Brevet FR3076581A1 — publié le 20190712

AEROGENERATEUR A AXE VERTICAL Domaine de l'invention La présente invention concerne les aérogénérateurs comprenant un rotor présentant plusieurs pales permettant de 5 capter l'énergie du vent, monté sur un axe vertical entraînant un générateur électrique. Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un dispositif qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique disponible sur un arbre de 10 transmission puis en énergie électrique par l'intermédiaire d'un générateur. L'avantage des aérogénérateurs à axe vertical par rapport aux éoliennes à axe horizontal est d'autoriser le fonctionnement avec des vents supérieurs à 220 km/h et quelle 15 que soit leur direction, y compris dans des situations de vent tourbillonnant. Sa vitesse est autorégulée en cas de vent turbulent. Par ailleurs, ce type de solution réduit généralement considérablement le bruit engendré par la turbine. Enfin, ce type d'aérogénérateur à axe vertical ne 20 nécessite pas de système d'orientation par rapport à la direction du vent : une roue est montée sur un axe qui entraîne directement une génératrice. L'éolienne à axe vertical permet de bons rendements pour des vitesses de vent faibles grâce à son principe aérodynamique. 25 L'aérogénérateur vertical est adapté au milieu urbain et peut être implanté directement sur une structure existante, un toit, un garage, une terrasse ou dans un espace vert. Il peut aussi être installé sur un véhicule mobile pour assurer la récupération d'énergie résultant du vent relatif et 30 assurer la recharge d'une batterie ou l'alimentation d'un équipement électrique. 2 Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique différentes familles d'aérogénérateurs à axe vertical : - Les éoliennes Savonius, qui ont un rendement relativement faible, mais possèdent l'avantage d'être peu encombrantes, économiques et esthétique. Cela leur permet d'être intégrées facilement aux bâtiments, sans dénaturer les façades. - Les éoliennes « Darrieus » qui sont plus sophistiquées et, bien qu'elles puissent développer une puissance plus grande, elles ne sont guère répandues car elles ne peuvent pas démarrer toutes seules. Possédant pour la plupart un rendement moins important que les éoliennes "classiques", ce type d'éoliennes permet de s'affranchir des limites introduites par la taille des pales et leur vitesse de rotation. - Les éoliennes à voilure tournante sont équipées de pales dont l'orientation dynamique permet de mieux exploiter l'énergie du vent, à la manière d'un navire à voile. On connaît notamment dans l'état de la technique le certificat d'utilité chinois CN 101255854 décrivant un générateur électrique présentant des pales en forme de cuillère destiné à être installé sur les bâtiments, toit privé, poteau, colonne. On connaît aussi la demande internationale W01997011272 qui concerne un dispositif de conversion de l'énergie éolienne, doté d'un arbre central et un rotor muni de pales en forme de cuillère et à face concave ainsi que la demande internationale W0200975865 concernant des éoliennes à axe vertical et sur des pales creuses incorporant un conduit interne pour détourner une partie d'un écoulement d'air incident sur les pales. 3 Solution apportée par l'invention Selon son acception la plus générale, la présente invention concerne un aérogénérateur comportant au moins un rotor à axe vertical muni d'une pluralité de pales caractérisé 5 en ce que lesdites pales présentent un bras de liaison prolongé par un cuilleron de forme semi-ovoïdale, la pointe étant dirigée du coté opposé à l'axe du rotor, lesdites pales étant disposées pour former au moins une paire de pales symétriques par rapport à l'axe de rotation. Cette 10 configuration de pales permet d'optimiser la production d'énergie aux différents régimes aérauliques, tant pour des faibles pressions aérauliques que pour des vents violents ou tourbillonnants. Avantageusement : 15 - ledit rotor comprend deux paires de pales, orientées perpendiculairement ; - la longueur des bras des pales de l'une desdites paires de pales est différente de la longueur des bras des pales de l'autre paire de pales ; 20 - la longueur Lbras du bras d'une pale est comprise entre 0,5 et 1,5 fois la longueur Lcuilleron du cuilleron de ladite pale ; - la profondeur du creux du cuilleron est comprise entre 0,07 et 0,2 fois la longueur Lcuilleron du cuilleron de 25 ladite pale ; - le plan défini par le bord du cuilleron forme un angle compris entre 5 et 300 par rapport à l'axe du bras de la pale ; 4 - l'axe transversal de plus grande largeur du cuilleron est disposé à une distance comprise entre 0,30 et 0,45 du début de l'axe longitudinal du cuilleron ; - l'aérogénérateur comporte une pluralité de 5 rotors. L'invention concerne aussi : - un système de production d'électricité pour l'alimentation d'une structure fixe, notamment d'un immeuble, caractérisé en ce qu'il comporte un aérogénérateur susvisé ; 10 - un système de récupération d'énergie aéraulique pour l'alimentation d'un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un aérogénérateur susvisé. Description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation 15 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à des exemples non limitatifs de réalisation illustrés par les dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue de dessus du rotor 20 d'un aérogénérateur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue de face d'une pale d'un aérogénérateur selon l'invention. Description du rotor La figure 1 représente une vue schématique de 25 dessus d'un exemple de réalisation d'un rotor selon une variante particulière et non limitative de l'invention. 5 Selon cette variante, le rotor comporte deux paires (10, 20) de pales dont la figure représente une vue de face. Chaque pale présente un bras (11, 12, 21, 22) s'étendant radialement depuis un moyeu (30) monté sur un axe 5 vertical et prolongé par un cuilleron (13, 14, 23, 24) de forme semi-ovoïde. Le cuilleron définit un intrados concave et un extrados convexe. Le plan définit par le bord périphérique (15) du cuilleron (11) forme par rapport au plan vertical passant par l'axe radial (16) un angle A d'environ 200. 10 La partie effilée du cuilleron, dirigée vers l'extérieur de la pale, présente une longueur supérieure à celle de la partie renflée située du coté du moyeu (30). La longueur L1 de la partie renflée, située vers l'intérieur par rapport au plan (17) passant par la partie la 15 plus large du cuilleron, est égale à 2/5 de la longueur totale Lcuilleron du cuilleron. Par ailleurs, la longueur totale Lcuilleron du cuilleron est sensiblement égale à la longueur du bras (11). Dans l'exemple décrit, la profondeur du cuilleron 20 est de l'ordre de 0,1 fois la longueur totale Lcuilleron- Dans l'exemple décrit la longueur des pales d'une des paires (10) est différente de la longueur des pales de l'autre paire (20). Pour l'une des paires, la pale présente les 25 dimensions suivantes : - largeur à dans le plan (17) passant par la partie la plus large du cuilleron : 30 millimètres - Longueur du cuilleron : 45 millimètres 6 - Longueur de la pale (cuilleron+bras) : 100 millimètres. Pour l'autre paire, la pale présente les dimensions suivantes : 5 - largeur à dans le plan (17) passant par la partie la plus large du cuilleron : 22 millimètres - Longueur du cuilleron : 35 millimètres - Longueur de la pale (cuilleron+bras) : 80 10 millimètres. Les pales de l'une paire présentent une configuration homothétique à la configuration des pales de l'autre paire, avec un rapport d'homothétie compris entre 0,65 et 0,85, et de préférence de 0,75. 15 Un aérogénérateur peut être composé de plusieurs rotors dont les axes sont alignés pour former une grappe alimentée par un flux d'air. L'aérogénérateur peut également être carrossé pour forcer l'air en direction du ou des rotors. Ces aérogénérateurs peuvent être installés sur un 20 bâtiment pour contribuer à l'alimentation électrique, ou un mat ou pylône, par exemple sur un mat d'éclairage urbain, pour recharger une batterie, ou encore dans un véhicule (voiture, camion, matériel ferroviaire ou nautique) pour recharger une batterie ou alimenter un équipement électrique par 25 récupération d'énergie REVENDICATIONS1 - Aérogénérateur comportant au moins un rotor une à axe vertical muni d'une pluralité de pales caractérisé en ce que lesdites pales présentent un bras de liaison (11, 12 ; 21, 22) prolongé par un cuilleron (13, 14 ; 23, 24) de forme semiovoïdale, la pointe étant dirigée du coté opposé à l'axe du rotor, lesdites pales étant disposées pour former au moins une paire (10, 20) de pales symétriques par rapport à l'axe de rotation. 2 - Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit rotor comprend deux paires (10, 20) de pales, orientées perpendiculairement. 3 - Aérogénérateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que la longueur des bras (11, 12) des pales de l'une desdites paires (10, 20) de pales est différente de la longueur des bras (21, 22) des pales de l'autre paire de pales. 4 - Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur Lbras du bras (11, 12 ; 21, 20 22) d'une pale est comprise entre 0,5 et 1,5 fois la longueur Lcuilleron du cuilleron (13, 14 ; 23, 24) de ladite pale. 5 - Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la profondeur du creux du cuilleron est comprise entre 0,07 et 0,2 fois la longueur Lcuilleron du 25 cuilleron (13, 14 ; 23, 24) de ladite pale. 6 - Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le plan défini par le bord (17) du cuilleron (13, 14 ; 23, 24) forme un angle compris entre 5 et 300 par rapport à l'axe du bras (11, 12 ; 21, 22) de la pale. 8 7 - Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe transversal de plus grande largeur du cuilleron (13, 14 ; 23, 24) est disposé à une distance comprise entre 0,30 et 0,45 du début de l'axe longitudinal du 5 cuilleron. 8 - Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de rotors. 9 - Système de production d'électricité pour 10 l'alimentation d'une structure fixe, notamment d'un immeuble, caractérisé en ce qu'il comporte un aérogénérateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10 - Système de récupération d'énergie aéraulique pour l'alimentation d'un véhicule caractérisé en ce qu'il 15 comporte un aérogénérateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.