Brevet FR3041709A1 — publié le 20170331

La présente invention concerne une éolienne comprenant une pluralité de pales montées sur un support rotatif de manière orientable. Il est connu d'utiliser des éoliennes pourvues de pales mobiles, 5 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. C'est la raison pour laquelle il existe des structures rotatives dans 10 lesquelles les pales varient entre une position déployée et une position repliée. La structure occupe la configuration déployée normalement, tandis que la configuration repliée est mise en place en cas de grands vents ou en cas d'inutilisation de l'éolienne. Les solutions existantes ne donnent pas encore une entière satisfaction et il existe un besoin d'améliorer les performances et de simplifier tant la fabrication 15 que la conception. A cet effet, la présente invention concerne une éolienne comprenant une structure rotative ayant un support libre en rotation autour d'un axe central sur lequel il est rapporté et une pluralité de pales montées sur le support de manière orientable de sorte que la structure rotative varie entre une configuration déployée où chaque 20 pale occupe une position déployée par rapport au support et une configuration repliée où chaque pale occupe une position repliée par rapport au support, les pales présentant des formes spatiales telles qu'en configuration repliée, d'une part l'ensemble des pales délimitent une surface fermée en trois dimensions dépourvue d'interstice par rapport au plan passant par l'axe central 4, et d'autre part un 25 chevauchement successif des pales adjacentes est présent. Selon un mode de réalisation particulier, les pales présentent des formes spatiales identiques d'une pale à l'autre. De préférence, les formes spatiales des pales sont configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale chevauche radialement, au niveau 30 d'une partie de sa face interne, une partie de la face externe de l'une des pales adjacentes, le rapport entre la surface de la partie de la face interne venant à chevauchement et la surface totale de la face interne étant compris entre 15% et 45%, notamment de l'ordre de 30%. Selon une variante d'exécution, les formes spatiales des pales sont 35 configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale est chevauchée radialement, au niveau d'une partie de sa face externe, par une partie de la face 3041709 2 interne de l'autre pale adjacente, le rapport entre la surface de la partie de la face externe chevauchée et la surface totale de la face externe étant compris entre 15% et 45%, notamment de l'ordre de 30%. Selon un mode de réalisation particulier, chaque pale présente une section de coupe, selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe central et passant au niveau d'une fixation correspondante de la pale sur le support, ayant une forme d'arc s'étendant sur un secteur angulaire ayant un angle compté autour de l'axe central compris entre 100° et 140°, notamment de l'ordre de 120°. De préférence, en chaque point de l'abscisse curviligne dudit arc, le 10 centre dudit arc est décalé par rapport à l'axe central du côté opposé à la pale. La valeur du rayon de courbure dudit arc peut notamment varier et donc être non constant en se déplaçant le long de l'abscisse curviligne dudit arc. Préférentiellement, en chaque point de l'abscisse curviligne dudit arc, le rapport entre la distance séparant le centre de l'arc et l'axe central et la distance 15 séparant la pale et l'axe central dans la configuration repliée de la structure rotative est compris entre 1 et 10%, notamment est de l'ordre de 6%. Selon un mode de réalisation particulier, la structure rotative est configurée de sorte que dans la configuration repliée, la projection latérale de la structure rotative selon toute direction perpendiculaire à l'axe central est dépourvue 20 de trou et présente une surface pleine. Chaque pale peut comprendre une pluralité de nervures de renfort configurées de sorte guider l'écoulement de l'air circulant contre ladite pale, chaque nervure étant inclinée de sorte à s'étendre sensiblement dans un plan formant un angle avec tout plan perpendiculaire à l'axe central. 25 De préférence, l'angle formé entre le plan dans lequel la nervure de renfort s'étend et le plan perpendiculaire à l'axe central est compris entre 1 et 30°. Chaque nervure de renfort présente préférentiellement une hauteur non constante sur sa longueur, ladite hauteur étant comptée depuis la face interne de la pale à partir de laquelle elle prend naissance. Ladite hauteur peut notamment être 30 variable entre 0 et 100 mm environ. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution envisageable de cette éolienne. Les figures 1 et 2 représentent en vue de dessous et en vue de côté une 35 éolienne dans la configuration déployée de la structure rotative. 3041709 3 Les figures 3 et 4 représentent en vue de dessous et en vue de côté une éolienne dans la configuration repliée de la structure rotative. La figure 5 est une vue en perspective d'une partie de la structure rotative de l'éolienne. 5 La figure 6 est une vue en perspective de l'une des pales, du côté de la face interne. La figure 7 est une vue en perspective d'une partie du support rotatif. La figure 8 est une vue de côté des pales dans leurs positions déployées respectives. La figure 9 est une vue en perspective d'une partie de pale. La figure 10 est une vue de côté d'une pale, du côté de la face interne. La figure 11 est une vue de côté de la structure rotative dans une configuration repliée, avec une pale en transparence. La figure 12 est une vue de dessus montrant schématiquement les pales et l'axe central selon un plan ce coupe perpendiculaire à l'axe central. En référence aux figures 1 à 12 annexées et telles que présentées rapidement ci-dessus, l'invention concerne une éolienne 1 comprenant une structure rotative 2 ayant un support 3 libre en rotation autour d'un axe central 4 sur lequel il est rapporté et une pluralité de pales 5 montées sur le support 3 de manière orientable de sorte que la structure rotative 2 varie entre une configuration déployée (figures 1 et 2 par exemple) où chaque pale 5 occupe une position déployée par rapport au support 3 et une configuration repliée (figures 3 et 4) où chaque pale 5 occupe une position repliée par rapport au support 3, les pales 5 présentant des formes spatiales telles qu'en configuration repliée : l'ensemble des pales 5 délimitent une surface fermée en trois dimensions dépourvue d'interstice par rapport au plan passant par l'axe central 4, et un chevauchement successif des pales 5 adjacentes est présent. Cette solution présente donc comme avantage d'éviter que l'air ne traverse l'éolienne 1 dans toutes les configurations. Le chevauchement permet aux pales 5 d'offrir une prise au vent très grande dans la configuration déployée, environ 30% supérieure à celle d'une éolienne de même taille dépourvue de ce chevauchement des pales 5. 3041709 4 L'axe central 4 est notamment orienté selon une direction verticale, et la variation de configuration de la structure rotative se pratique dans le plan horizontal dans ce cas. Les pales 5 présentent des formes spatiales identiques d'une pale 5 à 5 l'autre, bien que ce ne soit pas une obligation en dépit de l'avantage que cela représente en termes de facilité de fabrication et d'équilibrage. Les formes spatiales des pales 5 sont configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale 5 chevauche radialement (i.e. perpendiculairement à l'axe central 4), au niveau d'une partie de sa face interne 6, une partie de la face 10 externe 7 de l'une des pales 5 adjacentes, le rapport entre la surface de la partie de la face interne 6 venant à chevauchement et la surface totale de la face interne 6 étant compris entre 15% et 45%, notamment de l'ordre de 30%. Les formes spatiales des pales 5 sont configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale 5 est chevauchée radialement, au niveau d'une 15 partie de sa face externe 7, par une partie de la face interne 6 de l'autre pale 5 adjacente, le rapport entre la surface de la partie de la face externe 7 chevauchée et la surface totale de la face externe 7 étant compris entre 15% et 45%, notamment de l'ordre de 30%. La figure 11 illustre particulièrement bien cette notion de chevauchement 20 successif entre les pales adjacentes, à la manière des tuiles sur un toit. Chaque pale 5 présente une section de coupe, selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe central 4 et passant au niveau d'une fixation 8 correspondante de la pale 5 sur le support 3, ayant une forme d'arc 9 s'étendant sur un secteur angulaire ayant un angle 10 compté autour de l'axe central 4 compris entre 100° et 25 140°, notamment de l'ordre de 120°. Une valeur aussi importante du secteur angulaire permet d'offrir une grande surface pour chaque pale 5, ce qui améliore les performances et le rendement de l'éolienne 1. La longueur de l'arc 9 est donc très grande en regard d'éolienne connue : elle peut notamment être comprise entre 180% et 220% du rayon de courbure. Cela 30 permet d'offrir un très grand diamètre de l'éolienne en configuration déployée, le bras de levier effectué par le vent augmentant d'autant afin que l'éolienne fournisse un couple mécanique élevé pour assurer de très bonnes performances. De manière très avantageuse, en référence à la figure 11, en chaque point de l'abscisse curviligne dudit arc 9, le centre 11 dudit arc 9 est décalé par 35 rapport à l'axe central 4 du côté opposé à la pale 5. Ce décalage correspond à la distance 13 ci-dessous. 3041709 5 La valeur 12 du rayon de courbure dudit arc 9 varie en se déplaçant le long de l'abscisse curviligne dudit arc 10. Cela permet de mettre en oeuvre le chevauchement des pales 5 dans la configuration repliée La valeur 12 varie par exemple entre 40 et 60% du diamètre de l'éolienne 1 en configuration repliée. 5 En chaque point de l'abscisse curviligne dudit arc 9, le rapport entre la distance 13 séparant le centre 11 de l'arc 9 et l'axe central 4 et la distance 14 séparant la pale 5 et l'axe central 4 dans la configuration repliée de la structure rotative 2 est compris entre 1 et 10%, notamment est de l'ordre de 6%. La distance 13 est par exemple de l'ordre de 50 mm dans l'exemple donné ici. 10 Le décalage via la distance 14 permet de mettre en oeuvre le chevauchement des pales 5 dans la configuration repliée, permet d'augmenter le couple mécanique appliqué à la structure 2 en configuration déployée. La structure rotative 2 est configurée de sorte que dans la configuration repliée, la projection latérale de la structure rotative 2 selon toute direction 15 perpendiculaire à l'axe central 4 est dépourvue de trou et présente une surface pleine. Les figures 2 et 4 montrent bien cette caractéristique. Cela permet d'éviter des phénomènes stroboscopiques et garantit que le vent touche forcément au moins une pale 5 en traversant l'éolienne, améliorant d'autant le rendement et les performances. 20 Chaque pale 5 comprend une pluralité de nervures 15 de renfort configurées de sorte guider l'écoulement de l'air circulant contre ladite pale 5, chaque nervure 15 étant inclinée de sorte à s'étendre sensiblement dans un plan formant un angle avec tout plan perpendiculaire à l'axe central 4. Cela permet encore d'améliorer d'autant le rendement et les performances de l'éolienne en évitant que de l'air ne 25 s'échappe sans avoir agi sur une pale 5 et pour éventuellement guider l'air vers les pales situées en face pour une meilleure performance. L'angle 16 formé entre le plan dans lequel la nervure 15 de renfort s'étend et le plan perpendiculaire à l'axe central 4 est compris entre 1 et 30°. Chaque nervure 15 de renfort présente une hauteur 17 non constante sur 30 sa longueur 18, ladite hauteur 17 étant comptée depuis la face interne 6 de la pale 5 à partir de laquelle elle prend naissance. Ladite hauteur 17 est par exemple variable entre 0 et 100 mm environ, à plus ou moins 10% près. Cela favorise la mise en oeuvre du chevauchement des pales 5 dans la configuration repliée pour améliorer les performances de l'éolienne en configuration déployée pour une dimension donnée de l'éolienne en configuration repliée. 3041709 6 Chaque pale 5 est montée sur le support 3 au niveau d'un axe de pale 19 permettant à la pale 5 de varier par pivotement par rapport au support 3 entre la position repliée et la position déployée. Cet axe de pale peut être parallèle à l'axe central 4, ou former un angle avec celui-ci inférieur ou égal à 5°. 5 La surface fermée délimitée par les pales 5 dans la configuration repliée de la structure 2 présente une section transversale (vue perpendiculairement à l'axe central 4) croissante jusqu'à une dimension maximale, puis décroissante, en se déplaçant le long de l'axe central 4. La surface fermée est ellipsoïdale, en particulier de forme sphéroïdale. La 10 prise au vent reste donc faible en configuration repliée malgré l'absence de possibilité pour l'air de traverser l'éolienne 1 latéralement. Chaque pale 5 s'étend hélicoïdalement autour de l'axe central 4, ce qui augmente les performances de l'éolienne à vent donné. L'éolienne 1 comprend un dispositif de liaison 20 agencé de sorte à 15 contraindre les pales 5 à présenter une orientation angulaire identique par rapport à l'axe central 4. Ce dispositif de liaison 20 peut comprend un mécanisme d'actionnement 21 et une pluralité de biellettes 22, chaque biellette 22 reliant à ses extrémités un bras du mécanisme 21 et une fixation 8 de la pale 5. L'éolienne 1 comprend un organe de fermeture d'une pale 5, imposant à 20 ladite pale 5 une contrainte visant à la déplacer ou la maintenir en position repliée. Par exemple, cela peut se pratiquer sous le contrôle d'une électronique de commande pilotant l'actionnement de l'organe de fermeture pour commander le passage de la structure rotative 2 vers la configuration repliée lorsque des conditions prédéterminées sont vérifiées, par exemple en cas de grands vents. 25 L'éolienne 1 comprend aussi des moyens de butée pour bloquer la pale 5 dans sa position déployée durant la rotation de la structure mobile 2. L'éolienne 1 comprend une génératrice de courant électrique 33, par exemple à aimants permanents, ayant un corps rotatif relié mécaniquement à la structure rotative 2 et un corps fixe relié mécaniquement à une structure fixe 23 de 30 l'éolienne 1. Maintenant, dans le mode d'exécution tel qu'illustré, la structure fixe 23 est une partie basse de l'éolienne 1 tandis que la structure rotative 2, qui est montée à rotation libre autour de l'axe central 4 de la structure fixe 23 au niveau du support 3, est une partie supérieure de l'éolienne située au-dessus de la structure fixe 23. 35 En référence à la figure 7, le support 3 comprend deux plateaux ronds 24 parallèles (par exemple formé chacun de deux plaques d'épaisseur 4mm). Ces 3041709 7 plateaux 24 ont des trous 25 pour le positionnement des piliers 26 et celui du bas a des fentes 27 pour permettre la variation entre les configurations déployée et repliée par pivotement relatif du mécanisme 21 par rapport au reste du support 3. Les piliers 26 sont configurés pour rigidifier la structure et fixer 5 l'écartement des deux plateaux 24. A l'intérieur des piliers 26, des tiges filetées peuvent être rapportées. Le support 3 comprend des éléments de support 28, par exemple en tôle pliée de 8mm, pour la fixation des pales 5. Le nombre de pales 5 est égal à 4 mais ce nombre peut être égal à 3 ou 10 supérieur ou égal 5. Chaque pale 5 est en matière plastique pleine d'épaisseur variable. Les pales 5 sont donc renforcées avec les quatre nervures 15 qui sont issues de moulage en même temps que le reste de la pale 5, formant une pièce monobloc d'un seul tenant. Chaque pale 5 est fixée via les fixations 8 sur un élément de support 28 correspondant, par exemple via des inserts taraudés solidaires de la pale 5 et 15 installés dans le sens du démoulage. Comme cela est représenté, ces inserts sont décalés et dépassent latéralement suivant la largeur des nervures. Les axes des inserts sont avantageusement orientés dans le plan perpendiculaire à l'axe central 4, permettant le démoulage, ce qui est essentiel 20 lorsque les pales 5 sont obtenues par moulage d'une matière plastique dans un moule afin de faciliter la fabrication, optimiser la rigidité, l'efficacité, le poids et le coût. Trois équerres en acier inoxydable sont prévues pour la fixation de chaque pale 5 sur l'élément de support 28, tenant par des vis engagées dans les inserts susmentionnés. L'angle de ces équerres est 95° vers le haut et 85° vers le bas 25 pour permettre la correcte fermeture/ouverture des pales 5. Deux de ces équerres permettent la rotation de la pale 5 autour de l'axe de pale 19 déjà mentionné et supportent son poids. La troisième équerre à l'avant fait organe de manoeuvre grâce à la biellette 22. Trois systèmes de rotule à contact sec font le lien entre les équerres et 30 l'élément de support 28 des pales 5. L'éolienne 1 comprend un motoréducteur 29 fixé au plateau 24 supérieur. Il assure le pivotement du mécanisme 21 et permet la rotation des pales 5 entre les positions déployée et repliée. Des colonnes 30 permettent de supporter le poids du motoréducteur 29. Une plaque « motoréducteur » transmet la rotation du 35 motoréducteur 29 aux bras du mécanisme 21. 3041709 8 Concrètement, le mécanisme 21 est constitué par exemple de deux plaques pliées qui s'emboitent l'une dans l'autre (pièces différentes) pour transmettre la rotation aux biellettes 22. Les biellettes 22 sont des tiges fixées d'un côté à la pale 5 et de l'autre à 5 la plaque pliée (avec des systèmes de rotules), transformant le mouvement de rotation du moteur en mouvement de rotation de la pale 5 par rapport à son propre axe de pale 19. L'éolienne 1 comprend un multiplicateur 31 ayant un boitier de transmission et un multiplicateur coaxial. Le boitier de transmission assure la liaison 10 entre la structure rotative 2 et la structure fixe 23 de l'éolienne 1. L'arbre et les roulements de ce boitier ont été dimensionnés pour résister à l'effort axial mais aussi au moment de flexion produit par les coups de vent. Le multiplicateur coaxial est fixé sur la structure fixe 23 et est relié à l'arbre du boitier de transmission. Il a pour fonction de démultiplier la vitesse de l'éolienne par un coefficient donné supérieur à 15 1, par exemple de l'ordre de 5, pour l'adapter au régime nominal de la génératrice. La structure fixe comprend deux plateaux 32. Ces plateaux 32 supportent le poids du boitier de transmission et de la structure rotative 2. Un trou au centre des plateaux 32 permet la transmission du mouvement de rotation à la génératrice 33. Les piliers rigidifient l'ensemble et transmettent les efforts entre les plateaux 32. 20 Un système d'accouplement souple est prévu pour transmettre la rotation de l'arbre rapide du multiplicateur 31 à la génératrice 33. Cet accouplement permet un léger désalignement des axes. La structure fixe 23 comprend un mât 34 tubulaire, par exemple d'environ 30cm de hauteur. Ce mât 34 comprend deux platines pour la fixation. 25 L'utilité de ce mât 34 est de relier le corps de l'éolienne 1 au mât (de 4, 6 ou 8m), et de permettre le support de l'éolienne 1 au sol quand elle n'est pas installée sur le mât 34, donc en usine et pour le transport. L'alimentation électrique du motoréducteur qui tourne avec l'éolienne 1 se fait par l'intermédiaire d'un collecteur tournant installé entre le boitier de 30 transmission et le multiplicateur. Les câbles du motoréducteur descendent à l'intérieur de l'arbre du boitier de transmission et sortent au niveau du multiplicateur. REVENDICATIONS1. Eolienne (1) comprenant une structure rotative (2) ayant un support (3) libre en rotation autour d'un axe central (4) sur lequel il est rapporté et une pluralité de pales (5) montées sur le support (3) de manière orientable de sorte que la 5 structure rotative (2) varie entre une configuration déployée où chaque pale (5) occupe une position déployée par rapport au support (3) et une configuration repliée où chaque pale (5) occupe une position repliée par rapport au support (3), les pales (5) présentant des formes spatiales telles qu'en configuration repliée, d'une part l'ensemble des pales (5) délimitent une surface fermée en trois dimensions dépourvue 10 d'interstice par rapport au plan passant par l'axe central 4, et d'autre part un chevauchement successif des pales (5) adjacentes est présent. 2. Eolienne (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pales (5) présentent des formes spatiales identiques d'une pale (5) à l'autre. 3. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, 15 caractérisée en ce que les formes spatiales des pales (5) sont configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale (5) chevauche radialement, au niveau d'une partie de sa face interne (6), une partie de la face externe (7) de l'une des pales (5) adjacentes, le rapport entre la surface de la partie de la face interne (6) venant à chevauchement et la surface totale de la face interne (6) étant compris entre 15% et 20 45%, notamment de l'ordre de 30%. 4. Eolienne (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les formes spatiales des pales (5) sont configurées de sorte que dans la configuration repliée, chaque pale (5) est chevauchée radialement, au niveau d'une partie de sa face externe (7), par une partie de la face interne (6) de l'autre pale (5) adjacente, le 25 rapport entre la surface de la partie de la face externe (7) chevauchée et la surface totale de la face externe (7) étant compris entre 15% et 45%, notamment de l'ordre de 30%. 5. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque pale (5) présente une section de coupe, selon un plan 30 de coupe perpendiculaire à l'axe central (4) et passant au niveau d'une fixation (8) correspondante de la pale (5) sur le support (3), ayant une forme d'arc (9) s'étendant sur un secteur angulaire ayant un angle (10) compté autour de l'axe central (4) compris entre 100° et 140°, notamment de l'ordre de 120°. 6. Eolienne (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'en chaque 35 point de l'abscisse curviligne dudit arc (9), le centre (11) dudit arc (9) est décalé par rapport à l'axe central (4) du côté opposé à la pale (5). 3041709 10 7. Eolienne (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la valeur (12) du rayon de courbure dudit arc (9) varie en se déplaçant le long de l'abscisse curviligne dudit arc (10). 8. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'en chaque point de l'abscisse curviligne dudit arc (9), le rapport entre la distance (13) séparant le centre (11) de l'arc (9) et l'axe central (4) et la distance (14) séparant la pale (5) et l'axe central (4) dans la configuration repliée de la structure rotative (2) est compris entre 1 et 10%, notamment est de l'ordre de 6%. 9. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la structure rotative (2) est configurée de sorte que dans la configuration repliée, la projection latérale de la structure rotative (2) selon toute direction perpendiculaire à l'axe central (4) est dépourvue de trou et présente une surface pleine. 10. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque pale (5) comprend une pluralité de nervures (15) de renfort configurées de sorte guider l'écoulement de l'air circulant contre ladite pale (5), chaque nervure (15) étant inclinée de sorte à s'étendre sensiblement dans un plan formant un angle avec tout plan perpendiculaire à l'axe central (4). 11. Eolienne (1) selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'angle 20 (16) formé entre le plan dans lequel la nervure (15) de renfort s'étend et le plan perpendiculaire à l'axe central (4) est compris entre 1 et 30°. 12. Eolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que chaque nervure (15) de renfort présente une hauteur (17) non constante sur sa longueur (18), ladite hauteur (17) étant comptée depuis la face 25 interne (6) de la pale (5) à partir de laquelle elle prend naissance. 13. Eolienne (1) selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite hauteur (17) est variable entre 0 et 100 mm environ.