Brevet FR3035555A1 — publié le 20161028

ROTOR EOLIEN A ASSISTANCE MECANIQUE PERMETTANT DE GENERER DE L'ENERGIE ELECTRIQUE LORSQU'IL N'Y A PAS DE VENT ET SON PUPITRE DE CONTROLE ET DE GESTION DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne une amélioration technique sous la forme d'un rotor éolien, assisté mécaniquement au moyen d'un ou plusieurs moteurs électriques, permettant de générer de l'énergie électrique, même lorsqu'il n'y a pas de vent et d'un pupitre de contrôle permettant de gérer le besoin énergétique d'un local à usage domestique ou professionnel, tel qu'une maison d'habitation. ARRIEREPLAN TECHNOLOGIQUE On connait dans l'arrièreplan technologique, une multitude d'installation terrestre ou maritime, appelé éolienne et comportant un rotor qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, le plus souvent cette énergie est ellemême transformée en énergie électrique puis raccordée au réseau d'acheminement ou directement sur l'installation électrique d'un local à usage domestique ou professionnel. Les éoliennes produisant de l'électricité sont appelées aérogénérateurs et se composent généralement de quatre parties principales, 20_ la fondation, qui permet de fixer l'ensemble de la structure, le mât, la nacelle, fixée au sommet du mât, qui contient la génératrice et le rotor supportant les pales, en général au nombre de trois afin d'optimiser le rendement et dont l'axe de rotation correspond au centre de la nacelle et pour les éoliennes dites professionnelles, un moteur électrique permet d'orienter la partie supérieure 25 afin qu'elle soit toujours face au vent, les pales permettent de transformer l'énergie cinétique (énergie que possède un corps du fait de son mouvement) 3035555 du vent en énergie mécanique, le vent fait tourner les pales entre 10 et 25 tours par minute pour l'éolienne professionnelle et entre 20 et 1000 tours par minute pour les éoliennes dites domestiques, la vitesse de rotation des pales est fonction de la taille de cellesci, plus les pales seront grandes, moins elles 5 tourneront rapidement. La génératrice transforme l'énergie mécanique en énergie électrique. La plupart des génératrices ont besoin de tourner à grande vitesse (de 1 000 à 2 000 tours par minute) pour les éoliennes dites professionnelles et entre 20 et 1000 tours par minute pour les éoliennes dites domestiques, afin 10 de produire de l'électricité, ainsi, une boite d'engrenage multiplicateur est installée sur les éoliennes dites professionnelles et qui a pour rôle de démultiplier le mouvement lent des pales. La génératrice, est solidaire de la boite d'engrenage multiplicateur au moyen d'un arbre de transmission, appeler arbre rapide, luimême équipé 15 d'un embrayage permettant de désaccoupler ledit multiplicateur de ladite génératrice, cet arbre rapide est également pourvu d'un frein à disques, pour ralentir ou arrêter totalement la rotation lors d'intervention de maintenance ou par vent violent égal ou supérieur à 90 km/h. Le rotor supportant les pales, est lui solidaire de la boite 20 d'engrenage multiplicateur au moyen d'un arbre de transmission, appelé arbre lent. Un courant électrique dit d'excitation, permet d'amorcer la rotation du rotor éolien, lorsque les vents avoisinent les 10 km/h. La plus part des éoliennes dites domestiques ne sont pas pourvues 25 d'une boite d'engrenage multiplicateur et la génératrice est directement entrainer par le rotor. De telles installations permettent un rendement énergétique correct dans des conditions de vents réguliers. Toutefois elles ne peuvent fonctionner de manière optimale que lorsque le vent (et donc l'énergie cinétique) est 30 suffisamment important et constant. 3035555 Le rendement énergétique de même que la puissance développée des éoliennes sont fonction de la vitesse du vent ; dans la plage de fonctionnement de l'éolienne, la puissance est approximativement proportionnelle au cube de cette vitesse. Les éoliennes fonctionnent pour des 5 vitesses de vent généralement comprises entre 14 et 90 km/h. Audelà, elles sont progressivement arrêtées pour sécuriser les équipements et minimiser leur usure. Les éoliennes dites professionnelles ou domestiques actuellement commercialisées ont besoin d'un vent dans la plage de 11 à 90 km/h (3 à 10 25 m/s) et la vitesse optimale est de 50 km/h. Cependant, les installations terrestres ou maritimes telles que décrites dans l'art antérieur, comportent toutes des inconvénients majeurs, en effet les éoliennes ne peuvent fonctionner et produire de l'énergie, dès lors qu'il n'y a pas de vent ou lorsqu'ils sont inférieurs à plus ou moins 11 km/h (3 15 m/s). L'autre inconvénient de l'art antérieur, est que de telles installations sont volontairement freinées et arrêtées lorsque les vents sont supérieurs à 90 km/h ce qui limite considérablement le rendement annuel des rotors éoliens. Un autre des inconvénients majeurs reste le coté inesthétique dans 20 un paysage naturel terrestre ou maritime, de par la surface plus ou moins importante des pales. L'autre des inconvénients est qu'il n'y ai pas de moyens de contrôle permettant de gérer le besoin énergétique d'un local à usage domestique et/ou professionnel tel qu'une maison d'habitation, et donc régulièrement les 25 éoliennes fonctionnent alors qu'il n'y a pas besoin de produire de l'énergie. D'autre part, il n'existe pas, à la connaissance des demandeurs, d'installation permettant à un rotor éolien, de générer de l'énergie électrique, lorsqu'il n'y a pas de vent. 3035555 OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose une solution technique permettant de profiter de l'absence partielle ou totale de vent et donc d'énergie cinétique, pour entrainer mécaniquement la génératrice seule ou avec un rotor éolien, 5 dont les pales peuvent être transparentes. Pour cela, l'installation selon l'invention, permettant de générer de l'énergie électrique lorsqu'il n'y a pas de vent ou pas assez de vent, est caractérisée par le fait qu'elle comprend, l'ajout d'au moins un moteur électrique permettant d'entrainer directement une génératrice solidaire ou pas 10 d'un rotor éolien et de deux moteurs électriques avantageusement positionnés lorsqu'il s'agit d'entrainer indépendamment le rotor éolien ou la génératrice. Un premier moteur électrique est couplé à l'arbre de transmission appelé arbre lent au moyen d'un engrenage pouvant être une chaine, une courroie ou tout autres moyens d'entraînement. 15 Un second moteur électrique est lui couplé à l'arbre de transmission appelé arbre rapide toujours au moyen d'un engrenage tel qu'une chaine ou une courroie ou directement solidaire de l'arbre central de la génératrice. Selon une autre caractéristique, l'arbre de transmission appelé arbre lent est équipé d'une roue libre pouvant être dentée sous la forme d'un pignon ou encore d'une poulie, permettant audit arbre lent de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le premier moteur électrique pour entraîner le rotor éolien. Toujours selon une autre particularité, l'arbre de transmission appelé arbre rapide est munie d'une roue fixe, pouvant être dentée, ou d'une poulie, ou encore par tout autres moyens permettant à l'aide d'une chaine ou d'une courroie, ou tout autres moyens la jonction avec le second moteur électrique, permet d'entraîner la génératrice, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien est arrêté ou lorsque la génératrice est placée dans un caisson ventilé et fonctionnant sans rotor éolien. 3035555 Toujours selon une autre caractéristique, l'installation comporte au moins un boitier de gestion électronique contrôlant la mise en marche et l'arrêt du ou des moteurs électriques permettant de gérer le besoin énergétique d'un local à usage domestique ou professionnel tel qu'une habitation, un commerce 5 ou encore une unité de production industrielle. De préférence encore, l'installation comporte des moyens électroniques pour la régulation des tours par minutes de chacun des moteurs électrique sachant que pour les éoliennes dites professionnelles, l'arbre de transmission lent doit tourner entre plus ou moins 10 et 25 tours par minute 10 alors que l'arbre de transmission rapide entrainant la génératrice doit tourner à grande vitesse ( entre plus ou moins 1 000 et 2 000 tours par minute). Toujours selon une autre caractéristique, le premier moteur électrique couplé à l'arbre de transmission appelé arbre lent sert de lanceur et permet d'amorcer la rotation du rotor éolien lors de sa première mise en 15 marche et que les vents ne sont pas suffisamment puissants, légèrement inférieur à 11 km/h ou que le courant d'excitation ne suffit pas pour obtenir naturellement ce mouvement. De préférence encore, l'installation comprend un pupitre de contrôle et de gestion permettant de connaitre en temps réel la production énergétique 20 de la génératrice, du niveau de charge des batteries ( si il y a ajout de batterie de stockage) et de la consommation énergétique d'un local à usage domestique ou professionnel. Toujours selon une autre caractéristique, les pales du rotor peuvent être réalisées dans une matière transparente et anti reflet telle que du 25 plastique, permettant ainsi de les rendre totalement ou partiellement invisible lorsqu'elles sont en mouvement. 3035555 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION L'invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante d'une forme de réalisation particulière, donnée uniquement à titre d'exemple et représentée sur les dessins annexés dans 5 lesquels : La figure 1 est une vue générale schématique d'une installation conforme à l'invention ; La figure 2 est une vue schématique partielle et agrandi de l'arbre de transmission appelé arbre lent équipé d'une roue libre sous la forme d'une 10 poulie, permettant au moyen d'une courroie, audit arbre lent de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le premier moteur électrique pour entrainer le rotor éolien. La figure 3 est une vue schématique partielle et agrandie de l'arbre de transmission appelé arbre rapide équipé d'une roue libre, et entrainée au 15 moyen d'une courroie de jonction par le second moteur électrique, permettant d'entrainer la génératrice, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien est arrêté. La figure 4 est une vue schématique partielle et agrandi de l'arbre de transmission appelé arbre lent équipé d'une roue libre sous la forme d'une 20 couronne dentée, permettant au moyen d'une chaine de jonction, audit arbre lent de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le premier moteur électrique pour entrainer le rotor éolien. La figure 5 est une vue schématique partielle et agrandie de l'arbre de transmission appelé arbre rapide équipé d'une couronne dentée libre, et 25 solidaire du second moteur électrique au moyen d'une chaine de jonction, permettant d'entrainer la génératrice, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien est arrêté. La figure 6 illustre une installation 1 dont le moteur entrainant la génératrice est positionné à l'arrière de celleci et directement solidaire de l'arbre central 30 de ladite génératrice. 3035555 La figure 7 illustre une variante de l'installation 1, dont la génératrice et le moteur entrainant ladite génératrice sont installés dans un caisson ventilé qui peut être installé à l'intérieur ou à proximité d'un local à usage domestique ou professionnel tel qu'une maison d'habitation. 5 La figure 8 illustre en façade un boitier de gestion électronique permettant de contrôler la mise en marche et l'arrêt du ou des moteurs électriques en fonction des besoins énergétiques d'un local à usage pouvant être domestique ou professionnel tel qu'une habitation, un commerce ou encore une unité de production industrielle. 10 Les figures 9 et 10 illustrent deux modes d'installation représentant pour chacune une maison d'habitation, un boitier de gestion électronique et pour la figure 9 un caisson ventilé contenant la génératrice et son moteur et pour la figure 10 une éolienne montée sur son mat. La figure 1 illustre une installation 1 ancrée au sol au moyen d'un 15 mat 2 qui comprend un premier moteur électrique 3 couplé à l'arbre de transmission lent 4 au moyen d'une roue libre sous la forme d'une poulie 5 et d'une courroie 6, permettant audit arbre lent 4 de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le premier moteur électrique 3 pour entrainer le rotor éolien 7. 20 Ledit arbre de transmission lent 4 assure la jonction entre le rotor 7 supportant les pales 8 et la boite d'engrenage multiplicateur 9. Ladite boite d'engrenage multiplicateur 9 est solidaire de la génératrice 10 au moyen de l'arbre de transmission rapide 11 qui est muni d'un frein à disque 12 et d'un embrayage 13. 25 Ledit arbre de transmission rapide 11 est équipé d'une roue libre 14, solidaire au moyen d'une courroie de jonction 15 du second moteur électrique 16, permet d'entrainer la génératrice 10, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien 7 est arrêté. Une variante de réalisation des moyens pour solidariser le moteur 30 électrique 3 et 16 des arbres de transmissions lent et rapide 5 et 11 est illustré sur les figures 4 et 5. 3035555 Ici l'arbre de transmission lent 4 est équipé d'une roue libre sous la forme d'une couronne dentée 19, permettant au moyen d'une chaine de jonction 20, audit arbre lent 4 de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le premier moteur électrique 3 pour entraîner le rotor 5 éolien 7. Toujours dans cette variante de réalisation, l'arbre de transmission rapide 11 équipé d'une couronne dentée libre 21, est solidaire du second moteur électrique 16 au moyen d'une chaine de jonction 22, permettant d'entrainer la génératrice 10, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que 10 le rotor éolien 7 est arrêté. Deux supports châssis 23 et 24 permettent le maintien des moteurs électriques 3 et 16. Selon une autre variante de réalisation la génératrice 10 et le moteur électrique 16 sont installés dans un caisson 17 aéré et refroidi aux 15 moyens des ventilateurs 18 et 25. Quel que soit le mode de réalisation, l'installation 1 et 17 comprennent un pupitre de contrôle et de gestion 26 permettant aux moyens des afficheurs 28, 29, 30 et 31 de connaitre le niveau de production énergétique, le niveau de consommation énergétique et le niveau de charge 20 des batteries de stockage 32. L'afficheur 28 indique la production énergétique de la génératrice 16, l'afficheur 29 indique la consommation énergétique d'un local à usage pouvant être domestique ou professionnel tel qu'une maison d'habitation, un commerce, ou encore une unité de production industrielle 27. L'afficheur graduel 31 et l'afficheur 30 indique le niveau de charge et la tension 25 des batteries 32. Ce type d'installation 1 permet, en particulier de produire de l'énergie électrique lorsqu'il n'y a pas de vent, au moyen du premier moteur électrique 3 qui entraine l'arbre de transmission lent 4 et donc le rotor 7 et qui se stoppe automatiquement lorsque les vents sont suffisamment puissants et 30 constants. 3035555 Une autre possibilité d'utilisation de l'installation 1 consiste à entrainer la génératrice 10 au moyen de l'arbre de transmission rapide 11 solidaire du second moteur électrique 16, lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien 7 est arrêté volontairement. REVENDICATIONS1. Installation (1) sous la forme d'un rotor éolien, assistée mécaniquement au moyen d'un ou plusieurs moteurs électriques, permettant de générer de l'énergie électrique, en l'absence partielle ou totale de vent, ou lorsque que les vents sont supérieurs à 90 Km/h et d'un pupitre de contrôle et de gestion (26), caractérisée en ce qu'elle comprend : au moins un moteur électrique (3) qui entraine l'arbre de transmission lent (4) et donc le rotor (7) et qui se stoppe automatiquement lorsque les vents sont suffisamment puissants et constants, et au moins un moteur électrique (16) qui entraine l'arbre de transmission rapide (11) et donc la génératrice (10), lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien (7) est arrêté volontairement. des moyens de gestion électronique (26), pour la mise en marche et l'arrêt des moteurs électriques (3) et (16) indépendamment l'un de l'autre et pour permettre de régler la vitesse et le nombre de tours par minutes de chacun des dits moteurs électriques (3) et (16) en fonction de la consommation énergétique d'un local à usage pouvant être domestique ou professionnel. 2. Installation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre de transmission rapide (11) est équipé d'une roue libre (14), solidaire au moyen d'une courroie de jonction (15) du moteur électrique (16), permet d'entrainer la génératrice (10), lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien (7) est arrêté. 3. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le moteur électrique (3) est couplé à l'arbre de transmission lent (4) au moyen d'une roue libre sous la forme d'une poulie (5) et d'une courroie (6), permettant audit arbre lent (4) de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le moteur électrique (3) pour entrainer le rotor éolien (7). 4. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 30 caractérisée en ce que suivant une autre variante, l'arbre de transmission lent (4) est équipé d'une roue libre sous la forme d'une couronne dentée (19), Av. 3035555 permettant au moyen d'une chaine de jonction (20), audit arbre lent (4) de tourner librement lorsque qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser le moteur électrique (3) pour entrainer le rotor éolien (7). 5. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 5 caractérisée en ce que l'arbre de transmission rapide (11) est équipé d'une couronne dentée libre (21) et est solidaire du moteur électrique (16) au moyen d'une chaine de jonction (22), permettant d'entrainer la génératrice (10), lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien (7) est arrêté. 6. Installation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que 10 la génératrice (10) est entrainée par le moteur électrique (16) lorsque les vents dépassent les 90 km/h et que le rotor éolien (7) est arrêté, afin d'obtenir la vitesse optimale (entre 1 000 et 2 000 tours par minute). 7. Installation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique (3) entraine l'arbre de transmission lent (4) afin de faire 15 tourner le rotor éolien (7) entre 10 et 25 tours par minute, lorsqu'il n'y a pas ou presque plus de vent. 8. Installation (1) selon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le moteur électrique (3) couplé à l'arbre de transmission lent (4) sert de lanceur et permet d'amorcer la rotation du rotor éolien (7) lors de sa 20 première mise en marche. 9. Installation (1) selon les revendications 1, 7 et 8, caractérisée en ce que les moteurs électriques (3) et (16) sont gérés électroniquement au moyen du pupitre de contrôle et de gestion (26) pour une mise en marche desdits moteurs électriques (3) et (16) à chaque fois que le rotor éolien (7) 25 perd de sa vitesse de rotation et en fonction du besoin énergétique d'un local à usage pouvant être domestique ou professionnel tel qu'une maison d'habitation (27). 10. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moteurs électriques (3) et (16) ont une 30 consommation électrique inférieure à la production électrique de la génératrice (10). .AA 3035555 11. Installation (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique (16) et la génératrice (10) peuvent être installés dans un caisson (17) aéré et refroidi aux moyens des ventilateurs (18) et 19) permettant de ne pas utiliser le rotor. 5 12. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les pales (8) du rotor (7) peuvent être réalisées dans une matière transparente et anti reflet telle que du plastique, permettant de les rendre totalement ou partiellement invisible lors de leur rotation. 13. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 12, caractérisée en ce que les moteurs électriques (3) et (16) ainsi que la génératrice (10) et les moyens de contrôle et de gestion (26) peuvent s'adapter aussi bien sur des éoliennes dites professionnelles que domestiques. AZ,