Brevet FR3079884A1 — publié le 20191011

La présente invention concerne une éolienne construite par deux éoliennes à axe horizontal comprenant un système à voiles mobiles. Suivant l'altitude le vent ne souffle pas à la même vitesse, lorsque l'on s'élève le vent augmente. Pour la majorité des éoliennes qui sont à axe horizontal, les pales inférieures freinent les pales supérieures ce qui provoque des contraintes, des sifflements. 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 voiles orientables qui à l'instant 'T' se retrouve avec deux voiles en position haute où toute la surface des voiles est face au vent, donne une énergie maximum et une position basse qui sera contraire au vent mais avec la prise au vent mini des deux voiles. Les quatre autres voiles sont dans des positions intermédiaires horizon- tales mais orientées. Nous avons donc deux éoliennes El et E2 de quatre voiles chacune, elles sont strictement symétriques et liées de façon rigide par un arbre qui passe par leur centre. Les huit voiles sont identiques. C'est la largeur d'une voile qui détermine la distance minimum des deux éoliennes El et E2. Lorsque l'ensemble fait un demi- tour les voiles font en relatif un quart de tour. Lorsque l'ensemble fait un tour les voiles reviennent en position de départ et sont passées quatre fois par la position de l'instant 'T'. Le mouvement de quart de rotation des voiles se fond dans le mouve- ment d'ensemble. Le mat de chaque voile est centré ce qui enlève toute contrainte de rotation, en théorie car en pratique les turbulences sont à prévoir. Le système que j'ai mis au point permet un guidage du mouvement des voiles solide et maitrisé. Les voiles ne sont pas indépendantes, elles sont liées deux par deux en opposées d'une façon rigide avec un angle de 90 degrés. En dessous de chaque voile nous avons un bras coudé non pas dans l'alignement de celle-ci mais avec 15 degrés de décalage dans le sens du mouvement. Au bout du bras une roulette dont l'axe passe par un point .Ce point est l'intersection des axes des 2 deux trains de voiles que nous avons sur chaque éolienne El et E2. Cette roulette n'est pas cylindrique mais conique la forme n'est pas importante .Elle roule sur une surface réglée, la zone de contact est une droite, la projection orthogonale de cette droite sur l'axe donne l'épaisseur de la roulette .Cette 5 surface réglée est établi pour cette roulette, ce bras, cette altitude, etc. .Ce que j'appelle surface réglée est un bloc cubique avec sur une face, une bande de passage avec cette forme, au centre une grande ouverture cylindrique laissant la place à un palier de l'axe principal. Sur chaque mat de voiles nous avons en opposé et à 90 degrés deux 10 voiles, deux bras, deux roulettes .Le mat est bloqué en translation, en butée sur deux paliers mais libre en rotation avec deux degrés de liberté, une roulette en appui sur une surface enlève un degré, la roulette opposée à 90dg enlève le deuxième degré .Le mouvement est bloqué. Nous devons avoir pour utiliser cette surface réglée avoir les mêmes 15 paramètres sur chaque mat de voile pourtant les mats s'intersectent, j'ai utilisé un manchon percé sur un des deux mats. Cette pièce se retrouve à l'intersection des deux mats, sur El et sur E2 .Nous n'avons plus un seul mat mais deux petits reliés par ce moyeu .I1 est traversé par l'autre mat .Cela permet un débattement de 91 degrés, c'est suffisant, il faut 90 degrés. 20 Lorsque nous avons des bourrasques ou du vent fort les éoliennes exis- tantes s'arrêtent avant que leurs pales fléchissent et touchent le mat. Si les voiles de mon éolienne fléchissent, elles ne touchent pas le mat. Sur les éoliennes classiques le mat est cylindrique de petit diamètre par obligation, elle doit s'orienter face au vent, être capable de tourner autour du 25 mat Mon éolienne sera capable de tourner autour du mat mais avec un cylindre d'encombrement maximum correspondant à l'espace laissé par la voile en position basse de El et de E2. J'imagine qu'en augmentant la distance entre les éoliennes El et E2 on puisse installer mon invention sur un bâti- 30 ment cylindrique (un moulin à vent). En cas de bourrasques il faut une réaction rapide, mon système à ressorts permet une réponse immédiate. Chaque voile est constituée de deux panneaux articulés autour du mat, les deux panneaux sont maintenus en position plane par deux ressorts. Suivant la force enregistrée ,les deux panneaux 35 se replient autour de l'axe et offrent moins de prise au vent. A chaque bourrasque les voiles se replient quand elles se trouvent en position haute mais 3 lorsqu' elles sont dans la position basse la force est nulle et donc elles retrouvent leur position plane. Heureusement qu'elles se redressent car elles auraient buté sur le mat principal .Le système est simple souple et très réactif. L'axe du mat principal se trouve entre El et E2 ,et sur l'axe principal qui 5 relie les deux éoliennes. L'ensemble est libre en rotation grâce à une portée de roulements coniques et trois galets réglables . Le mat est fixé au sol, avec 3 renforts à 120 degrés autour de l'embase qui respectent le cylindre d'encombrement. Mon éolienne se doit d'être toujours face au vent, pour se faire, j'ai utilisé 10 le système à queue. La queue est haute pour se retrouver au-dessus des voiles et éviter ainsi les turbulences, elle a une surface respectable et elle se retrouve loin du mat pour augmenter le bras de levier. Cette éolienne est construite pour produire du courant à partir d'un al- ternateur. Il sera vissé sur un berceau soudé sur le mat .La transmission 15 d'énergie se fera par pignon chaine .Un pignon sur l'axe principal qui relie El et E2 avec un petit pignon sur l'axe de l'alternateur, une démultiplication est obligatoire .Avant de bloquer l'alternateur sur le berceau il sera possible de tendre la chaine. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description 20 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 système à deux éoliennes symétriques, les voiles repliables sont en position dé-25 ployée. Figure 2 est une vue de l'éolienne, dont les voiles repliables sont en position repliées. 30 Figure 3 est une vue de l'éolienne, en position intermédiaire à 45 dg. Figure 4 est une vue de l'éolienne, en vue face au vent, en maximum de prise au vent. 35 Figure 5 est une vue en détail des roulettes sur la surface réglée. Figure 6 est une vue isolée de l'axe des voiles. 4 Figure 7 est une vue isolée de l'axe des voiles mais avec un moyeu creu- sé. 5 Figure 8 est une vue isolée de l'intersection des deux axes de voiles. Figure 9 est une vue isolée d'une voile en position déployée. Figure 10 est une vue isolée d'une voile en position repliée. 10 Figure 11 est une vue isolée du plateau avec les sorties des axes de voile. Figure 12 est une vue isolée de la zone de l'alternateur. 15 Figure 13 est une vue isolée de la zone 'mat fixe 'et 'mat mobile' avec l'attache de la queue. Figure 14 est une vue isolée de la queue. 20 Figure 15 est une vue isolée de la transmission d'énergie. Figure 16 est une variante de mon invention, sur un moulin à vent. Figure 17 est une variante de mon invention, éolienne du futur. 25 Comme illustré à la figure 1, une éolienne 1 en vue isoparamétrique comprend une pluralité de voiles 2. L'ensemble est orienté par une queue 3 solidaire du mat mobile, le mat fixe 4 est fixé au sol. La figure 2 représente la même vue figure 1 mais avec un coup de vent, 30 la pluralité de voiles 2 avec 2 voile repliées, la réaction est immédiate. La figure 3 représente l'éolienne 1 en vue latérale, en position intermédiaire. La surface de voile que l'on a avec cette vue latérale, nous donne la sur-face de voile que l'on a en vue de face au vent. 5 La figure 4 représente l'éolienne 1 en vue de face au vent, sur la pluralité de voile 2, seulement deux voiles fonctionnent mais en poussée maximale .Avec un vent de 3 m/s, mais sans rien entrainer, l'éolienne tourne. La figure 5 est une vue isolée, elle explique le mouvement contrôlé des 5 voiles 2, une rotation simultanée de +90dg à -90dg de chaque voile sur un tour de l'éolienne. Ce mouvement est maitrisé sur toutes les positions. L'originalité de ce système tient à la définition de la surface réglée. Il existe un point théorique, l'intersection des axes de voiles 6 et 7 avec en plus l'axe principal de l'éolienne 10 10 positionné par 2 paliers à `chapeau'12. L'axe des pluralités des roulettes 8 passent par ce point théorique. Les éléments, la pluralité des bras 11 des roulettes 8 sont toutes à la même distance de l'axe 10 .Pour 2 degrés de rotation de l'éolienne nous avons 1 degrés de rotation des axes de voiles (de 0 à 90 degrés et de 90 à 0 degrés). La surface réglée résulte de tous ces paramètres. En 15 utilisant les formules de lissage nous obtenons un mouvement régulier des voiles. La figure 6 est une vue isolée d'un axe voile 7 reliant deux voiles 2. Elles sont en vis à vis à 90degrés. Chaque voile est associée avec un bras coudé et sa roulette. L'angle de 15 degrés qui est mis entre chaque voile et son bras peut 20 être dans un sens ou dans un autre. La roulette est en poussant sur la surface réglée ou en tirant. C'est bien sûr une action qui est sur El et sa symétrique E2 . En poussant nous avons tendance à coincer le vent lorsque les voiles passent au niveau supérieur. Cela augmente le rendement de l'éolienne. La figure 7 est vue isolée d'un axe de voile 6 reliant lui aussi les deux 25 voiles 2. La figure 7 ressemble à la figure 6 avec l'élément 13 en plus. Cet élément qui est un manchon creusé, est indispensable à toute ma création. J'avais comme obligation pour construire ma surface réglée d'avoir un point, l'intersection des axes de voiles 6 et 7 .Les deux axes devaient se trouver sur le même le plan pour qu'ils s'intersectent . 30 La figure 8 est une vue isolée , avec des éléments mis en invisible pour rendre visible la zone qui nous intéresse. Le manchon creusé 13 faisant parti de l'axe de voile 6, est traversé par l'axe de voile 7.Les axes ont ici un 020. L'axe de voile 6 a un débattement de 90degrés, le manchon sera fabriqué avec un débattement de 91degrés. Nous avons sur la vue de cette figure la pluralité 35 des paliers `chapeau'14 qui devront assurer les alignements et les positions 6 des axes de voile 6 et 7. La pluralité des bagues de blocage16 en appui sur les paliers 14 garantiront les réglages de translation des différents axes de voile. La figure 9 est une vue isolée d'une pluralité de voiles 2 elles sont 8 toutes identiques et brochées sur les axes voile 6 et 7. 5 Chaque voile est ici constituée de deux battants 17 et 18 qui sont articu- lés autour d'un tube 030 exter.. C'est une noix equipée qui en étant serrée sur le tube 030 donne l'orientation à la voile 2 . La pluralité des ressorts 20 dont le 0 intérieur sera ajusté au 0 extérieur du tube. Ces ressorts 20 plaqueront les deux battants 17 et 18 sur les noix équipées. Un réglage fin pourra se faire 10 à partir des 2 vis M8 en bout des noix équipées. Les battants 17 et 18 seront des cadres mécano-soudé avec des tubes carré de 30/30 et sur un flanc deux pommeaux eux aussi soudés, pour permettre la rotation autour de l'axe voile 21.Le cadre sera couvert d'une tole aluminium épais. 0.8 qui sera rivetée sur le cadre par des 'rivets pops'. Dans 15 les pommeaux on ajustera des coussinets polymère à collerette. La figure 10 ,c'est la figure 9 avec un coup de vent. Seul les deux ressorts se sont resserrés par la poussée du vent sur les battants 17 et 18 le point d'équilibre sera une donnée à définir suivant le ressort et la poussée du vent, On pourra augmenter diminuer la résistance de chaque ressort en modifiant 20 le nombre de spires leur section, le cas échéant en ajouter. La figure 11 c'est la figure 8 mais sans éléments mis en invisible. La liaison de l'axe 10 (voir figure 5) avec le plateau 15 doit aussi permettre le croisement des axes voiles 6 et 7 J'ai utilisé un moyeu acier 22 centré sur le palier à 'chapeau' 12 avec une entretoise aluminium percée sur la périphérie 25 par 4 020 permettant le passage des axes voiles. Ce sont 4 vis 'M12 LD 90'qui fixent le plateau aluminium 15 en traversant l'entretoise 23 et en se vissant sur le moyeu 12. La figure 12 est une vue isolée avec des éléments mis en invisible pour la compréhension de la vue .C'est la poutre principale 24 qui soutient l'ensemble 30 , des deux paliers à 'chapeau' 12 qui eux même permettent aux voiles et aux bras coudés d'évoluer .La poutre principale 24 est fixée sur le chapeau 5,25 par un système de brides et tiges filetées .Cette liaison est réglable pour permettre un réglage de centrage ,d'excentration .Cette poutre soutient la surface réglée 9 .Elle est réglable elle aussi dans tous les sens notamment avec ces 7 triangles aluminium 27 et ces barrettes aciers 28 qui une fois positionnée permettent un positionnement rigide .11 est à remarquer que lorsque les roulettes poussent d'un côté sur la surface réglée 9 de El nous avons en opposition la roulette sur la surface réglée de E2, les forces se neutralisent. Le cha- 5 peau 5,25 a aussi une autre utilisation, il bloque un montage de roulements à rouleaux conique. Ce type de roulement donne un bon centrage avec une bonne résistance à la poussée axiale. Dans la cage 5,26 nous avons deux roulements en opposition avec des cales d'ajustement qui s'appuient sur le bout du mat fixe 4. Les bagues intérieures des deux roulements seront bloquées et 10 serrées sur une entretoise par un gros écrou. La cage 5,26 sera soudée à un long tube dont la terminaison sera représenté figure 13. La figure 13 représente la terminaison de 5 J'ai choisi des rouleaux excentriques28 pour me permettre d'enlever tout jeu et renforcer l'appui de la queue 3. Elle est accrochée au mat mobile 5. Un tube 0 48.3 aluminium qui 15 porte la queue s'emmanche dans une bite acier soudée au mat mobile 5. Une vis M10 lie l'ensemble. La figure 14 c'est la queue 3 ,elle est au bout du tube aluminium. Un tube acier avec un plat soudé .Ce rond acier 31 s'emmanche dans le tube aluminium, avec une liaison par rivetage. Sur l'autre côté de la voile le même tube 20 avec le plat soudé 30, plus court. Pour relier ces deux tubes 30 et 31 quatre plats 29 de deux longueurs différentes. La liaison se fera par des rivets. La voile 32 une tole aluminium ep. 0.8 sera rivetée aux plats des tubes. Ce système semble rigide et évitera toute rotation autour du tube 31. La figure 15 c'est la transmission de l'énergie. Sur le tube 10 un pignon 25 de 20 dents 33 est broché. Ce pignon 33 est accroché au pignon 35 de 9dents. Sur le même arbre nous avons ce pignon 33 avec le pignon 34 de 40 dents. L'arbre est bloqué dans l'espace par deux paliers à chapeau 37. Le `piétage'sur les paliers est donné par des lumières ce qui permet de régler la tension de la chaine. Le pignon 34 est accroché au pignon 36 de 9 dents. Le pignon 36 est 30 monté sur l'arbre de l'alternateur 37.L'alternateur est monté sur le tube de la partie 5.26 du mat mobile 5.11 est monté dans un berceau avec là aussi un 'pietage' avec des trous oblongs ce qui permettra le réglage de tension de la chaine. Il est à remarquer que sur le chapeau 5.25 nous avons un trou 020 qui permet le passage d'un câble, d'un tuyau. 35 8 La figure 16 c'est un moulin à vent qui peut être équipé par mon invention, il existe déjà des systèmes pouvant orienter le toit et les voiles. Les voiles supérieures levées au maximum dégagent une impression de puissance. La figure 17 c'est l'éolienne du futur, elle sera compacte, capable de ré-5 sister à des tempêtes et j'en