibre des efforts engendrés par le vent sur les pales en rotation. 35 Selon un aspect de l'invention, l'éolienne comprend au moins un organe de fermeture d'une pale, l'organe de fermeture étant agencé pour imposer à ladite pale une contrainte visant à la déplacer ou la maintenir en position repliée, l'intensité de ladite contrainte étant fonction de la vitesse de rotation du système autour de l'axe central. De préférence, plus la vitesse de rotation du système autour de 5 l'axe central est importante, plus l'intensité de la contrainte imposée par l'organe de fermeture est importante. Selon un aspect de l'invention, l'intensité de la contrainte imposée par l'organe de fermeture est nulle en dessous d'une valeur seuil de vitesse de rotation du système. 10 Lorsque l'éolienne est soumise à un vent transverse à la direction d'extension de l'axe central, les pales sont soumises à deux contraintes. D'une part, les pales sont soumises à une contrainte d'ouverture, vers la position déployée, par les efforts engendrés par le vent. L'intensité de cette contrainte est croissante avec la vitesse du vent. 15 D'autre part, les pales sont soumises à une contrainte de fermeture, vers la position repliée, par les efforts engendrés par l'organe ou les organes de fermeture. L'intensité de cette contrainte est croissante avec la vitesse de rotation du système. En Pratique, les pales se positionnent en une position intermédiaire 20 entre la position déployée et la position repliée. Cette disposition permet au système d'atteindre une vitesse de rotation autour de l'axe central comprise en 0 et 300 tours par minutes. Le risque de détérioration du système par une vitesse de rotation excessive est réduit car la fermeture partielle des pales engendre une 25 diminution de la vitesse de rotation. Selon un aspect de l'invention, l'organe de fermeture est rapporté sur ladite pale et ladite contrainte est engendrée par la force centrifuge de l'organe de fermeture lorsque le système est en rotation autour de l'axe central. Selon un aspect de l'invention, l'organe de fermeture comprend en 30 outre un ressort exerçant une force de traction sur ladite pale pour son déplacement vers la position repliée. Selon un aspect de l'invention, une portion de blocage agencée pour se déplacer solidairement à une pale, la portion de blocage entrant en butée contre un élément du support lorsque ladite pale est en position 35 déployée. La position déployée est définie par la butée de la portion de blocage contre l'élément du support. Selon un aspect de l'invention, la portion de blocage s'étend selon une direction transverse à la direction d'extension de l'axe central et 5 sensiblement vers l'axe central. De préférence, la portion de blocage est solidaire de l'organe de fermeture. Selon un aspect de l'invention, les interstices comprennent des fentes ménagées entre les pales lorsque les pales sont en position repliée. Cette disposition permet un entrainement en rotation du système 10 par le vent quand les pales sont en position repliée. En effet, les fentes autorisent une circulation d'air à l'intérieur de la surface fermée. Selon un aspect de l'invention, le système comprend un rotor et un stator pour la génération d'énergie électrique, le rotor et le stator étant compris à l'intérieur de la surface fermée. 15 Le positionnement du rotor et du stator à l'intérieur de la surface fermée permet une protection de ces éléments par rapport au vent et au milieu extérieur, notamment lorsque les pales sont en position repliée. Aussi, le positionnement du rotor au niveau des pales par rapport à la direction de l'axe central participe à l'inertie du système en rotation autour de 20 l'axe central. Cette disposition améliore les performances énergétiques de l'éolienne. Selon un aspect de l'invention, la liaison entre chaque pale et le support est assurée par un premier palier et un deuxième palier, les axes des paliers étant confondus avec l'axe de ladite pale. 25 La présence de deux paliers assure une bonne fixation de la pale au support. Selon un aspect de l'invention, le support comprend un bâti pourvu de deux disques entourant le rotor selon la direction d'extension de l'axe central, les premiers paliers étant ménagés dans un premier disque et les 30 seconds paliers étant ménagés dans un second disque. Cette disposition participe à la solidité et à la compacité du système. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la 35 description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette éolienne. Figure 1 est une vue en perspective d'une éolienne comprenant un 5 système à pales orientables, les pales étant en position déployée. Figure 2 est une vue en perspective de dessous de l'éolienne, les pales étant en position déployée. 10 Figure 3 est une vue de face de l'éolienne, les pales étant en position déployée. Figure 4 est une vue décalée de 30° de la vue de face de l'éolienne, les pales étant en position déployée. 15 Figure 5 est une vue décalée de 60° de la vue de face de l'éolienne, les pales étant en position déployée. Figure 6 est une vue de dessus de l'éolienne, les pales étant en 20 position déployée. Figure 7 est une vue de dessous de l'éolienne, les pales étant en position déployée. 25 Figure 8 est une vue de face de l'éolienne, les pales étant en une position intermédiaire entre la position déployée et une position repliée. Figure 9 est une vue de dessous de l'éolienne, les pales étant position intermédiaire. 30 Figure 10 est une vue de face de l'éolienne en position repliée. Figure 11 est une vue de dessus de l'éolienne en position repliée. 35 Figure 12 est une vue de dessous de l'éolienne en position repliée. Figure 13 et 14 sont des vues partielles en perspective du système à pales orientables. Comme illustré à la figure 1, une éolienne 1 comprend un pied 3 5 rapporté sur le sol 5 et un système 7 à pales 9 orientables. Le pied 3 et le sol 5 présentent un premier point d'accroche 11. Le pied 3 et le système 7 présentent un deuxième point d'accroche 13. Dans le mode de réalisation présenté, l'éolienne 1 combine les technologies Darrieus et Savonnius. Le sens de rotation de l'éolienne 1 est le 10 sens des aiguilles d'une montre. Le système 7 comprend un axe central 15 s'étendant selon la même direction et en prolongement du pied 3. Dans le mode de réalisation présenté, l'axe central 15 est vertical. Le système 7 comprend un support 17 et une pluralité de pales 9, 15 les pales 9 étant rapportées sur le support 17. Chaque pale 9 est mobile entre une position déployée et une position repliée. Les figures 1 à 7 présentent le système 7 avec les pales 9 en position déployée. Les figures 10 à 12 présentent le système 7 avec les pales 9 en position repliée. Enfin les figures 8, 9 et 13,14 présentent le système 7 avec 20 les pales 9 en une position intermédiaire entre la position déployée et la position repliée. Comme illustré aux figures 10 à 12, les pales 9 sont des portions de formes complémentaires d'une surface fermée tridimensionnelle, lorsque les pales 9 sont en position repliée. 25 Dans le mode de réalisation présenté, la surface fermée est un sphéroïde. On distingue également des interstices 19 entre les pales 9. La surface des interstices 19 représente environ 10% de la surface fermée. Ainsi en position repliée l'air peut pénétrer à l'intérieur du système 7 par les interstices 19. 30 Les pales 9 sont de formes et de dimensions identiques et s'étendent de manière hélicoïdale par rapport à l'axe central 15. Les interstices 19 entre chaque pale présentent une forme de fente 21 hélicoïdale. Comme illustré, par exemple aux figures 2, 13 et 14, le support 17 comprend un bâti 23 pourvu d'un premier disque 25 et d'un deuxième 35 disque 27 sur lequel sont rapportées les pales 9. Chaque pale 9 est rapportée sur le premier disque 25 au niveau d'un premier palier 29 et sur le deuxième disque 27 au niveau d'un deuxième palier 31. Pour chaque pale 9, le premier palier 29 et le deuxième palier 31 5 présentent un même axe de rotation, aussi appelé axe 33 de la pale 9. L'axe 33 de pale est sensiblement vertical : il est légèrement oblique pour permettre le passage de la position déployée à la position repliée. Comme illustré à la figure 13, le support 17 comprend un rotor 35 et un stator 37. Le rotor 35 et le stator 37 sont situés entre le premier disque 25 10 et le deuxième disque 27 par rapport à la direction d'extension de l'axe central 15. Le rotor 35 est solidaire en rotation au premier disque 25 et au deuxième disque 27. Comme illustré aux figures 2, 7 et 13, le système 7 comprend un dispositif de liaison 39 des pales 9 agencé pour conférer aux pales 9 une 15 orientation identique par rapport à l'axe central 15. Le dispositif de liaison 39 comprend un disque libre 41 en rotation par rapport au support 17, le disque libre 41 étant en rotation autour de l'axe central 15 comme illustré à la figure 13. Le dispositif de liaison 39 comprend également pour chaque pale 9 20 une bielle 43 assurant la liaison antre le disque libre 41 et ladite pale 9. Comme illustré aux figures 13 et 14, le système 7 comprend pour chaque pale 9 un organe de fermeture 45. L'organe de fermeture 45 est agencé pour imposer une contrainte de fermeture à ladite pale 9 lorsque le système 7 présente une vitesse de rotation élevée par rapport à l'axe 25 central 15. L'organe de fermeture 45 est rapporté sur la pale 9 et la fermeture est engendrée par la force centrifuge qu'il applique à la pale 9 lorsque le système 7 est en rotation autour de l'axe central 15. Ainsi plus le système 7 a une vitesse de rotation élevée, plus la contrainte de fermeture de la pale 9 sera 30 élevée. Selon une variante non représentée, l'organe de fermeture 45 peut en outre comprendre un ressort rapporté sur la pale 9 à une extrémité et sur le support 17 à une autre extrémité pour engendrer une contrainte de fermeture complémentaire. 35 Comme illustré à la figure 14, une portion de blocage 47 est rapportée sur chaque pale 9 et le support 17 comprend au moins un élément 49 sur lequel la portion de blocage 47 vient en butée lorsque les pales 9 sont en position déployée. Cette disposition définit la position déployée des pales 9. Ci-dessus, nous avons décrit les éléments compris dans 5 l'éolienne 1 et nous allons ci-dessous détailler son fonctionnement. Comme illustré à la figure 1, l'axe central 15 de l'éolienne 1 est vertical et l'éolienne 1 est destinée à fonctionner avec des vents sensiblement horizontaux provenant d'une direction précise ou avec des vents turbulents. Sous l'impulsion du vent le système 7 entre en rotation autour de 10 l'axe central 15 dans le sens des aiguilles d'une montre. Cet effet est permis par la forme des pales 9. Si les pales 9 sont en position repliée, le vent s'engouffre à l'intérieur du système 7 et permet rotation du système 7 autour de l'axe central 15. Ainsi le système 7 est apte à se déplacer en rotation sous l'effet du 15 vent autour de l'axe central 15 si les pales 9 sont en position repliée, déployée ou dans toute autre position intermédiaire. Plus la vitesse du vent est élevée plus l'effort subi par les pales 9 est important et plus les pales 9 sont contraintes à se déplacer vers la position déployée, la position déployée offrant une prise au vent importante. 20 Plus la vitesse de rotation du système 7 autour de l'axe central 15 est élevée, plus les organes de fermeture 45 imposent aux pales 9 une contrainte pour les fermer ou les approcher de la position repliée. Ainsi en pratique, les contraintes d'ouverture et de fermeture se combinent et les pales 9 se positionnent en une position intermédiaire entre la 25 position repliée et la position déployée. En effet, plus les pales se referment plus la vitesse de rotation du système autour de l'axe central diminue. Les avantages de l'éolienne 1 comprenant ce système 7 à pales 9 orientables sont multiples. Tout d'abord la présence du rotor 35 à l'intérieur de la surface 30 fermée a pour effet d'améliorer les performances énergétiques. Sa localisation à cette endroit engendre une inertie du support 17 ce qui favorise la rotation du système 7 autour de l'axe central 15. La présence du rotor 35 et du stator 37 à l'intérieur de la surface fermée permet également de protéger ces derniers contres les agressions 35 extérieures, notamment contre les bourrasques et les vents violents, puisque les pales 9 sont en position repliée dans ce cas. La forme des pales 9 joue également un rôle puisque leur forme arrondie et hélicoïdale assure une bonne accroche du vent quel que soit la direction de provenance du vent. Les efforts subis par les pales 9 sont continus et non saccadés. Il est également à noter que la compacité du système 7, comme illustré à la figure 1 est un avantage de l'invention puisque le système 7 est également apte à être fixé directement sur le sol 5 sans utilisation de pied 3. Cette compacité permet aussi un transport aisé du système 7. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme 10 d'exécution de cette éolienne, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS1. Eolienne (1) comprenant un système (7) à pales (9) orientables entre une position déployée et une position repliée, le système (7) étant 5 rapporté sur un axe central (15) et étant libre en rotation autour de l'axe central (15), le système (7) comprend : une pluralité de pales (9) présentant des formes complémentaires de portions d'une surface fermée en trois dimensions, de sorte que les pales (9) forment ladite surface 10 fermée lorsqu'elles sont disposées dans la position repliée, la surface fermée présente des interstices (19) entre les contours des pales (9) dont la surface est inférieure à 20% de la surface fermée, un support (17) sur lequel sont rapportées les pales (9), chaque 15 pale (9) étant mobile autour d'un axe (33) de pale (9) entre la position déployée et la position repliée. 2. Eolienne (1) selon la revendication 1, dans laquelle la surface fermée présente une section transversale à l'axe central (15) croissante jusqu'à 20 une dimension maximale, puis décroissante. 3. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la surface fermée est ellipsoïdale. 25 4. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque pale (9) s'étend hélicoïdalement autour de l'axe central (15). 5. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un dispositif de liaison (39), le dispositif de liaison (39) étant 30 agencé pour contraindre les pales (9) à présenter une orientation identique par rapport à l'axe central (15). 6. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un organe de fermeture (45) d'une pale (9), l'organe de 35 fermeture (45) étant agencé pour imposer à ladite pale (9) une contrainte visant à la déplacer ou la maintenir en position repliée, l'intensité de ladite contrainteétant fonction de la vitesse de rotation du système (7) autour de l'axe central (15). 7. Eolienne (1) selon la revendication 6, dans laquelle l'organe de 5 fermeture (45) est rapporté sur ladite pale (9) et ladite contrainte est engendrée par la force centrifuge de l'organe de fermeture (45) lorsque le système (7) est en rotation autour de l'axe central (15). 8. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, 10 comprenant une portion de blocage (47) agencée pour se déplacer solidairement à une pale (9), la portion de blocage (47) entrant en butée contre un élément (49) du support (17) lorsque ladite pale (9) est en position déployée. 15 9. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les interstices (19) comprennent des fentes (21) ménagées entre les pales (9) lorsque les pales (9) sont en position repliée. 10. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, dans 20 laquelle le système (7) comprend un rotor (35) et un stator (37) pour la génération d'énergie électrique, le rotor (35) et le stator (37) étant compris à l'intérieur de la surface fermée. 11. Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes, dans 25 laquelle la liaison entre chaque pale (9) et le support (17) est assurée par un premier palier (29) et un deuxième palier (31), les axes des paliers (29, 31) étant confondus avec l'axe (33) de ladite pale (9). 12. Eolienne (1) selon les revendications 10 et 11, dans laquelle le 30 support (17) comprend un bâti (23) pourvu de deux disques (25, 27) entourant le rotor (35) selon la direction d'extension de l'axe central (15), les premiers paliers (29) étant ménagés dans un premier disque (25) et les seconds paliers (31) étant ménagés dans un second disque (27).