FR2873764A1 - Dispositif d'eolienne a axe vertical et geometrie variable - Google Patents

Abstract

L'éolienne comprend un socle (2) sur lequel est monté tournant, autour d'un axe vertical (A), un rotor (3) avec arbre central (8). Le rotor (3) comporte, dans sa partie inférieure, une pluralité de bras rigides (13) disposés à intervalles angulaires réguliers, et montés pivotants autour d'axes horizontaux (14), de manière à pouvoir se relever ou s'abaisser. Entre les bras (13) et le sommet (21) de l'arbre central (8) sont montées des pales (18, 19, 20) avec des moyens de compensation de longueur (22, 23, 24). Les bras (13) sont couplés à des masselottes logées dans le socle (2). Le sommet de l'arbre central (8) tourne dans un palier porté par un mât-support profilé (12) orientable qui s'étend extérieurement au rotor (3), et qui forme un guide d'entrée du flux d'air agissant sur les pales.Applications : production d'énergie électrique, pneumatique ou hydraulique.

Description

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des

éoliennes, c'est-à-dire des appareils ou installations qui comportent un rotor actionné par le vent, et des moyens convertissant l'énergie mécanique ainsi recueillie en une autre forme d'énergie exploitable, en particulier en

énergie électrique. Plus particulièrement, cette invention se rapporte à un dispositif d'éolienne à axe vertical, autrement dit une éolienne dont le rotor qui capte la force du vent est monté tournant autour d'un axe vertical.

Dans leur conception habituelle, les éoliennes destinées notamment à la production d'électricité à partir de la force du vent sont des éoliennes à axe horizontal. Celles-ci comportent un mât de grande hauteur devant être fermement ancré au sol par sa base, et portant à son sommet un rotor par exemple à trois pales, monté tournant autour d'un axe horizontal. Il s'agit d'installations encombrantes et coûteuses, et néanmoins fragiles, risquant en particulier de ne pas résister à des coups de vents violents.

Il a déjà été proposé des éoliennes à axe vertical, sur lequel est monté tournant, autour d'un axe vertical, un rotor comportant une pluralité d'ailes ou de pales, disposées à des intervalles angulaires réguliers, qui captent la force du vent de manière à entraîner en rotation le rotor; l'arbre central de ce rotor pouvant être accouplé à une génératrice électrique logée dans le socle de l'éolienne. A titre d'exemples de cet état de la technique, il est ici fait référence aux brevets français 547871 et 2803336, au brevet US 5784978, à la demande de brevet allemand 19950103 et à la demande de brevet internationale WO 90/07647. Les conceptions d'éolienne à axe vertical divulguées par ces documents conservent toutes des inconvénients, et pour ces raisons elles n'ont, à ce jour, pas donné lieu à des réalisations industrielles concrètes.

Ainsi, l'éolienne à axe vertical selon le brevet français 547871 conserve un mât de grande hauteur, et elle nécessite d'être stabilisée par des haubans, passant à l'extérieur du rotor, d'où une emprise au sol importante. De plus, ce document ancien ne prévoit ni moyens de réglage, ni moyens de repliement des pales du rotor, d'où un fonctionnement aléatoire et non régulé, et une absence de sécurité en cas de vent très violent.

Le brevet français 2803336 prévoit un rotor à axe vertical, de grand diamètre, avec des ailes de structure complexe, notamment munies de clapets qui s'ouvrent et se ferment alternativement au cours de la rotation du rotor. Le socle nécessite d'être stabilisé par une structure en forme de croix, de grande dimensions et fortement lestée aux extrémités de ses bras. Aucune disposition n'est prévue pour une mise en sécurité en cas de vent très violent.

Les autres documents révèlent des éoliennes à axe vertical qui possèdent une géométrie variable.

Ainsi, le brevet US 5784978 montre un rotor d'éolienne à axe vertical, pourvu d'ailes triangulaires de grandes dimensions, analogues à une voilure de bateau, qui sont réalisées en toile, et prévues pour être enroulées de manière à pouvoir "réduire la voilure" en cas de vent très violent. La structure décrite par ce document, avec des ailes nécessairement en toile, est fragile et sujette à l'usure.

Dans la demande de brevet allemand 19950103, le rotor d'éolienne à axe vertical possède une allure de cône renversé, donc avec une partie supérieure de grand diamètre, de sorte que l'éolienne ne possède pas une stabilité satisfaisante. Les pales du rotor possèdent chacune une extrémité inférieure articulée à la base d'un arbre central, et une extrémité supérieure pouvant, selon la vitesse du vent, être rapprochée ou éloignée de l'arbre central, en fonction de la vitesse du vent. Le système de ce document nécessite toutefois des masselottes placées au sommet des pales, qui ne peuvent qu'aggraver l'instabilité de l'éolienne. De plus, le rapprochement des pales et de l'arbre central reste partiel et ne permet pas une réelle mise en sécurité, en cas de vent très violent.

Enfin, la demande de brevet internationale WO 90/07647 montre, d'une manière assez similaire au document précédent, un rotor d'éolienne à axe vertical qui possède un diamètre important et dont la régulation est assurée par des masselottes prévues à sa périphérie, sur les pales du rotor. Une telle réalisation est d'une faible stabilité et nécessite des haubans passant à l'extérieur du rotor, donc une emprise du sol importante. Ce dernier document enseigne un repliement des pales contre l'arbre central du rotor, pour une mise en sécurité de l'éolienne; toutefois, ce repliement est obtenu au moyen de câbles et de treuils motorisés, donc d'un dispositif complexe et consommateur d'énergie.

La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés, et elle a donc pour but de fournir une éolienne à axe vertical et géométrie variable de structure remarquablement stable, rendant inutile tout haubanage, qui possède un fonctionnement optimisé, parfaitement régulé et à haut rendement, et qui puisse, par des moyens simples, être mise en sécurité en cas de vent très violent ou de non utilisation.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie variable, qui comprend un socle sur lequel est monté tournant, autour d'un axe vertical, un rotor comportant un arbre central, et une pluralité de pales disposées à des intervalles angulaires réguliers autour de l'arbre central et liées à des masselottes de régulation de la vitesse de rotation du rotor, cette éolienne à axe vertical étant essentiellement caractérisée par le fait que son rotor comporte, dans sa partie inférieure, une pluralité de bras rigides disposés à intervalles angulaires réguliers et montés pivotants autour d'axes horizontaux sur l'arbre central du rotor, de manière à pouvoir se relever ou s'abaisser, les pales étant montées entre lesdits bras et le sommet de l'arbre central du rotor, avec des moyens de compensation de longueur, et lesdits bras étant couplés aux masselottes.

Le rotor de l'éolienne à axe vertical, objet de l'invention, possède ainsi une allure conique, avec à sa base des bras "radiaux" relevables, ces bras rigides procurant des points d'attache pour les pieds des pales du rotor, qui convergent toutes vers le sommet de l'arbre central du rotor.

Dans une forme de réalisation préférée du dispositif objet de l'invention, les bras rigides du rotor sont montés pivotants de manière à pouvoir être relevés jusque dans une position sensiblement verticale et accolée à l'arbre central du rotor, de manière à replier toutes les pales contre cet arbre central.

Avantageusement, l'arbre central du rotor de l'éolienne est un arbre profilé creux, muni à sa périphérie d'ailettes longitudinales d'orientation radiale qui délimitent, entre elles, des logements verticaux dans lesquels prennent place, en position relevée et repliée, les bras et les pales.

De préférence, chaque bras rigide du rotor sert d'attache à deux ou plusieurs pales correspondantes, dont les points d'attache respectifs se situent sur le bras à des distances croissantes à partir de l'arbre central. En particulier, la pale radialement la plus extérieure possède un profil horizontal arrondi, apte à fermer le logement de l'arbre central dans lequel sont repliables les pales.

Les moyens de compensation de longueur sont prévus au sommet des pales et comprennent, pour chaque pale, un tendeur avec amortisseur.

Les pales peuvent posséder chacune une structure unitaire, ou en variante être réalisées chacune par une juxtaposition de plusieurs lames parallèles.

Selon un autre aspect de l'invention, l'arbre central du rotor de l'éolienne est monté tournant, d'une part, dans un palier inférieur porté par le socle de l'éolienne et, d'autre part, dans un palier supérieur porté par un mât-support profilé monté sur le socle et s'étendant extérieurement au rotor. De préférence, le mât-support profilé est monté, par sa base, sur une couronne elle-même montée tournante autour de l'axe vertical du rotor, de manière à rendre ce mât-support orientable. Ce mâtsupport profilé possède en particulier un carrossage qui délimite une entrée d'air, laquelle s'oriente face au vent de manière automatique, éventuellement avec l'aide d'une girouette, et qui dirige ainsi le flux d'air vers les pales du rotor, tout en le comprimant, de manière à favoriser la mise en rotation du rotor dans un sens prédéterminé.

Dans un mode de réalisation préférentiel, chaque bras rigide du rotor de l'éolienne est accouplé mécaniquement, au travers du palier inférieur de l'arbre central du rotor, à une masselotte pivotante correspondante logée à l'intérieur du socle de l'éolienne. Selon une forme d'exécution particulière, chaque bras du rotor est relié par l'intermédiaire d'une biellette sensiblement verticale, traversant librement ledit palier inférieur, à la masselotte pivotante correspondante logée à l'intérieur du socle de l'éolienne.

Avantageusement, des moyens sont prévus pour synchroniser les mouvements et positions de toutes les masselottes pivotantes, donc de tous les bras du rotor. Ces moyens de synchronisation sont réalisables sous la forme d'une bague montée coulissante coaxialement à l'arbre central du rotor, et liée par des biellettes aux différentes masselottes. Une telle bague de synchronisation peut, en outre, être accouplée à des moyens d'actionnement, aptes à la déplacer verticalement de manière à placer le rotor de l'éolienne dans des positions particulières, notamment pour la maintenance ou le transport.

Selon un aspect particulier de l'invention, des articulations à rotule ou à cardan sont prévues, d'une part au niveau des points d'attache des pieds des pales sur les bras rigides, et d'autre part au sommet des pales au niveau des tendeurs. Encore plus particulièrement, au niveau du point d'attache de chaque pied de pale sur le bras rigide correspondant, il est prévu un cardan qui possède un premier axe, lié au bras et possédant une direction diagonale relativement au bras, et un second axe orthogonal au précédent, sur lequel est articulée une chape prévue sur le pied de pale, de manière à modifier l'angle d'attaque des pales au fur et à mesure du relevage des bras.

Dans l'ensemble, le dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie 5 variable, objet de l'invention, procure les avantages suivants: En premier lieu, l'éolienne est particulièrement stable, compte tenu de sa forme générale conique et de la répartition des masses, les bras et les masselottes se situant à faible hauteur. Le risque de renversement d'une telle structure étant quasi-nul, celle-ci ne nécessite aucun haubannage et son socle peut être simplement posé au sol, sans fondations ni ancrage, ce qui facilite grandement l'installation de l'éolienne et son éventuel déplacement d'un point d'utilisation à un autre.

Le repliement des bras et des pales, avec escamotage dans des logements correspondants de l'arbre central du rotor, permet d'amener ce rotor dans une configuration de sécurité ou de non-utilisation, qui présente une prise au vent limitée, pour une sécurité maximale notamment en cas de vent très violent, cette configuration pouvant aussi faciliter le transport de l'éolienne.

La multiplicité des pales du rotor, et leur possibilité d'orientation, procure en cours de fonctionnement de l'éolienne un rendement maximal, lequel peut être encore amélioré par l'orientation automatique, sous l'effet du vent, du mât-support profilé qui forme un guide d'entrée du flux d'air agissant sur les pales. En particulier, l'articulation à cardan de chaque pied de pale sur le bras correspondant procure, au fur et à mesure du relevage du bras, une variation et optimisation de l'angle d'attaque de la pale par rapport au flux d'air entrant, canalisé par le mât profilé.

Le fonctionnement est régulé par les masselottes, ainsi que par les bras qui jouent eux-mêmes un rôle de volant d'inertie. La synchronisation des mouvements et positions des masselottes, donc des bras, contribue à l'obtention d'un mouvement de rotation uniforme, non saccadé. Même en position totalement escamotée, les pales du rotor continuent d'offrir une prise au vent limitée, suffisante pour maintenir la rotation, donc la production d'énergie. Le démarrage de la rotation du rotor est également aisé, à partir d'une position d'arrêt. On obtient ainsi une éolienne à fonctionnement optimisé et à haut rendement.

Les moyens d'actionnement, associés à la bague de synchronisation des masselottes, permettent d'amener le rotor dans une position prédéterminée adéquate pour procéder à des opérations de maintenance. En complément, des moyens de freinage de la rotation du rotor permettent de bloquer cette rotation,, pour les nécessités des opérations de maintenance, en assurant la sécurité du personnel d'intervention.

De toute façon, l'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie variable: Figure 1 est une vue d'ensemble, en élévation, d'une éolienne à 10 axe vertical conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue de face, avec coupes partielles, montrant plus particulièrement le rotor de cette éolienne à axe vertical; Figure 3 est une vue partielle du rotor, similaire à la figure 2, illustrant la position escamotée des bras et des pales de ce rotor; Figure 4 est une vue en coupe horizontale passant par le palier inférieur de l'arbre central du rotor, suivant IV-IV de figure 2; Figure 5 est une vue en coupe horizontale passant par les axes de pivotement des bras du rotor, suivant V-V de figure 2; Figure 6 est une en coupe horizontale passant par les axes de 20 pivotement des masselottes, suivant VI-VI de figure 3; Figure 7 est une vue en coupe verticale du socle de l'éolienne; Figure 8 est un schéma illustrant les positions des pales du rotor, lorsque les bras de celui-ci occupent leur position basse; Figure 9 est un autre schéma, similaire au précédent, mais 25 illustrant les positions des pales lorsque les bras du rotor occupent leur position relevée; Figure 10 est une vue schématique en plan par-dessus, illustrant la configuration du mât-support profilé ; Figure 11 est une vue de face d'une articulation à cardan, liant un 30 pied de pale à un bras du rotor; Figure 12 est une vue en coupe de l'articulation à cardan, suivant XII- XII de figure 11; Figure 13 est une vue en perspective de cette articulation à cardan.

En se référant d'abord à la figure 1, l'éolienne à axe vertical comprend un socle 2, surmonté par un rotor 3. Le socle 2, qu peut être constitué par des modules superposés 4, 5 et 6, repose sur un sol horizontal 7.

Le rotor 3 est monté tournant autour d'un axe vertical A, confondu avec l'axe géométrique du socle 2. L'ensemble de l'éolienne présente une allure générale conique, se rétrécissant de bas en haut.

En se référant aux figures 2 et suivantes, on décrira ci-après la 5 structure du rotor 3 et son montage rotatif suivant l'axe A. Le rotor 3 possède un arbre central 8 vertical, constitué par un profilé tubulaire de section pentagonale, pourvu de cinq ailettes longitudinales 9 d'orientation radiale, comme le montre notamment la figure 5. L'arbre central 8 est monté tournant dans un palier inférieur 10, monté sur le module supérieur 4 du socle 2. Le sommet de l'arbre central 8 est monté tournant dans un palier supérieur 11, porté par un mât-support 12 qui s'étend extérieurement au rotor 3, la base du mât-support 12 étant montée sur le socle 2. Le mât-support 12 est rendu orientable autour de l'axe vertical A, par un montage de sa base sur une couronne tournante (non représentée).

L'arbre central 8 du rotor 3 porte, juste au-dessus du palier inférieur 10, cinq bras rigides 13 montés pivotants autour d'axes horizontaux 14 respectifs, chaque bras 13 étant ainsi articulé par une extrémité entre deux ailettes longitudinales 9 consécutives de l'arbre central 8.

Chaque bras rigide 13 offre trois points d'attache, respectivement 15, 16 et 17, situés à des distances croissantes à partir de l'arbre central 8, et prévus respectivement pour trois pales allongées 18, 19 et 20, qui s'étendent vers le haut en direction du sommet du rotor 3. Les sommets de toutes les pales 18, 19 et 20 sont reliés à une même couronne 21 portée par la partie supérieure de l'arbre central 8, et située juste au-dessous du palier supérieur 11 porté le mât-support 12.

Plus particulièrement, la première pale 18 située en position intérieure, c'est-à-dire la plus proche de l'arbre central 8, est reliée par son extrémité inférieure au premier point d'attache 15 sur le bras rigide 13, tandis que l'extrémité supérieure de cette première pale 18 est reliée, par un tendeur 22 avec amortisseur, à la couronne 21.

La deuxième pale 19, située en position intermédiaire, est reliée par son extrémité inférieure au deuxième point d'attache 16 sur le bras rigide 13, tandis que son extrémité supérieure est reliée, par un tendeur 23 avec amortisseur, à la couronne 21.

La troisième pale 20, située en position extérieure c'est-à-dire la plus éloignée de l'arbre central 8, est reliée par son extrémité inférieure au troisième point d'attache 17 sur le bras rigide 13, tandis que son extrémité supérieure est reliée, par un tendeur 24 avec amortisseur, à la couronne 21.

Des articulations à rotule ou à cardan sont prévues, d'une part au niveau des points d'attache 15, 16, 17 et d'autre part au niveau des tendeurs 22, 23, 24, comme décrit plus en détail ci-après.

Comme le montre aussi schématiquement la figure 8, la première pale 18 et la deuxième pale 19 possèdent des sections horizontales respectives sensiblement rectilignes, et s'étendent à peu près parallèlement l'une à l'autre. Par contre, la troisième pale 20, qui est la plus extérieure, possède un profil horizontal arrondi, avec une orientation générale différente de celle des deux premières pales 18 et 19.

Dans l'exemple illustré au dessin, à chacun des cinq bras rigides 13 sont ainsi associées trois pales 18, 19 et 20, de sorte que le rotor 3 possède au total quinze pales, selon une disposition qui se répète à l'identique autour de l'axe vertical A tous les 72 .

En se référant aux figures 2 et 6, il est associé à chaque bras rigide 13 une masselotte 25 logée à l'intérieur du module supérieur 4 du socle 2, le module 4 renfermant ainsi cinq masselottes 25 identiques, régulièrement réparties angulairement autour de l'axe vertical A. Chaque masselotte 25 est montée pivotante autour d'un axe horizontal 26.

Plus particulièrement, chaque bras rigide 13 est ici relié à la masselotte 25 correspondante, logé au-dessous de ce bras 13 à l'intérieur du module 4 du socle 2, par l'intermédiaire d'une biellette 27 qui s'étend en direction sensiblement verticale. Chaque biellette 27 traverse librement une ouverture verticale correspondante 28 ménagée dans la partie centrale tournante 29 du palier inférieur 10 de l'arbre central 8.

Toutes les masselottes pivotantes 25 sont accouplées à une bague de synchronisation 37 commune, montée coulissante en direction verticale autour de la partie inférieure de l'arbre central 8 du rotor 3. La bague de synchronisation 37 est liée par des biellettes 38 sensiblement verticales aux différentes masselottes 25, les biellettes 38 étant articulées aux masselottes 25 en des points excentrés par rapport aux axes de pivotement 26. D'autres moyens du genre tiges 39 accouplent la bague de synchronisation 37 à des moyens d'actionnement (non représentés), prévus pour commander le relèvement ou l'abaissement de cette bague 37.

En se référant maintenant à la figure 7, on décrira plus en détail la structure interne du socle 2, dans le cas (pris ici pour exemple) d'une éolienne destinée à la production d'électricité.

Comme déjà décrit précédemment, le module supérieur 4 du 5 socle 2 loge les cinq masselottes pivotantes 25, couplées respectivement aux cinq bras rigides 13 du rotor 3.

Le module intermédiaire 5 du socle 2 renferme ici une génératrice électrique 30, dont le rotor est lié en rotation à l'extrémité inférieure de l'arbre central 8 du rotor 3, prolongé vers le bas. Ce module intermédiaire 5 renferme aussi un coffret électrique 31 assurant les fonctions de contrôle et de surveillance.

Le module inférieur 6 du socle 2 contient une batterie d'accumulateurs 32, et un appareillage électrique 33 du genre onduleur, délivrant un courant alternatif utilisable, pouvant être prélevé sur une prise 34.

Des moyens d'assemblage simples assurent la liaison démontable entre les différents modules 4, 5 et 6 du socle 2. Comme le montre la figure 1, ces modules peuvent comporter des portes d'accès 35.

Les modules 4, 5 et 6 du socle 2 possèdent une section horizontale circulaire ou polygonale. Des blocs de lestage (non représentés), logés à la 20 base du socle 2, peuvent améliorer la stabilité de l'éolienne.

Le fonctionnement du dispositif d'éolienne à axe vertical est conditionné par la configuration du mât-support 12 et aussi par les particularités de la liaison articulée entre le pied de chaque pale 18, 19 ou 20 et le bras rigide 13 correspondant.

En se référant à la figure 10, le mât-support 12 est profilé et possède en particulier un carrossage 40, formé de deux parties pleines qui s'étendent en direction générale verticale, à distance l'une de l'autre, de manière à délimiter entre elles une entrée d'air 41. L'intérieur du carrossage 40 est avantageusement équipé de pièges à bruits, et d'éléments chauffants anti- gel En se référant aux figures 11 à 13, qui représentent à titre d'exemple le détail du point d'attache 17 du pied de la pale 20 sur le bras 13 correspondant, on notera que ce point d'attache est constitué par une articulation à cardan, avec deux axes B et C orthogonaux. Le premier axe B s'étend dans une direction diagonale, par rapport au bras 13. Ce premier axe B est matérialisé par un corps 42 de forme générale cylindrique, monté tournant dans deux paliers opposés 43 et 44, fixés sur le bras 13. Le pied de la pale 20 est muni d'une chape 45 dirigée vers le bas, dont les deux branches passent de part et d'autre du corps 42 et sont reliées entre elles par l'axe C qui traverse le corps 42 suivant une direction diamétrale.

En cours de fonctionnement de l'éolienne, la force du vent s'exerce sur les pales 18, 19, 20 associées aux différents bras 13, de manière à mettre en rotation l'ensemble du rotor 3 autour de l'axe vertical A. Le mât-support profilé 12 s'oriente de lui-même en fonction de la direction instantanée du vent, de manière à placer son entrée d'air 41 face au vent, de sorte que l'air se trouve canalisé en direction des pales 18, 19, 20 du rotor 3, afin de favoriser la mise en rotation de ce rotor 3.

L'ensemble des masselottes 25 accompagne le rotor 3 dans sa rotation autour de l'axe vertical A, et selon la vitesse de rotation du rotor 3, donc en fonction de la vitesse du vent, ces masselottes 25 pivotent plus ou moins vers le haut, autour de leurs axes de pivotement 26 respectifs, sous l'effet de la force centrifuge. Le pivotement des masselottes 25 est transmis, par l'intermédiaire des biellettes 27, aux bras rigides 13 correspondants, lesquels sont ainsi amenés dans des positions correspondantes plus ou moins relevées. Grâce à la bague de synchronisation 37, les déplacements et positions de toutes les masselottes 25, donc aussi de tous les bras 13, sont coordonnés et assurent ainsi une rotation régulière du rotor 3.

Plus particulièrement, dans la position de base montrée aux figures 1, 2, 5, 7 et 8, les masselottes 25 sont orientées vers le bas, et les bras rigides 13 occupent une position inclinée d'environ 45 sur l'horizontale ou sur la verticale. Les trois pales 18, 19, 20 associées à chaque bras 13 sont alors écartées au maximum les unes des autres, et de l'arbre central 8 du rotor 3.

L'augmentation de la vitesse de rotation s'accompagne d'un relevage des masselottes 25 qui, transmis par les biellettes 27 aux bras 13, relève ces bras 13 et rapproche les pales 18, 19, 20 les unes des autres, ainsi que de l'arbre central 8. Le système est ainsi auto-régulé. On notera que la disposition est telle que les biellettes 27 ne rencontrent aucun obstacle au cours de la rotation du rotor 3, et transmettent ainsi à tout moment la position des masselottes 25 aux bras 13 correspondants.

Au fur et à mesure du relevage des bras 13, les tendeurs 22, 23, 24 35 compensent le rapprochement des points d'attache 15, 16, 17 avec le sommet du rotor 3, et maintiennent les pales 18, 19, 20 à l'état tendu.

Les figures 3, 6 et 9 illustrent les positions relevées extrêmes des masselottes 25 et des bras 13. Les bras 13 sont ici relevés sensiblement à la verticale, et le pales 18, 19, 20 sont elles aussi sensiblement verticales; tous ces éléments prennent alors place dans les logements 36 qui sont délimités, à la périphérie de l'arbre central 8 du rotor 3, entre les ailettes 9 consécutives. Considérant le fait que les pales 20 les plus extérieures possèdent un profil arrondi, l'ensemble des pales 20 ainsi escamotées forme pratiquement une surface cylindrique continue, de sorte que le rotor 3 n'offre qu'une prise au vent limitée, autorisant toutefois sa mise en rotation. Ainsi, la position ici considérée est une position de mise en sécurité de l'éolienne, utilisable en cas de vent très violent.

Compte tenu de la disposition des articulations à cardan, liant les pieds des pales 18, 19, 20 aux bras 13 correspondants, l'orientation de ces pales 18, 19, 20 se modifie automatiquement, au fur et à mesure du relevage des bras 13, de manière à optimiser l'angle d'attaque des pales 18, 19, 20 par rapport au flux d'air entrant. Chaque articulation à cardan peut être munie d'un système de réglage fin, permettant d'affiner l'optimisation de l'angle d'attaque de chaque pale 18, 19, 20 par rapport au flux d'air.

Au sujet du fonctionnement précédemment décrit, on notera aussi 20 que l'ensemble des bras 13 et des masselottes 25 constitue un volant d'inertie qui permet de "lisser" les à-coups.

Enfin, les moyens d'actionnement de la bague de synchronisation 37 permettent de placer l'éolienne, en particulier son rotor 3, dans une position particulière adaptée pour sa maintenance, le rotor 3 pouvant alors être bloqué en rotation.

Alors que l'exemple de réalisation décrit jusqu'ici est une éolienne appliquée à la production d'électricité, au moyen d'une génératrice 30 mue par l'axe central 8 du rotor 3, il est clair que la même structure générale d'éolienne et de rotor est aussi applicable à la production d'air comprimé, ou à la fourniture d'un fluide hydraulique sous haute pression. Dans le cas de la production d'air comprimé, le rotor est accouplé à un compresseur d'air qui alimente un ou plusieurs réservoirs d'air comprimé, le compresseur et le ou les réservoirs étant logés à l'intérieur ou à l'extérieur du socle de l'éolienne. Dans le cas de la fourniture de fluide hydraulique sous haute pression, le rotor de l'éolienne est accouplé à une pompe hydraulique qui alimente au moins un 15 20 25 30 35 réservoir de fluide sous haute pression, la pompe et le réservoir étant, dans ce cas également, logés à l'intérieur ou à l'extérieur du socle de l'éolienne. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne

se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie variable qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe.

C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: en modifiant des détails de formes, par exemple du socle de l'éolienne; en modifiant le nombre des bras rigides du rotor, de préférence en conservant un nombre impair de bras, par exemple trois ou sept bras; en modifiant le nombre des pales associées à chaque bras du rotor; en réalisant les pales en tous types de matériaux adaptés, présentant à la fois des qualités de souplesse et de solidité ; en réalisant chaque pale du rotor non pas sous forme de structure unitaire, comme illustré au dessin, mais par une juxtaposition de plusieurs lames parallèles, qui s'étendent chacune entre un bras rigide et la partie supérieure du rotor; en ayant recours à tous moyens équivalents, par exemple en réalisant le couplage entre chaque bras du rotor et la masselotte correspondante au moyen d'un mécanisme à crémaillère, qui remplacerait la biellette, la crémaillère traversant verticalement le palier inférieur; en prévoyant une assistance, par exemple hydraulique ou électrique, pour l'asservissement de la position de chaque bras à la position de la masselotte correspondante; en utilisant tous des moyens motorisés mécaniques ou hydrauliques, voire manuels, permettant de relever ou d'abaisser la bague de synchronisation liée aux masselottes, pour le relevage des bras du rotor, en vue de leur escamotage dans les logements correspondants formés sur l'arbre central du rotor; en destinant le même dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie variable à la production de toute forme d'énergie: électrique, mécanique, pneumatique, hydraulique, etc..., par tous moyens de génération, de stockage éventuel et de distribution de cette énergie.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'éolienne à axe vertical et géométrie variable, comprenant un socle (2) sur lequel est monté tournant, autour d'un axe vertical (A), un rotor (3) comportant un arbre central (8), et une pluralité de pales (18, 19, 20) disposées à des intervalles angulaires réguliers autour de l'arbre central (8) et liées à des masselottes (25) de régulation de la vitesse de rotation du rotor (3), caractérisé en ce que le rotor (3) comporte, dans sa partie inférieure, une pluralité de bras rigides (13) disposés à intervalles angulaires réguliers et montés pivotants autour d'axes horizontaux (14) sur l'arbre central (8) du rotor (3), de manière à pouvoir se relever ou s'abaisser, les pales (18,19, 20) étant montées entre lesdits bras (13) et le sommet (21) de l'arbre central (8) du rotor (3), avec des moyens de compensation de longueur (22, 23, 24), et lesdits bras (13) étant couplés aux masselottes (25).

2. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras rigides (13) du rotor (3) sont montés pivotants de manière à pouvoir être relevés jusque dans une position sensiblement verticale et accolée à l'arbre central (8) du rotor (3), de manière à replier toutes les pales (18,19, 20) contre cet arbre central (8).

3. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre central (8) du rotor (3) est un arbre profilé creux, muni à sa périphérie d'ailettes longitudinales (9) d'orientation radiale qui délimitent, entre elles, des logements verticaux (36) dans lesquels prennent place, en position relevée et repliée, les bras (13) et les pales (18,19, 20).

4. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bras rigide (13) du rotor (3) sert d'attache à deux ou plusieurs pales (18,19, 20) correspondantes, dont les points d'attache (15, 16, 17) respectifs se situent sur le bras (13) à des distances croissantes à partir de l'arbre central (8).

5. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la pale (20) radialement la plus extérieure possède un profil horizontal arrondi, apte à fermer le logement (36) de l'arbre central (8) dans lequel sont repliables les pales (18, 19, 20).

6. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de compensation de longueur sont prévus au sommet des pales (18, 19, 20) et comprennent, pour chaque pale, un tendeur avec amortisseur (22, 23, 24).

7. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 6, caractérisé en ce que des articulations à rotule ou à cardan sont prévues, d'une part au niveau des points d'attache (15, 16, 17) des pieds des pales (18, 18, 20) sur les bras rigides (13), et d'autre part au sommet des pales (18, 19, 20) au niveau des tendeurs (22, 23, 24).

8. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au niveau du point d'attache (15, 15, 17) de chaque pied de pale (18, 19, 20) sur le bras rigide (13) correspondant, il est prévu un cardan qui possède un premier axe (B) lié au bras (13) et possédant une direction diagonale relativement au bras (13), et un second axe (C) orthogonal au précédent, sur lequel est articulée une chape (45) prévue sur le pied de pale (18, 19, 20), de manière à modifier l'angle d'attaque des pales (18, 19, 20) au fur et à mesure du relevage des bras (13).

9. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les pales (18, 19, 20) possèdent chacune une structure unitaire.

10. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les pales (18, 19, 20) sont réalisées chacune par une juxtaposition de plusieurs lames parallèles.

11. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'axe central (8) du rotor (3) est monté tournant, d'une part, dans un palier inférieur (10) porté par le socle (2) de l'éolienne et, d'autre part, dans un palier supérieur (11) porté par un mât-support profilé (12) monté sur le socle (2) et s'étendant extérieurement au rotor (3).

12. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 11, caractérisé en ce que le mât- support profilé (12) est monté, par sa base, sur une couronne elle-même montée tournante autour de l'axe vertical (A) du rotor (3), de manière à rendre ce mât-support (12) orientable.

13. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le mât-support profilé (12) possède un carrossage (40) qui délimite une entrée d'air (41), laquelle s'oriente face au vent de façon automatique, et qui dirige ainsi le flux d'air vers les pales (18, 19, 20) du rotor (3).

14. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que chaque bras rigide (13) du rotor (3) de l'éolienne est accouplé mécaniquement, au travers du palier inférieur (10) de l'arbre central (8) du rotor (3), à une masselotte pivotante (25) correspondante logée à l'intérieur du socle (2) de l'éolienne.

15. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque bras (13) du rotor (3) est relié par l'intermédiaire d'une biellette (27) sensiblement verticale, traversant librement ledit palier inférieur (10), à la masselotte pivotante (25) correspondante logée à l'intérieur du socle (2) de l'éolienne.

16. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que des moyens (37, 38) sont prévus pour synchroniser les mouvements et positions de toutes les masselottes pivotantes (25), donc de tous les bras (13) du rotor (3).

17. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation sont réalisés sous la forme d'une bague (37) montée coulissante coaxialement à l'arbre central (8) du rotor (3), et liée par des biellettes (38) aux différentes masselottes (25).

18. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon la revendication 17, caractérisé en ce que la bague de synchronisation (38) est accouplée à des moyens d'actionnement (39), aptes à la déplacer verticalement de manière à placer le rotor (3) dans des positions particulières.

19. Dispositif d'éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que le socle (2) de l'éolienne est constitué de modules superposés (4, 5, 6), les masselottes (25) étant logées à l'intérieur du module supérieur (4) du socle (2)