WO2007113401A2 - Eolienne equipee d'une voilure tournante - Google Patents

Eolienne equipee d'une voilure tournante Download PDF

Info

Publication number
WO2007113401A2
WO2007113401A2 PCT/FR2007/000566 FR2007000566W WO2007113401A2 WO 2007113401 A2 WO2007113401 A2 WO 2007113401A2 FR 2007000566 W FR2007000566 W FR 2007000566W WO 2007113401 A2 WO2007113401 A2 WO 2007113401A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
wind
rotor
speed
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2007/000566
Other languages
English (en)
Other versions
WO2007113401A3 (fr
Inventor
Pierre Dieudonne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2007113401A2 publication Critical patent/WO2007113401A2/fr
Publication of WO2007113401A3 publication Critical patent/WO2007113401A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/321—Wind directions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine equipped with a rotary wing.
  • a wind turbine equipped with a rotary wing comprising: a central mast which extends along a vertical axis, a wind adjustment shaft, mounted coaxially on the mast, in rotation along the axis vertical, a rotor mounted coaxially on the mast, rotating along the vertical axis and adapted to be rotated under the effect of wind, the rotor comprising at least two pairs of arms equidistributed, the arms of each pair of arms extending in the same radial direction with respect to the vertical axis and being spaced apart from one another vertically, at least two blades each mounted in rotation along an axis proper parallel to the vertical axis between the arms of the one of the pairs of arms, a set of transmissions comprising, for each blade, a rotational movement transmission mechanically coupling in rotation said blade to the wind-adjusting shaft, the transmission of each blade being adapted for driving.
  • Document GB-2 241 747 describes a wind turbine of this type which presents significant risks of deterioration when the wind blows at a speed incompatible with the various members of the wind turbine, and in particular those guiding the rotation of the rotor.
  • the detection and control assembly is adapted to control the rotation speed change of each blade between the energy speed and the flag speed at a time defined by: the pair of upwinding arms is perpendicular to the wind direction, and the blade having a minimum drag is perpendicular to the arms of the pair of upwinding arms, and - the flag gear, the energy gear and the clutch are in phase
  • the detection and control assembly comprises: a first a pair of sensors comprising a transmitter on the wind adjustment shaft and a receiver on the rotor, facing the emitter of the first pair of sensors, said first pair of sensors being adapted to detect a moment of said synchronization trajectory where the pair of arms upwind is perpendicular to the wind direction, a second couple of sensors including a transmitter on each blade and a receiver on one of the arms between which s said blade is mounted opposite the emitter of the second sensor pair, the second pair of sensors being adapted to detect a said moment of rotation synchronization of the blade where the blade having a minimal drag is perpendicular to
  • FIG. 6 is a schematic representation similar to that of Figure 5, showing intermediate positions of energy recovery and correspondence with the sailing of a sailboat
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation in longitudinal and transverse sections of a wind turbine mast, winding shaft and rotor
  • FIG. 8 is a schematic representation of first sensors of a detection assembly and of the wind turbine, the sensors detecting a synchronization moment trajectory for which a pair of arms carrying one of the blades upwind is per
  • 9 is a schematic representation of second sensors of a set of detection and control of the wind turbine, the sensors detecting a rotation synchronization moment for which the blade of the pair of arms going back to the wind direction.
  • FIG. 10 is a schematic top view of the rotor comprising two stages of angularly offset pairs of arms;
  • FIGS. 11 to 14 schematically show in plan view the stages of the passage of each blade of the rotor; wind turbine with a flag speed in which said blade has a relative position with respect to the feathering wind at an energy speed in which said blade has the energy recovery position,
  • FIGS. 15 to 18 diagrammatically show in plan view the steps of the passage of each blade of the wind turbine from the energy speed to the flag speed;
  • FIG. 19 is a representation similar to that of FIG.
  • a wind turbine adapted to transform a kinetic energy linked to a air circulation in the form of wind into electrical energy.
  • the wind adjustment shaft 30 is controlled and driven by the detection and control assembly so, by a rotation on itself along the vertical axis, to be placed in a setting position, which will be described more away, and allow to recalibrate the orientation of the blades 70 according to the wind direction 0.
  • the rotor 40 may be in the form of a tubular frame comprising a base and an upper part.
  • the mast can support the weight of the rotor 40 through a thrust bearing located, for example, at its top to simplify the accessibility of the thrust bearing for its replacement. The rotor 40 is then suspended from this thrust bearing.
  • a rotor 40 having a stage of pairs of arms 41 can be provided.
  • the rotor 40 may comprise at least two stages of pairs of arms. , which stages are vertically offset with respect to each other. In this way, it is possible to adapt a larger recovery and regulation range required for this wind bandwidth and thus optimize energy production for all wind speeds 0 of this wind bandwidth. .
  • the wind turbine may further comprise: a rotor brake 47 adapted to block the rotor 40, in particular for making it safe in the event of winds that are incompatible with the wind bandwidth exploitable by the wind turbine, a coupled start / end cycle engine to the rotor and adapted to start the rotation of the rotor 40 at the beginning of the cycle, for the startup of the wind turbine, and to continue the rotation of the rotor 40 at the end of the cycle.
  • a rotor brake 47 adapted to block the rotor 40, in particular for making it safe in the event of winds that are incompatible with the wind bandwidth exploitable by the wind turbine
  • a coupled start / end cycle engine to the rotor and adapted to start the rotation of the rotor 40 at the beginning of the cycle, for the startup of the wind turbine, and to continue the rotation of the rotor 40 at the end of the cycle.
  • Each blade 70 may have a leading edge 3, by which the blade 70 comes into contact with the wind 0, and a trailing edge 4 opposite the leading edge 3 and which is subjected to the wind 0 last.
  • a wind axis 5 of the blade is also defined as being the axis passing through the leading edge 3 and the trailing edge 4. In the embodiment shown, it is expected that each blade 70 has a symmetrical profile with respect to at a vertical plane comprising the wind axis 5 of said blade 70.
  • each blade 70 is adapted to drive said blade 70 in rotation along the proper axis 6 of said blade 70 at a speed referred to as energy, in which, when the rotor 40 makes a turn along the vertical axis in a direction of rotation , For example counterclockwise in the figures, said blade 70 is a half turn along the own axis 6 of said blade 70 in an opposite direction of rotation, for example hourly in the figures.
  • the adjustment position is the position for which the blade 70 mounted between the arms 41 of the pair of upwinding arms 41 is in a standing wind pattern 13 and has a minimal drag when said arms 41 are perpendicular to the direction of the wind.
  • the transmission of each blade 70 comprises a mechanical gearbox 60 with two speeds adapted to drive said blade 70 in rotation along the proper axis 6 of said blade 70 selectively at the energy speed and at a speed of said flag speed in which, when the rotor 40 makes a turn along the vertical axis in the anticlockwise rotation direction, said blade 70 makes a turn along the own axis 6 of said blade 70 in the clockwise direction of rotation. In this way, as shown in FIG.
  • the transmission assembly comprises a master gear 56 integral with the wind adjustment shaft 30.
  • the transmission of each blade 70 may comprise a transmission shaft 58 having a shaft section 62 and an output shaft section 66.
  • the transmission of each blade 70 may also include a first tapered coupling 45 between the master gear 56 and a slave gear 57 integral with the input shaft section 62. , and a second conical coupling 75 between said blade 70 and the output shaft section 66.
  • the couplings of the inlets and outlets of each two-speed gearbox 60 and the tapered couplings 75 of the blades 70 may be chosen or designed according to their ability to damp the gear shifts at the output of the two-speed gearboxes 60.
  • the transmission shafts 58 can also dampen the gear changes by being designed for example to behave as a torsion bar.
  • the two-speed mechanical gearbox 60 of each transmission may comprise a flag gear 67, an energy gear 68, and a clutch 69 and being adapted to connect the input shaft section 62 and the output shaft section 66 : by means of the flag gear 67 by coupling the clutch 69 with the flag gear 67 so as to drive said blade 70 in rotation at the flag speed, or - via the energy gear 68, in coupling the clutch 69 with the energy gear 68 to drive said blade 70 in rotation at the energy speed.
  • This multiplier effect can be compensated for returning to a 1: 1 ratio, a revolution of the rotor 40 causing a revolution of a primary shaft 65 of a two-speed gearbox gear change stage 60.
  • the two-speed gearbox 60 of each transmission can be divided into two sections, a reduction section R and a speed change section V.
  • the reduction section R is designed to transmit to the primary shaft 65 of the speed change section V, a rotational speed equal to the rotational speed of the rotor 40 (ie a revolution of the rotor 40 causes a revolution of the primary shaft 65 of the speed change stage V).
  • two primary master gears can be coupled, one for the flag speed and the other for the energy speed, respectively meshing with the flag gear 67 for the transmission. flag speed and energy gear 68 for energy speed.
  • the ratios are calculated so that: the flag gear 67 rotates at a speed equal to that of the corresponding master primary gear, the energy gear rotates at a speed half that of the corresponding master primary gear.
  • the clutch 69 is coupled to the output shaft section 66.
  • a splined portion may be provided transversely provided on the output shaft section 66, the clutch 69. providing the gear change by coupling to either the flag gear 67 or the power gear 68.
  • the two gears can then freely rotate on the output shaft section 66 and thereby be located on the smooth parts of the output shaft section 66.
  • the flag gears 67 and energy 68 may be made so as to each have in a radial portion "dog side 69" a recessed machining adapted to receive a raised machining of the clutch 69 that will mate with the gear in question when changing gears.
  • the detection and control assembly is adapted to: detect a wind speed and direction, an angular position of the pairs of arms 41 and an angular position of the blades 70, and control the rotation of the wind adjustment shaft 30 to the setting position in which the blade 70 mounted between the arms 41 of the pair of arms 41 upwind has minimal drag when said arms are perpendicular to the direction of the wind, - control the change of rotation speed of each blade 70 enters the energy speed and the flag speed when the wind speed exceeds a threshold speed.
  • the detection and control assembly may comprise: a first pair of sensors comprising a transmitter 49 on the wind-adjusting shaft 30 and a receiver 50 on the rotor 40, opposite the transmitter 49 of the first pair of sensors, said first pair of sensors being adapted to detect a moment of said trajectory synchronization where the pair of arms 41 upwind is perpendicular to the direction of the wind, a second pair of sensors comprising a transmitter 79 on each blade 70 and a receiver 54 on one of the arms between which said blade 70 is mounted, opposite the transmitter 79 of the second sensor pair, the second pair of sensors being adapted to detect a moment of said synchronization rotation of the blade 70 where the blade 70 having a minimum drag is perpendicular to the arms 41 of the pair of arms upwind, - third pairs of sensors E67D / R67D, E69 / R69, E68E / R68E the phase gearing of the flag gear 67, of the energy gear 68 and of the clutch 69, a detection device comprising, for example, an ane
  • FIG. 8 the magnetic transmitter or other (emitter portion of the sensor) 49 located on the wind adjustment shaft 30 in a position which corresponds to more than 90 ° of the defined wind axis by the wind vane 22; the magnetic transmitter 49 is placed opposite the arms 41 of the rotor 40 which wind up, the receiver 50 placed on an inner part of the rotor 40 in the extension of each arm 41 of the rotor 40 (a receiver 50 through pair of rotor arms 40 supporting the blades 70.
  • the magnetic transmitter or other (emitter portion of the sensor) 49 located on the wind adjustment shaft 30 in a position which corresponds to more than 90 ° of the defined wind axis by the wind vane 22; the magnetic transmitter 49 is placed opposite the arms 41 of the rotor 40 which wind up, the receiver 50 placed on an inner part of the rotor 40 in the extension of each arm 41 of the rotor 40 (a receiver 50 through pair of rotor arms 40 supporting the blades 70.
  • the receiver 50 is then in front of the transmitter 49, triggering the moment of synchronization trajectory of the blade 70 supported by the arm 41.
  • the blade rotation synchronization moment 19 can be established at the moment when the wind axis 5 of the wind-up blade 70 is perpendicular to the pair of arms 41 of the rotor which supports the blade 70.
  • the moment rotation synchronization 19 can be detected by (FIG. 9): two magnetic or other transmitters (sensor emitting parts) 79 located on the axis of rotation of each blade 6 at + 90 ° and -90 ° of its wind axis 5, a receiver 54 located on the arm of the rotor 41 to be triggered when the wind axis 5 of the blade 70 is perpendicular to the arm of the rotor 41 which supports it.
  • the sensor couples 54, 79 may cover a detection range covering the games due to the rotation transmission of blades on themselves.
  • This moment detected by the sensors is regulated by the input and output couplings of the two-speed gearboxes 60 so as to be perfectly synchronized in the middle of two ranges of the combined moments of synchronization trajectory pale 18 and synchronization rotation pale 19.
  • the rotor receiver sensor 50 detects the trajectory synchronization moment 18 of the blade 70 and engages the corresponding contact of the automaton in the working position.
  • the receiver sensor 54 detects the rotation synchronization moment 19 of the blade 70 on itself and engages the corresponding contact in the working position.
  • R68E detects the moment of change of speed in correlation with the receiver sensor R69.
  • the initiation of the rotational speed change of the blade in the desired direction is effective, ie in energy speed, the determining contact for this speed is the correlation of the contacts R69 and R68E, or flag speed, the determining contact for this speed being the correlation of the contacts R69 and R67D.
  • the blades 70 are coupled by their transmissions to the wind-adjusting shaft 30.
  • the wind-adjusting shaft 30 constitutes the master spindle of the master gear 56 of the tapered couplings 45 feeding the two-speed gearboxes 60 and consequently the entire chain of transmission of rotation of the blades 70 on themselves.
  • the controller 25 may have the following contacts:
  • the generators 80 can be directly coupled to a multiplier system.
  • the multiplier system can supply: a centrifugal stage compressor delivering its production of compressed air in a chamber (tank) high pressure acting as a buffer, the generators 80 driven by turbines powered by air compressed from this high-pressure chamber, - regulators / flow regulators will be inserted in the supply circuit of the turbines supplying the generators, a whole system of safety, including valves, valves and by-pass, provided on the part pressurized air.
  • a first mode of operation relates to the start of the wind turbine operating in energy recovery.
  • the automaton 25 triggers the start-up process in the following order: launching the start / end motor 100 to start the rotor 40 , unlocking the rotor brake 47, clutching the start / end motor 100 by means of a clutch 99, the rotor 40 starts its rotation,
  • the sensors simultaneously detect the pale trajectory synchronization moment 18, the pale rotation synchronization moment 19 and the blade rotation speed change moment on itself.
  • the blade 70/1 is in a tailwind 17 and offers maximum traction to the rotor 40
  • the blade 70/2 is in a crosswind 15 and offers additional traction on the rotor 40
  • the blade 70/3 undergoes the speed change process described above and switches to energy speed.
  • the blade 70/1 is again in the course of crosswind 15 after having tacked (to compare with the maneuvers of a sailboat), the blade 70/2 it is in a downwind direction 17 and offers maximum traction to the rotor 40, the blade 70/3 is at crosswind 15 and becomes a motor of the rotor 40 in turn and the blade 70/4 undergoes the process of changing the rotor 40 speed described above and switches to energy speed.
  • a watch will be made on the wind speed 0 in order to determine the speed setting of the blades always at the following synchronization times: - the moment of synchronization-trajectory of blade 18, the moment of synchronization-rotation of blade 19, the moment of change of speed of rotation of the blade on itself.
  • the blades 70 and the rotor 40 can be dimensioned so that the blade 70 placed in an energy recovery position in which said blade 70 has a maximum drag is not vented by one of the other blades 70 and in particular the follower blade.
  • the rotor 40 Under the wind speed, the rotor 40 tends to accelerate its rotation beyond the permitted speed.
  • the retarder - speed regulator 90 begins to play its role by braking the rotor 40. From a certain load developed by the retarder / speed regulator 90, the generator 80/2 is engaged and relieves all the retarder - speed regulator. The rotor acceleration, braking by the retarder - regulator and the clutch of one of the generators continue, until all the generators 80 are in production of energy.
  • the control system can decide the feathering of the blades 70 of a stage of the rotor 40.
  • control system may decide to disengage one or more generators 80 until the intervention of the driver - speed controller 90 for slowing down the required working speed.
  • the shift order can be given to switch from the energy speed to the flag speed.
  • the change of speed is carried out, for example in FIG. 15, on the blade 70/1 which is in the shape of a standing wind.
  • the speed of rotation of the blade 70/1 on itself is then the flag speed
  • the blades 70/1 and 70/2 are in the shape of a standing wind.
  • the controller 25 can control: the disengagement of the engine start / end of cycle 100, the stop of the engine start / end cycle 100, - the braking of the rotor 40 by the brake rotor 47.
  • the blades 70 are always geared in flag speed which will result in a conservation of this feathering regardless of the wind direction changes 0, the wind adjustment shaft 30 is always controlled by the wind vane 22.
  • a watch on the wind speed 0 by means of the wind vane anemometer 22 can allow (when the wind will be compatible with the wind bandwidth authorized for this wind turbine) to trigger the process of restarting the rotor 40 and starting the energy recovery process previously described.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Eolienne comprenant : un arbre de réglage au vent (30), un rotor (40) pivotant selon un axe vertical, des pales (70) pivotant selon un axe propre (6) vertical, pour chaque pale (70), une transmission mécanique comprenant une boîte de vitesses (60) pour entraîner ladite pale (70) sélectivement à une vitesse énergie et une vitesse drapeau selon lesquelles, lorsque le rotor (40) fait un tour selon l'axe vertical dans un sens de rotation, ladite pale (70) fait respectivement un demi tour et un tour selon l'axe propre (6) de ladite pale (70) dans un sens de rotation opposé, un ensemble de détection et de commande, un système de conversion d'énergie adapté pour transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique.

Description

Eolienne équipée d'une voilure tournante
L'invention se rapporte à une eolienne équipée d'une voilure tournante. En particulier, l'invention se rapporte à une eolienne équipée d'une voilure tournante comprenant : un mât central qui s'étend selon un axe vertical, un arbre de réglage au vent, monté coaxialement sur le mât, en rotation selon l'axe vertical, un rotor monté coaxialement sur le mât, en rotation selon l'axe vertical et adapté pour être entraîné en rotation sous l'effet du vent, le rotor comprenant au moins deux paires de bras équiréparties, les bras de chaque paire de bras s 'étendant dans une même direction radiale par rapport à l'axe vertical et étant écartés l'un de l'autre verticalement, au moins deux pales montées chacune en rotation selon un axe propre parallèle à l'axe vertical entre les bras de l'une des paires de bras, un ensemble de transmissions comprenant, pour chaque pale, une transmission de mouvement de rotation couplant mécaniquement en rotation ladite pale à l'arbre de réglage au vent, la transmission de chaque pale étant adaptée pour entraîner ladite pale en rotation selon l'axe propre de ladite pale à une vitesse dite énergie selon laquelle, lorsque le rotor fait un tour selon l'axe vertical dans un sens de rotation, ladite pale fait un demi tour selon l'axe propre de ladite pale dans un sens de rotation opposé, ladite pale étant placée en continu dans une position relative dite de récupération d'énergie par rapport au vent, un ensemble de détection et de commande adapté pour détecter une vitesse et une direction du vent, une position angulaire des paires de bras et une position angulaire des pales, et pour commander la rotation de l'arbre de réglage jusqu'à une position de réglage dans laquelle la pale montée entre les bras de la paire de bras remontant au vent présente une traînée minimale lorsque lesdits bras sont perpendiculaires à la direction du vent, - un système de conversion d'énergie adapté pour transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique .
Le document GB-2 241 747 décrit une éolienne de ce type qui présente des risques importants de détérioration lorsque le vent souffle à une vitesse incompatible avec les différents organes de l' éolienne, et notamment ceux guidant la rotation du rotor.
L'invention vise à pallier les problèmes évoqués ci- dessus . A cet effet, l'invention propose une éolienne à voilure tournante du type précité dans laquelle : la transmission de chaque pale comprend une boîte de vitesses mécanique à deux vitesses adaptée pour entraîner ladite pale en rotation selon l'axe propre de ladite pale sélectivement à la vitesse énergie et à une vitesse dite drapeau dans laquelle, lorsque le rotor fait un tour selon l'axe vertical dans le sens de rotation, ladite pale fait un tour selon l'axe propre de ladite pale dans le sens de rotation opposé, ladite pale étant placée en continu dans une position relative dite de mise en drapeau par rapport au vent, l'ensemble de détection et de commande est adapté pour commander en outre un changement de vitesse de rotation de chaque pale entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau lorsque la vitesse du vent dépasse une vitesse seuil .
Ainsi, la transmission de chaque pale permet à ladite pale d'être entraînée en rotation selon deux vitesses de rotation propre dont l'une permet d'optimiser les surfaces exposées au vent et l'autre permet de réduire au minimum les surfaces exposées au vent. Les risques de détérioration en cas de vent dont la vitesse dépasse la plage de vitesse de fonctionnement sont ainsi limités .
En outre, les vitesses drapeau et énergie de rotation de chaque pale selon l'axe propre de ladite pale sont chacune asservies et synchronisées à la rotation du rotor par l'intermédiaire du couplage mécanique de ladite pale à l'arbre de réglage au vent. L'asservissement et la synchronisation des vitesses de rotation sont obtenus de manière fiable et durable du fait de la transmission mécanique du mouvement de rotation. En particulier, une telle transmission mécanique offre une résistance satisfaisante et peu de sensibilité à l'usure et aux conditions extérieures, notamment aux intempéries et à la foudre . Dans des modes de réalisation, l'invention peut comprendre une ou plusieurs des dispositions suivantes ; la transmission de chaque pale comprend un arbre de transmission ayant une section d'arbre d'entrée et une section d'arbre de sortie, la boîte de vitesses mécanique à deux vitesses comprenant un engrenage drapeau, un engrenage énergie et un crabot et étant adaptée pour relier la section d'arbre d'entrée et la section d'arbre de sortie : par l'intermédiaire de l'engrenage drapeau en couplant le crabot avec l'engrenage drapeau de sorte à entraîner ladite pale en rotation à la vitesse drapeau, ou par l'intermédiaire de l'engrenage énergie, en couplant le crabot avec l'engrenage énergie pour entraîner ladite pale en rotation à la vitesse énergie, l'ensemble de transmission comprend un engrenage maître solidaire de l'arbre de réglage au vent, la transmission de chaque pale comprenant un premier accouplement conique entre l'engrenage maître et un engrenage esclave solidaire de la section d'arbre d'entrée, et un deuxième accouplement conique entre ladite pale et la section d'arbre de sortie, l'ensemble de détection et de commande est adapté pour commander le changement de vitesse de rotation de chaque pale entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau à un moment défini par : la paire de bras remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent, et la pale présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras de la paire de bras remontant au vent , et - l'engrenage drapeau, l'engrenage énergie et le crabot sont en phase, l'ensemble de détection et de commande comprend : un premier couple de capteurs comportant un émetteur sur l'arbre de réglage au vent et un récepteur sur le rotor, en regard de l'émetteur du premier couple de capteurs, ledit premier couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation trajectoire où la paire de bras remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent, un deuxième couple de capteurs comportant un émetteur sur chaque pale et un récepteur sur l'un des bras entre lesquels ladite pale est montée, en regard de l'émetteur du deuxième couple de capteur, le deuxième couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation rotation de la pale où la pale présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras de la paire de bras remontant au vent, des troisièmes couples de capteurs adaptés pour détecter le passage en phase de l'engrenage drapeau, de l'engrenage énergie et du crabot, l'ensemble de détection et de commande comprend un dispositif de détection délivrant un signal représentatif de la vitesse et de la direction du vent, des capteurs délivrant un signal représentatif de la position angulaire de l'arbre de réglage au vent, un automate auquel sont reliés le dispositif de détection et les capteurs, et un moteur pas à pas de réglage piloté par l'automate pour entraîner en rotation l'arbre de réglage au vent jusqu'à la position de réglage en fonction de la direction du vent, - le dispositif de détection comprend une girouette anémomètre, l'ensemble de détection et de commande comprend en outre un frein adapté pour bloquer l'arbre de réglage au vent en position de réglage, - les pales et le rotor sont dimensionnés de telle sorte que la pale placée en une position de récupération d' énergie dans laquelle ladite pale présente une trainée maximale ne soit pas déventée par l ' une des autres pales, - l'éolienne comprend en outre un moteur début/fin de cycle couplé au rotor, ledit moteur début/fin de cycle étant adapté pour démarrer le rotor de sorte à faire passer les pales de la position de mise en drapeau à la position de récupération d'énergie, et pour poursuivre la rotation du rotor de sorte à faire passer les pales de la position de récupération d'énergie à la position de mise en drapeau, l'éolienne comprend en outre un frein rotor adapté pour bloquer le rotor après que les pales ont été placées en position de mise en drapeau, le système de conversion d'énergie comprend au moins une transmission et un générateur débrayable adaptés pour respectivement transmettre le mouvement de rotation du rotor au générateur et transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique, le système de conversion d'énergie comprend une pluralité de transmissions et de générateurs et un ralentisseur - régulateur adapté pour réguler la vitesse de rotation du rotor et l'énergie électrique entre les générateurs, le rotor est monté sur un flotteur ou sur une cloche remplie d'air comprimé, disposé dans un bain de mercure d'une double cuve à flotteur, le rotor est monté en outre sur un roulement de butée, le rotor comprend au moins deux étages de paires de bras, lesdits étages étant décalés verticalement l'un par rapport à l'autre, l'ensemble de détection et de commande étant adapté pour commander de façon indépendante le changement de vitesse de rotation des pales de chacun des étages entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau : cette disposition permet d'augmenter la plage de vents utilisables pour l ' éolienne, - les paires de bras de l'un des étages sont décalés angulairement par rapport aux paires de bras de l'autre étage, les bras de chaque paire de bras du rotor comprennent des roulements par l'intermédiaire desquels l'une des pales est montée en rotation selon l'axe propre de ladite pale entre lesdits bras, les pales forment des voiles rigides de forme carrée ou rectangulaire.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en vue de dessus de deux pales d'une éolienne selon un mode de réalisation de l'invention, les pales présentant respectivement une trainée maximale et une trainée minimale, la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus de la pale présentant une trainée minimale de l' éolienne, - la figure 3 est une représentation schématique en élévation et en vue de dessus de l'une des pales de 1 ' éolienne, la figure 4 est une représentation schématique en vue de dessus de la pale présentant une trainée maximale de l'éolienne, la figure 5 est une représentation schématique en vue de dessus de l'éolienne comprenant quatre pales montées sur un rotor et présentant chacune une position relative par rapport au vent en récupération d'énergie, la figure 6 est une représentation schématique analogue à celle de la figure 5, montrant des positions intermédiaires de récupération d'énergie et la correspondance avec les allures de la voile d'un voilier, la figure 7 est une représentation schématique en coupes longitudinale et transversale d'un mât, d'un arbre de réglage au vent et du rotor de l'éolienne, - la figure 8 est une représentation schématique de premiers capteurs d'un ensemble de détection et de commande de l'éolienne, les capteurs détectant un moment de synchronisation trajectoire pour lequel une paire de bras portant l ' une des pales remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent, la figure 9 est une représentation schématique de deuxièmes capteurs d'un ensemble de détection et de commande de l'éolienne, les capteurs détectant un moment de synchronisation rotation pour lequel la pale de la paire de bras remontant au vent présente une trainée minimale, la figure 10 est une représentation schématique en vue de dessus du rotor comprenant deux étages de paires de bras décalés angulairement , - les figures 11 à 14 représentent schématiquement en vue dessus des étapes du passage de chaque pale de l'éolienne d'une vitesse drapeau dans laquelle ladite pale présente dans une position relative par rapport au vent de mise en drapeau à une vitesse énergie dans laquelle ladite pale présente la position de récupération d'énergie, les figures 15 à 18 représentent schématiquement en vue dessus des étapes du passage de chaque pale de l'éolienne de la vitesse énergie à la vitesse drapeau, - la figure 19 est une représentation analogue à celle de la figure 5, illustrant le dimensionnement des pales et du rotor pour éviter que la pale présentant une traînée maximale ne soit déventée, les figures 20 et 20bis sont des représentations schématiques en coupes transversale et longitudinale de deux variantes d'un ensemble de transmissions des pales de l'éolienne, des boites de vitesses a deux vitesses de chaque transmission n'étant pas représentées, - les figures 21 et 21bis sont des représentations schématiques en coupe longitudinale de deux variantes d'une boîte de vitesses respectivement des ensembles de transmissions des figures 20 et 20bis, la figure 22 est une représentation schématique en coupe transversale de la base de l'éolienne et d'un système de conversion d'énergie de l'éolienne, la figure 23 est une représentation schématique en coupe longitudinale de la base de l'éolienne et d'un système de conversion d'énergie de l'éolienne, - la figure 24 est un agrandissement d'un détail de la figure 23, la figure 25 est une représentation schématique en coupes longitudinale et transversale du sommet de l'éolienne, montrant les organes de l'ensemble de détection et de commande agissant sur l'arbre de réglage au vent , la figure 26 est une représentation schématique d'un automate l'ensemble de détection et de commande.
Sur les figures les mêmes références désignent les mêmes éléments ou des éléments analogues.
En relation avec les figures, on décrit une éolienne adaptée pour transformer une énergie cinétique liée à une circulation d'air sous forme de vent en une énergie électrique .
La description de l'éolienne est faite avec un vent 0 dit du 360° ou du Nord orienté selon une direction et un sens matérialisés par une flèche. Comme il en ressortira de la description, l'invention s'applique toutefois à des vents orientés selon des directions et des sens différents.
L'éolienne selon l'invention comprend : - un mât central 20 qui s'étend selon un axe vertical , un arbre de réglage au vent 30 monté coaxialement sur le mât 20 en rotation selon l'axe vertical, - un rotor 40 monté coaxialement sur le mât 20 en rotation selon l'axe vertical et adapté pour être entraîné en rotation sous l'effet du vent 0, des pales 70 montées chacune en rotation selon un axe propre 6 parallèle à l'axe vertical sur le rotor 40, un ensemble de transmissions comprenant, pour chaque pale 70, une transmission de mouvement de rotation couplant mécaniquement en rotation ladite pale 70 à l'arbre de réglage au vent 30, - un ensemble de détection et de commande, un système de conversion d'énergie adapté pour transformer l'énergie de rotation du rotor 40 en énergie électrique .
La description qui suit est faite avec une êolienne comprenant quatre pales 70/1, 70/2, 70/3 et 70/4 êquiréparties, représentées notamment sur les figures 5 et 6. L'invention s'applique toutefois à des éoliennes comprenant deux, trois ou plus de quatre pales 70 êquiréparties . Le mât 20 assure la stabilité du rotor 40 équipé des pales 70. Il supporte notamment le poids de l'arbre de réglage au vent 30 et son système de commande, les couples résultant des pertes par frottements liés à la rotation de l'arbre de réglage au vent 30, du rotor 40 et des pales 70, la résultante de la pression du vent 0 sur les pales 70 dû au ralentissement imposé au rotor 40 pour récupérer l'énergie et réguler sa vitesse.
L'arbre de réglage au vent 30 est commandé et entraîné par l'ensemble de détection et de commande de sorte, par une rotation sur lui-même selon l'axe vertical, à être placé dans une position de réglage, qui sera décrite plus loin, et à permettre de recaler l'orientation des pales 70 en fonction de la direction du vent 0.
En particulier, lorsque le vent 0 est régulier en direction, l'arbre de réglage au vent 30 est immobile par rapport au mât 20. Lorsque le vent 0 change de direction, l'arbre de réglage au vent 30 tourne sur lui-même selon l'axe vertical dans le même sens que le vent 0 induisant le même différentiel angulaire puis il est de nouveau immobilisé une fois qu'il est en phase avec le vent. L'arbre de réglage au vent 30 peut présenter à sa périphérie une partie cannelée 36.
Le rotor 40 peut se présenter sous la forme d'un châssis tubulaire comprenant une base et une partie supérieure . Pour les petites éoliennes, le mât peut supporter le poids du rotor 40 par l'intermédiaire d'un roulement de butée situé, par exemple, à son sommet afin de simplifier l'accessibilité au roulement de butée pour son remplacement. Le rotor 40 est alors suspendu à ce roulement de butée .
Pour les grosses éoliennes, comme représenté notamment sur les figures 23 et 24, le rotor 40 peut être monté sur un flotteur 48 disposé dans un bain de mercure 53 d'une double cuve à flotteur 42. En variante, le rotor peut être monté sur une cloche remplie d'air comprimé et disposée sur un bain de mercure 53 d'une double cuve. Au sujet du mercure 53, pour éviter toute vapeur nocive, il sera recouvert d'une couche d'huile 52 avec un double réservoir périphérique de sécurité constituant une partie d'un siphon. La cuve 42 constitue une deuxième partie du siphon rempli également d'huile 52. En conséquence, une double sécurité contre les vapeurs de mercure est réalisée par la couche d'huile en surface et le siphon périphérique rempli d'huile.
On peut également prévoir que la base du rotor 40 soit montée en outre sur un roulement de butée 44 prévu en cas de très fort alourdissement du rotor 40 qui risquerait d'endommager, la cuve à mercure, le flotteur ou la cloche coussin d'air par contact avec le fond de la cuve à mercure . Des roulements 59, 93 peuvent maintenir le rotor 40 centré sur le mât 20 et/ou l'arbre de réglage au vent 30. Les roulements 59, 93 sont des roulements adaptés pour supporter des efforts latéraux et axiaux, tels que des roulements à contact oblique montés tête-bêche ou des roulements sur joncs.
La partie supérieure du rotor 40 comprend au moins deux paires de bras ( 41 équiréparties, les bras 41 de chaque paire de bras 41 s 'étendant dans une même direction radiale par rapport à l'axe vertical et étant écartés l'un de l'autre verticalement.
Chaque paire de bras 41 porte notamment l'une des pales 70 montée entre les bras 41 ainsi que la transmission du mouvement de rotation de ladite pale 70. Les bras 41 de chaque paire de bras 41 du rotor 40 peuvent comprendre des roulements par l'intermédiaire desquels l'une des pales 70 est montée en rotation selon l'axe propre 6 de ladite pale 70 entre lesdits bras 41.
Le rotor 40, entraîné par les pales 70 sur lesquelles s'exerce la force du vent, déplace lesdites pales 70 sur une trajectoire 10 circulaire. Sur cette trajectoire, chaque pale 70 présente un cap défini comme étant le sens de direction de la pale 70 à un moment donné si elle prenait la tangente projetée à partir de son moment directif , le cap 11 de la pale 70 correspond à la perpendiculaire aux bras 41 du rotor 40 supportant la pale 70. L'envergure du rotor 40 est calculée pour trouver le meilleur ratio entre : la moyenne de vitesse des vents dominants, la vitesse circonférentielle du couple rotor 40/pales 70, - l'effet de levier maximum souhaité entre chacune des pales 70 et le rotor 40.
Lorsque l'éolienne est utilisée avec un vent régulier et constant, un rotor 40 ayant un étage de paires de bras 41 peut être prévu. Lorsque le lieu d'implantation de l'éolienne est sujet à une bande passante de vents, c'est-à-dire à une plage de vents utilisables, très large, le rotor 40 peut comprendre au moins deux étages de paires de bras 41, lesquels étages sont décalés verticalement l'un par rapport à l'autre. De cette manière, il est possible d'adapter une plage de récupération et régulation plus importante nécessaire à cette largeur de bande passante de vents et d'optimiser ainsi la production d'énergie pour toutes les vitesses de vent 0 de cette bande passante de vents.
Pour obtenir une meilleure régularité dans la rotation du rotor aux faibles vents, les paires de bras 41 de l'un des étages peuvent être décalés angulairement par rapport aux paires de bras 41 de l'autre étage, comme représenté figure 10. Dans ce cas, la surface de voilure et l'envergure des différents étages peuvent être différents afin de les adapter aux différentes plages de vents de la bande passante des vents du lieu d'implantation de l'éolienne. Par exemple, sur la figure 10, l'un des bras (41/3/1) de l'un des étages peut être orienté au 360° alors que le bras (41/2/2) correspondant de l'autre étage 2 est orienté au 45°. Un décalage de 45° est ainsi prévu entre les paires de bras 41 des étages.
L'éolienne peut comprendre en outre : un frein rotor 47 adapté pour bloquer le rotor 40, notamment pour une mise en sécurité en cas de vents incompatibles à la bande passante de vents exploitable par l'éolienne, un moteur début/fin de cycle couplé au rotor et adapté pour démarrer la rotation du rotor 40 en début de cycle, pour la mise en route de l'éolienne, et pour poursuivre la rotation du rotor 40 en fin de cycle.
Les pales 70 constituent les éléments sur lesquels s'exerce la force du vent 0. Chaque pale 70 peut présenter une surface sur laquelle s'exerce la force du vent, ladite surface constituant la voilure de la pale 70. L'ensemble des voilures des pales 70 forme la voilure de l'éolienne. Comme décrit ci-après, on prévoit de pouvoir réduire ou moduler la voilure de l'éolienne.
Dans le mode de réalisation représenté notamment sur les figures 1 à 4, chaque pale est montée en rotation selon son axe propre 6 vertical entre les bras 41 de l'une des paires de bras. Les pales 70 peuvent former des voiles rigides de forme carrée ou rectangulaire, plate ou à profil symétrique, récupérant l'énergie du vent 0 pour la transmettre au rotor 40 de sorte à provoquer sa rotation.
Chaque pale 70 peut présenter un bord d'attaque 3, par lequel la pale 70 entre en contact avec le vent 0, et un bord de fuite 4 opposé au bord d'attaque 3 et qui subit le vent 0 en dernier. On définit également un axe au vent 5 de la pale comme étant l'axe passant par le bord d'attaque 3 et le bord de fuite 4. Dans le mode de réalisation représenté, on prévoit que chaque pale 70 présente un profil symétrique par rapport à un plan vertical comprenant l'axe au vent 5 de ladite pale 70.
Comme indiqué précédemment, l'ensemble de transmissions comprend notamment la transmission du mouvement de rotation de chaque pale 70. Ainsi, chaque pale 70 comprend sa propre transmission.
La transmission de chaque pale 70 est adaptée pour entraîner ladite pale 70 en rotation selon l'axe propre 6 de ladite pale 70 à une vitesse dite énergie selon laquelle, lorsque le rotor 40 fait un tour selon l'axe vertical dans un sens de rotation, par exemple antihoraire sur les figures, ladite pale 70 fait un demi tour selon l'axe propre 6 de ladite pale 70 dans un sens de rotation opposé, par exemple horaire sur les figures.
De cette manière, comme représenté sur la figure 5, moyennant le placement approprié de l ' arbre de réglage au vent 30 dans la position de réglage, chaque pale 70 peut être placée en continu dans une position relative dite de récupération d'énergie par rapport au vent 0. Les pales 70 récupèrent alors l'énergie du vent 0 en se réglant aux différentes incidences idéales correspondant aux différentes allures en fonction de leur position sur la trajectoire 10 des pales 70. En particulier, on prévoit que les allures de chaque pale 70 soient comparables aux différentes allures des bateaux voiliers, comme représenté sur la figure 6. On définit ainsi les allures suivantes : l'allure vent debout 13, dans laquelle l'axe au vent 5 de la pale 70 montée entre les bras 41 de la paire de bras 41 remontant au vent, c'est-à-dire se déplaçant en sens contraire du sens du vent, est parallèle à la direction du vent ; dans une telle position, la pale 70 présente une traînée, c'est-à-dire la somme de toutes les forces aérodynamiques dans la direction du vent, minimale, les allures de près 14 pour lesquelles l'angle entre le cap 11 de la pale 70 sur sa trajectoire 10 et le lit au vent est petit, - l'allure de vent de travers 15 ou largue, pour laquelle la pale 70 fait route sensiblement perpendiculairement à la direction du vent 0, l'allure grand largue 16 qui constitue une allure portante pour laquelle l'angle entre le cap 11 de la pale 70 sur sa trajectoire 10 et le lit au vent est supérieur à 90°, - l'allure vent arrière qui constitue également une allure portante et dans laquelle l'axe au vent 5 de la pale 70 est perpendiculaire à la direction du vent, la pale présentant une traînée maximale.
En particulier, la position de réglage est la position pour laquelle la pale 70 montée entre les bras 41 de la paire de bras 41 remontant au vent est en allure vent debout 13 et présente une traînée minimale lorsque lesdits bras 41 sont perpendiculaires à la direction du vent . En outre, selon l'invention, la transmission de chaque pale 70 comprend une boîte de vitesses 60 mécanique à deux vitesses adaptée pour entraîner ladite pale 70 en rotation selon l'axe propre 6 de ladite pale 70 sélectivement à la vitesse énergie et à une vitesse dite drapeau dans laquelle, lorsque le rotor 40 fait un tour selon l'axe vertical dans le sens de rotation antihoraire, ladite pale 70 fait un tour selon l'axe propre 6 de ladite pale 70 dans le sens de rotation horaire . De cette manière, comme représenté sur la figure 18, moyennant le placement approprié de l'arbre de réglage au vent 30 dans la position de réglage, chaque pale 70 peut être placée en continu dans une position relative dite de mise en drapeau par rapport au vent 0 dans laquelle ladite pale 70 présente une traînée minimale, l'axe au vent 5 de ladite pale 70 étant parallèle à la direction du vent quelle que soit leur position sur la trajectoire 10.
La transmission comprenant une boîte de vitesses à deux vitesses permet ainsi de moduler la surface des pales exposée au vent. L'éolienne présente alors une voilure qui est importante en vitesse énergie, les pales 70 étant en position de récupération d'énergie, et réduite en vitesse drapeau, les pales 70 étant en position de mise en drapeau. La rotation de chaque pale 70 sur elle-même est asservie et synchronisée à la rotation du rotor 40 par le couplage mécanique à l'arbre de réglage au vent 30.
La transmission de chaque pale 70 peut notamment comprendre des transmissions à courroie et à poulie, des transmissions à pignon et à chaîne, des transmissions à engrenages cylindriques, ou autres.
Dans le mode de réalisation représenté 20 et 21, l'ensemble de transmission comprend un engrenage maître 56 solidaire de l'arbre de réglage au vent 30. La transmission de chaque pale 70 peut comprendre un arbre de transmission 58 ayant une section d'arbre d'entrée 62 et une section d'arbre de sortie 66. La transmission de chaque pale 70 peut également comprendre un premier accouplement conique 45 entre l'engrenage maître 56 et un engrenage esclave 57 solidaire de la section d'arbre d'entrée 62, et un deuxième accouplement conique 75 entre ladite pale 70 et la section d'arbre de sortie 66.
L'engrenage maître 56 peut être couplée à la partie cannelée 36 de l'arbre de réglage au vent 30. Des carters des accouplements coniques 45 peuvent être fixés au rotor 40. Les renvois d'angles des accouplements coniques et les roulements 59 prenant appuis sur l'arbre de réglage au vent 30 peuvent être montés sur des bagues cannelées femelles se couplant à la partie cannelée mâle 36 de la périphérie de l'arbre de réglage au vent 30 aux endroits nécessaires afin que le rotor 40 puisse avoir une plage de variation en amplitude en cas d'alourdissement de celui-ci par de la neige ou de la glace.
Lorsque le rotor 40 est entraîné en rotation selon l'axe vertical, l'engrenage maître 56 ne tourne pas car du fait du couplage à la partie cannelée 36 de l'arbre de réglage au vent 30 qui ne tourne pas une fois en position de réglage . Par contre, les engrenages esclaves 57 de chaque transmission rentrent en rotation lorsque le carter des accouplements coniques 45 fixés au rotor 40 tourne.
Les engrenages esclaves 57 sont couplés aux arbres de transmission 58, ces arbres de transmission 58 sont couplés respectivement aux boîtes de vitesses à deux vitesses 60.
Il en résulte une synchronisation et un asservissement direct des vitesses de rotation des sections d'arbre d'entrée 62 des boîtes de vitesses 60 à la rotation du rotor 40.
Les vitesses possibles en sortie des boîtes de vitesses à deux vitesses 60 sont de ce fait synchronisées et asservies à la rotation du rotor 40, les pales 70 liées mécaniquement par le biais des arbres de transmission 58 et de l'accouplement conique 75 le sont également .
Les accouplements des entrées et sorties de chaque boîte de vitesses à deux vitesses 60 et des accouplements coniques 75 des pales 70 peuvent être choisis ou conçus en fonction de leur capacité à amortir les changements de vitesses en sortie des boîtes de vitesses à deux vitesses 60.
Les arbres de transmission 58 peuvent également amortir les changements de vitesse en étant par exemple conçus pour se comporter en barre de torsion.
En conséquence, la rotation des pales 70 sur elles- mêmes (sous leurs deux vitesses possibles) peut être parfaitement synchronisée et asservie à la rotation du rotor 40.
Suivant le nombre d'étage de réduction des boîtes de vitesses à deux vitesses 60 représentées sur les figures 21 et 21bis, le sens de rotation diffère en sortie de boîte de vitesses 60. Les transmissions de mouvement rotation des pales 70 sur elles-mêmes sont adaptées afin que les pales 70 tournent dans le sens inverse de celui du rotor 40. Chaque pale 70 possède sa transmission propre, boîte de vitesses à deux vitesses 60 comprise, prenant naissance à l'engrenage esclave 57 de l'accouplement conique 45 dont l'engrenage maître 56 est couplé à l'arbre de réglage au vent 30.
La boîte de vitesses mécanique à deux vitesses 60 de chaque transmission peut comprendre un engrenage drapeau 67, un engrenage énergie 68 et un crabot 69 et étant adaptée pour relier la section d'arbre d'entrée 62 et la section d'arbre de sortie 66 : par l'intermédiaire de l'engrenage drapeau 67 en couplant le crabot 69 avec l'engrenage drapeau 67 de sorte à entraîner ladite pale 70 en rotation à la vitesse drapeau, ou - par l'intermédiaire de l'engrenage énergie 68, en couplant le crabot 69 avec l'engrenage énergie 68 pour entraîner ladite pale 70 en rotation à la vitesse énergie .
L'engrenage maître 56 possédant un plus grand nombre de dents que les engrenages esclaves 57, un effet multiplicateur sur les arbres de transmission 58 couplés aux engrenages esclaves 57 peut se produire.
Cet effet multiplicateur peut être compensé pour revenir dans un rapport 1:1, un tour du rotor 40 provoquant un tour d'un arbre primaire 65 d'un étage changement de vitesse de la boîte de vitesses à deux vitesses 60.
En conséquence, la boîte de vitesses à deux vitesses 60 de chaque transmission peut être répartie en deux sections, une section réduction R et une section changement de vitesse V. En particulier, la section réduction R est conçue pour transmettre à l'arbre primaire 65 de la section changement de vitesse V, une vitesse de rotation égale à la vitesse de rotation du rotor 40 (soit un tour du rotor 40, provoque un tour de l'arbre primaire 65 de l'étage changement de vitesse V). Sur l'arbre primaire 65 de la section changement de vitesse V, peuvent être couplés deux engrenages primaires maîtres, l'un pour la vitesse drapeau et l'autre pour la vitesse énergie, s 'engrenant respectivement à l'engrenage drapeau 67 pour la vitesse drapeau et l'engrenage énergie 68 pour la vitesse énergie.
Les rapports sont calculés pour que : l'engrenage drapeau 67 tourne à une vitesse égale à celle de l'engrenage primaire maître correspondant, l'engrenage énergie tourne à une vitesse moitié de celle de l'engrenage primaire maître correspondant.
On peut prévoir que seul le crabot 69 soit couplé à la section d'arbre de sortie 66. Entre les engrenages drapeau 67 et énergie 68, une partie cannelée peut être prévue transversalement prévues sur la section d'arbre de sortie 66, le crabot 69 assurant le changement de vitesse en se couplant soit à l'engrenage drapeau 67, soit à l'engrenage énergie 68. Les deux engrenages peuvent alors tourner en roue libre sur la section d'arbre de sortie 66 et être de ce fait situés sur les parties lisses de la section d'arbre de sortie 66. Et les engrenages drapeau 67 et énergie 68 peuvent être réalisés de manière à présenter chacun dans une partie radiale « coté crabot 69 » un usinage en creux adapté pour recevoir un usinage en relief du crabot 69 qui viendra s'accoupler à l'engrenage en question lors d'un changement de vitesse.
Le montage des engrenages et du crabot 69 est effectué de manière à ce que, à un moment donné, les usinages en creux des engrenages drapeau 67 et énergie 68 et les usinages en relief du crabot 69 soient en phase, en vis-à-vis, et que le crabot 69 puisse s'accoupler instantanément d'un engrenage à l'autre lors des changements de vitesses .
Le crabot peut, par exemple, être déplacé : par un électro-aimant très puissant, par un jeu de ressorts (un par sens de déplacement) qui seront bandés en alternance suivant le sens du prochain déplacement crabot 69 requis puis libérés au moment du changement de vitesse au cours des moments de changement de vitesse de rotation de pale 70, par un piston à air comprimé se déplaçant dans un sens ou l'autre suivant le sens du changement de vitesse exigé.
L'ensemble de détection et de commande est adapté pour : détecter une vitesse et une direction du vent, une position angulaire des paires de bras 41 et une position angulaire des pales 70, et commander la rotation de l'arbre de réglage au vent 30 jusqu'à la position de réglage dans laquelle la pale 70 montée entre les bras 41 de la paire de bras 41 remontant au vent présente une traînée minimale lorsque lesdits bras sont perpendiculaires à la direction du vent, - commander le changement de vitesse de rotation de chaque pale 70 entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau lorsque la vitesse du vent dépasse une vitesse seuil .
Le cas échéant, l'ensemble de détection et de commande peut être adapté pour commander de façon indépendante le changement de vitesse de rotation des pales 70 de chacun des étages entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau.
En particulier, l'ensemble de détection et de commande peut être adapté pour commander le changement de vitesse de rotation de chaque pale 70 entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau à un moment défini par : la paire de bras 70 remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent (moment de synchronisation trajectoire) , et la pale 70 présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras 41 de la paire de bras 41 remontant au vent (moment de synchronisation rotation) , et l'engrenage drapeau 67, l'engrenage énergie 68 et le crabot 69 sont en phase (moment de changement de vitesse de rotation de la pale sur elle-même) .
Pour ce faire, l'ensemble de détection et de commande peut comprendre : un premier couple de capteurs comportant un émetteur 49 sur l'arbre de réglage au vent 30 et un récepteur 50 sur le rotor 40, en regard de l'émetteur 49 du premier couple de capteurs, ledit premier couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation trajectoire où la paire de bras 41 remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent, un deuxième couple de capteurs comportant un émetteur 79 sur chaque pale 70 et un récepteur 54 sur l'un des bras entre lesquels ladite pale 70 est montée, en regard de l'émetteur 79 du deuxième couple de capteur, le deuxième couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation rotation de la pale 70 où la pale 70 présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras 41 de la paire de bras remontant au vent, - des troisièmes couples de capteurs E67D/R67D, E69/R69, E68E/R68E adaptés pour détecter le passage en phase de l'engrenage drapeau 67, de l'engrenage énergie 68 et du crabot 69, dispositif de détection, comprenant par exemple une girouette anémomètre, délivrant un signal représentatif de la vitesse et de la direction du vent, des capteurs 31, 32 délivrant un signal représentatif de la position angulaire de l'arbre de réglage au vent 30, - un automate 25 auquel sont reliés le dispositif de détection et les capteurs 31, 32, ainsi que les premiers, deuxièmes et troisièmes couples de capteurs, un moteur pas à pas 39 de réglage piloté par l'automate 25 pour entraîner en rotation l'arbre de réglage au vent 30 jusqu'à la position de réglage en fonction de la direction du vent, - un frein 37 adapté pour bloquer l'arbre de réglage au vent 30 en position de réglage.
Par exemple, le moment de synchronisation trajectoire 18 de pale 70 est établi par l'angle de 90° formé par la paire de bras du rotor 41 supportant la pale 70 remontant au vent 0 sur sa trajectoire 10 et la direction du vent 0.
Ce moment peut être détecté par (figure 8) : l'émetteur magnétique ou autre (partie émettrice du capteur) 49 situé sur l'arbre de réglage au vent 30 dans une position qui correspond à plus 90° de l'axe du vent défini par la girouette 22 ; l'émetteur magnétique 49 est placé en vis-à-vis des bras 41 du rotor 40 qui remontent le vent, le récepteur 50 placé sur une partie interne du rotor 40 dans le prolongement de chaque bras 41 du rotor 40 (un récepteur 50 par paire de bras 41 de rotor 40 supportant les pales 70.
Au cours de la rotation 12 du rotor 40, lorsque le bras 41 remontant au vent fait un angle de 90° avec le vent, le récepteur 50 se trouve alors en face de l'émetteur 49, déclenchant le moment de synchronisation trajectoire de la pale 70 supportée par le bras 41.
Les couples capteurs 49, 50 peuvent couvrir une plage de détection couvrant les jeux dus à la transmission de rotation de pales 70 sur elles-mêmes.
D'autre part, le moment de synchronisation rotation 19 de pale peut être établi au moment où l'axe au vent 5 de la pale 70 remontant le vent est perpendiculaire à la paire de bras 41 du rotor qui supporte cette pale 70. Le moment de synchronisation rotation 19 peut être détecté par (figure 9) : deux émetteurs magnétiques ou autres (parties émettrices du capteur) 79 situés sur l'axe de rotation de chaque pale 6 à +90° et -90° de son axe au vent 5, un récepteur 54 situé sur le bras du rotor 41 de manière à se déclencher lorsque l'axe au vent 5 de la pale 70 est perpendiculaire au bras du rotor 41 qui la supporte .
Les couples capteurs 54, 79 peuvent couvrir une plage de détection couvrant les jeux dus à la transmission de rotation de pales sur elles-mêmes.
Le moment de changement de vitesse de rotation de la pale sur elle-même est établi lorsque l'engrenage drapeau
67, l'engrenage énergie 68 et le crabot 69 de la boîte de vitesses à deux vitesses vitesse 60 sont tous en phase (vis-à-vis) pour s'accoupler au crabot 69.
C'est le moment précis où le crabot 69 engrené sur la partie cannelée 66 de la section d'arbre de sortie 66 peut se découpler d'un engrenage (engrenage énergie 68 ou engrenage drapeau 67) pour s'accoupler à l'autre engrenage (engrenage drapeau 67 ou engrenage énergie 68) . Ce moment peut être détecté par des couples capteurs sur la boîte de vitesses à deux vitesses 60 (figures 21 et 21bis) : capteur émetteur engrenage drapeau E67D, - capteur récepteur engrenage drapeau R67D, capteur émetteur engrenage Energie E68E, capteur récepteur engrenage Energie R68E, capteur émetteur crabot E69, capteur récepteur crabot R69. Les détections entre les capteurs et récepteur réciproques aux engrenages énergie, drapeau et au crabot sont synchronisés de sorte à se produisent au même instant .
Ce moment détecté par les capteurs est réglé par les accouplements entrées et sortie des boîtes de vitesses à deux vitesses 60 afin d'être parfaitement synchronisé au milieu de deux plages des moments réunis de synchronisation trajectoire pale 18 et synchronisation rotation pale 19.
De cette manière, les trois moments peuvent être synchronisés et asservis par la rotation du rotor 40 pour se produire au même instant .
En particulier, le capteur récepteur rotor 50 détecte le moment de synchronisation trajectoire 18 de la pale 70 et enclenche le contact correspondant de l'automate en position travail. Le capteur récepteur 54 détecte le moment de synchronisation rotation 19 de la pale 70 sur elle-même et enclenche le contact correspondant en position travail. Les capteurs récepteurs engrenage drapeau R67D ou engrenage énergie
R68E détecte le moment de changement de vitesse en corrélation avec le capteur récepteur crabot R69.
Tous les contacts des récepteurs 50, 54, R67D ou R68E, R69 peuvent être câblés en série dans la commande de changement de vitesse établie par l'automate 25 de sécurité/régulation. La commande de changement de vitesse peut être validée lorsque les contacts suivants câblés en série sont en position travail : contact du récepteur 50, contact du récepteur 54, - contact du récepteur du rabot R69 en corrélation avec un des contacts récepteur engrenage drapeau R67D ou engrenage énergie R68E suivant le sens du passage de la vitesse souhaitée, contact de changement de vitesse du système de régulation sécurité.
Le déclenchement du changement de vitesse de rotation de la pale dans le sens souhaité est effectif, soit en vitesse énergie, le contact déterminant pour cette vitesse est la corrélation des contacts R69 et R68E, soit en vitesse drapeau, le contact déterminant pour cette vitesse étant la corrélation des contacts R69 et R67D. Les pales 70 sont couplées par leurs transmissions à l'arbre de réglage au vent 30. L'arbre de réglage au vent 30 constitue l'axe maître de l'engrenage maître 56 des accouplements coniques 45 alimentant les boîtes de vitesses à deux vitesses 60 et par voie de conséquence toute la chaîne de transmission de rotation des pales 70 sur elles-mêmes.
Le réglage des pales 70 au vent suit le processus suivant : - la girouette anémomètre 22 détecte un changement de direction, l'automate 25 commande le moteur pas à pas réglage au vent 39 pour faire tourner l'arbre de réglage au vent 30 dans le même sens de rotation que le vent 0 et avec le même différentiel angulaire que le différentiel angulaire de changement de vent enregistré par la girouette anémomètre 22, le couple de capteurs comprenant la règle magnétique émettrice 31 et le capteur récepteur 32 contrôle et vérifie le quantum de correction, une fois le réglage au vent terminé l'arbre de réglage au vent 30 est bloqué par son frein 37.
Par exemple, lorsque le vent passe du 90° au 100°, l'arbre de réglage au vent 30 opère une rotation de 10° dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette rotation provoque une rotation de chaque pale de 10° dans le même sens .
Pour permettre la commande et l'asservissement des différents organes, l'automate 25 peut présenter les contacts suivants :
Girouette anémomètre 22
Sortie anémomètre AN
Sortie Girouette GI
Commande des pales de l'étage 1 El Commande des pales de l'étage 2 E2
Numéro des pales 1 - 2 - 3 - 4
Sortie contacts capteur 50 étage 1 50/El Sortie contacts capteur 50 étage 2 50/El
Sortie contacts capteur 54 étage 1 54/El
Sortie contacts capteur 54 étage 2 54/E2
Sortie contacts capteur R69 étage 1 R69/E1 Sortie contacts capteur R69 étage 2 R69/E2
Sortie contacts capteur R67D étage 1 R67D/E1
Sortie contacts capteur R67D étage 2 R67D/E2
Sortie contacts capteur R68E étage 1 R68E/E1
Sortie contacts capteur R68E étage 2 R68E/E2 Contact relais changement de vitesse Drapeau vers énergie ou inversement Energie vers Drapeau étage 1 ED/E1 Contact relais changement de vitesse Drapeau vers énergie ou inversement Energie vers Drapeau étage 2 ED/E2 Commande des crabots C69 Vitesse Drapeau VD
Vitesse Energie VE
Module de commande des générateurs G
Asservissement et commande Ralentisseur/Régulateur 90 Commande des générateurs 80/1 - 80/2 - 80/3 - 80/4 Module de commande du Moteur début/fin de cycle MDF Connexion commande moteur début/fin de cycle 100 Module de commande du moteur pas à pas C39
Connexion rotations Droite Gauche du Moteur pas à pas de réglage au vent 39 DG Connexion au capteur de contrôle du moteur pas à pas de réglage au vent 32
Le système de conversion d'énergie peut comprendre au moins une transmission et un générateur 80 débrayable
81 adaptés pour respectivement transmettre le mouvement de rotation du rotor 40 au générateur 80 et transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique.
Le système de conversion d'énergie peut en outre comprendre une pluralité de transmissions et de générateurs. Le système de conversion d'énergie comprend alors un ralentisseur - régulateur 90 adapté pour réguler la vitesse de rotation du rotor et l'énergie électrique entre les générateurs. En particulier, on peut prévoir que le raientisseur - régulateur de vitesse 90 : ait un potentiel de charge plus élevé que la charge du plus gros générateur 80, - assure la régulation de charge dans les transitions et mises en service des générateurs 80 supplémentaires puis la régulation de la vitesse du rotor 40 une fois tous les générateurs en service.
Pour les éoliennes de petites et moyennes productions, les générateurs 80 peuvent être directement couplés à un système multiplicateur.
Pour les éoliennes géantes, le système multiplicateur peut alimenter : un compresseur centrifuge à étages débitant sa production d'air comprimé dans une chambre (réservoir) haute pression faisant office de tampon de régulation, les générateurs 80 entraînés par des turbines alimentées par l'air comprimé provenant de cette chambre haute pression, - des détendeurs/régulateurs de débit seront intercalés dans le circuit d'alimentation des turbines alimentant les générateurs, tout un système de sécurité, comprenant notamment des vannes, soupapes et by-pass, prévu sur la partie air comprimé.
En relation avec les figures, on décrit maintenant différents modes de fonctionnement de l'éolienne décrite précédemment .
Un premier mode de fonctionnement concerne le démarrage de l'éolienne en fonctionnement en récupération d' énergie .
Lors du précédent arrêt du rotor 40, les pales 70 étaient en position de mise en drapeau 1 et le sont restées sous l'action de la girouette 22, laquelle pilote l'automate 25 asservissant le moteur pas à pas de réglage au vent 39 qui commande l'arbre de réglage au vent 30, lui-même couplé à la transmission de la rotation des pales 70 sur elles-mêmes.
Le rotor 40 étant à l'arrêt, toutes les pales 70 toujours engrenées à la vitesse drapeau se trouvent en allure vent debout 13 correspondant à une position en drapeau .
Lorsque la girouette anémomètre 22 détecte un vent compatible à la bande passante de vents de l'éolienne, l'automate 25 enclenche le processus de démarrage dans l'ordre suivant : lancement du moteur de début/fin de cycle 100 pour démarrer le rotor 40, déblocage du frein rotor 47, embrayage du moteur de début/fin de cycle 100 par le biais d'un embrayage 99, le rotor 40 commence sa rotation,
Ensuite les capteurs détectent simultanément le moment de synchronisation trajectoire pale 18, le moment de synchronisation rotation pale 19 et le moment de changement de vitesse de rotation de pale sur elle-même
(corrélation des capteurs (R69 et R68E) ) de sorte que l'ordre de changement de vitesse pour passer de la vitesse drapeau à la vitesse énergie est donné puis que le changement de vitesse est effectué, la pale 70/1 se trouve maintenant en rotation vitesse énergie (figure
11) .
Après une rotation de 90° du rotor 40 (figure 12), la pale 70/1 en vitesse énergie se trouvant en allure vent de travers 15 est motrice du rotor 40 et la pale suiveuse 70/2 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse énergie.
Après une rotation de 180° du rotor 40 (figure 13) , la pale 70/1 se trouve en allure vent arrière 17 et offre une motricité maximale au rotor 40, la pale 70/2 se trouve en allure vent de travers 15 et offre une motricité supplémentaire au rotor 40 et la pale 70/3 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse énergie.
Le moteur de début/fin de cycle peut alors être débrayé puis arrêté, la motricité induite par les différentes allures des pales 70/1 et 70/2 étant suffisante pour entraîner le rotor 40.
Après une rotation de 270° du rotor 40 (figure 14) , la pale 70/1 se trouve de nouveau en allure vent de travers 15 après avoir viré de bord (pour comparer aux manœuvres d'un voilier) , la pale 70/2 se trouve en allure vent arrière 17 et offre une motricité maximale au rotor 40, la pale 70/3 se trouve en allure vent de travers 15 et devient motrice du rotor 40 à son tour et la pale 70/4 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse énergie.
À partir de ce moment, toutes pales 70 de l'étage en question sont en vitesse énergie. Le processus de démarrage du rotor 40 est terminé. Les changements de vitesse énergies pour cet étage sont arrêtés. Après une rotation de 360° du rotor 40, la pale 70/1 se retrouve en allure vent debout 13 et offre une traînée minimale, la pale 70/2 se trouve de nouveau en allure vent de travers 15 après avoir viré de bord (pour comparer aux manœuvres d'un voilier), la pale 70/3 se trouve en allure vent arrière 17 et offre une motricité maximale au rotor 40 et la pale 70/4 se trouve en allure vent de travers 15 et devient motrice du rotor 40 à son tour.
Le cycle de démarrage et de rotation complète du rotor 40 est terminé, toutes les pales de l'étage en question sont en vitesse énergie.
Une veille sera effectuée sur la vitesse du vent 0 afin de déterminer la mise en vitesse drapeau des pales toujours aux moments de synchronisation suivants : - le moment de synchronisation-trajectoire de pale 18, le moment de synchronisation-rotation de pale 19, le moment de changement de vitesse de rotation de la pale sur elle-même. Par ailleurs, les pales 70 et le rotor 40 peuvent être dimensionnés de telle sorte que la pale 70 placée en une position de récupération d'énergie dans laquelle ladite pale 70 présente une trainée maximale ne soit pas dëventée par l'une des autres pales 70 et notamment la pale suiveuse.
On décrit à présent un principe de régulation retenue en fonction de la force du vent lors du fonctionnement de l'éolienne en récupération d'énergie.
Lorsque le cycle de démarrage est terminé et que toutes les pales 70 de tous les étages sont en vitesse énergie, seul le générateur 80/1 est embrayé sur un renvoi d'angle 85 alimentant tous les générateurs.
Sous la vitesse du vent, le rotor 40 a tendance à accélérer sa rotation au-delà de la vitesse autorisée. Le ralentisseur - régulateur de vitesse 90 commence à jouer son rôle en freinant le rotor 40. À partir d'une certaine charge développée par le ralentisseur/régulateur de vitesse 90, le générateur 80/2 est embrayé et soulage d'autant le ralentisseur - régulateur de vitesse. L'accélération du rotor, le freinage par le ralentisseur - régulateur et l'embrayage de l'un des générateurs se poursuivent, jusqu'à ce que tous les générateurs 80 soient en production d'énergie.
Une fois tous les générateurs en production, au-delà d'une certaine charge développée par le ralentisseur - régulateur de vitesse 90, le système de régulation peut décider de la mise en drapeau des pales 70 d'un étage du rotor 40.
Si après la mise en drapeau de cet étage, le rotor 40 ne tourne plus à la vitesse minimale requise, le système de régulation peut décider de débrayer un ou plusieurs générateurs 80 jusqu'à l'intervention du raientisseur - régulateur de vitesse 90 pour réguler par ralentissement la vitesse de travail requise.
A ce stade, il est possible soit de poursuivre selon le fonctionnement amenant tous les générateurs 80 en production d'énergie et atteindre une puissance optimale en fonction du vent 0 existant, soit de reprendre les phases de mise en drapeau et de débrayage de l'un des générateur pour conserver une puissance de production maximale adaptée au vent 0. On décrit maintenant un autre mode de fonctionnement de l'éolienne correspondant à la mise en drapeau des pales 70 et à l'arrêt du rotor 40.
Lorsque la girouette anémomètre 22 détecte un vent incompatible à la bande passante de vents de l'éolienne, l'automate 25 commande le changement de vitesse de la vitesse énergie à la vitesse drapeau. Les capteurs détectent les trois moments suivants simultanément : moment de synchronisation trajectoire pale 18, moment de synchronisation rotation pale 19, - moment de changement de vitesse de rotation de pale sur elle-même (corrélation des capteurs (R69 et R67D) .
L'ordre de changement de vitesse peut être donné pour passer de la vitesse énergie à la vitesse drapeau. Le changement de vitesse est effectué, par exemple sur la figure 15, sur la pale 70/1 qui se trouve en allure vent debout. La vitesse de rotation de la pale 70/1 sur elle-même est alors la vitesse drapeau
Après une rotation de 90° du rotor 40 (figure 16) , la pale 70/1 en vitesse drapeau se trouve toujours en allure vent debout 13, c' est-a-dire en position de mise en drapeau, présente une traînée minimale et n'est plus motrice du rotor 40. La pale suiveuse 70/2 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse drapeau. L'automate 25 commande alors la mise en route du moteur début/fin de coure 100 et embraye celui-ci par le biais de son embrayage 99.
Après une rotation de 180° du rotor 40 (figure 17) , les pales 70/1 et 70/2 se trouvent en allure vent debout
13 présentant une traînée minimale. Et la pale 70/3 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse drapeau.
Après une rotation de 270° du rotor 40 (figure 18) , les pales 70/1, 70/2 et 70/3 sont en position de mise en drapeau, non motrice et la pale 70/4 subit le processus de changement de vitesse décrit précédemment et passe à la vitesse drapeau.
À partir de ce moment toutes pales 70 de l'étage de rotor 40 concerné sont en vitesse drapeau. Le processus de freinage et d'arrêt du rotor 40 est démarré. L'automate 25 peut commander : le débrayage du moteur début/fin de cycle 100, l'arrêt du moteur de début/fin de cycle 100,- le freinage du rotor 40 par le frein rotor 47.
Les pales 70 sont toujours engrenées en vitesse drapeau ce qui aura pour conséquence une conservation de cette mise en drapeau quels que soient les changements de direction du vent 0, l'arbre de réglage au vent 30 étant toujours asservi à la girouette 22.
Le processus de mise en drapeau de toutes les pales 70 et d'arrêt du rotor 40 est terminé.
Une veille sur la vitesse du vent 0 par le biais de la girouette anémomètre 22 peut permettre (lorsque le vent sera compatible à la bande passante des vents autorisés pour cette éolienne) de déclencher le processus de remise en route du rotor 40 et le démarrage du processus de récupération d'énergie décrit précédemment.

Claims

REVENDICATIONS
1. Eolienne équipée d'une voilure tournante comprenant : - un mât central (20) qui s'étend selon un axe vertical, un arbre de réglage au vent (30) , monté coaxialement sur le mât (20), en rotation selon l'axe vertical, - un rotor (40) monté coaxialement sur le mât (20) en rotation selon l'axe vertical et adapté pour être entraîné en rotation sous l'effet du vent (0), le rotor (40) comprenant au moins deux paires de bras (41) équiréparties, les bras (41) de chaque paire de bras (41) s 'étendant dans une même direction radiale par rapport à l'axe vertical et étant écartés l'un de l'autre verticalement , au moins deux pales (70) montées chacune en rotation selon un axe propre (6) parallèle à l'axe vertical entre les bras (41) de l'une des paires de bras (41), un ensemble de transmissions comprenant, pour chaque pale (70.) , une transmission de mouvement de rotation couplant mécaniquement en rotation ladite pale (70) à l'arbre de réglage au vent (30) , la transmission de chaque pale (70) étant adaptée pour entraîner ladite pale (70) en rotation selon l'axe propre (6) de ladite pale (70) à une vitesse dite énergie selon laquelle, lorsque le rotor (40) fait un tour selon l'axe vertical dans un sens de rotation, ladite pale (70) fait un demi tour selon l'axe propre (6) de ladite pale (70) dans un sens de rotation opposé, ladite pale (70) étant placée en continu dans une position relative dite de récupération d'énergie par rapport au vent (0), - un ensemble de détection et de commande adapté pour détecter une vitesse et une direction du vent (0) , une position angulaire des paires de bras (41) et une position angulaire des pales (70) , et pour commander la rotation de l'arbre de réglage (30) jusqu'à une position de réglage dans laquelle la pale (70) montée entre les bras (41) de la paire de bras (41) remontant au vent présente une traînée minimale lorsque lesdits bras (41) sont perpendiculaires à la direction du vent (0) , un système de conversion d'énergie adapté pour transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique, ladite éolienne étant caractérisée en ce que : la transmission de chaque pale (70) comprend une boîte de vitesses mécanique à deux vitesses (60) adaptée pour entraîner ladite pale (70) en rotation selon l'axe propre (6) de ladite pale (70) sélectivement à la vitesse énergie et à une vitesse dite drapeau dans laquelle, lorsque le rotor (40) fait un tour selon l'axe vertical dans le sens de rotation, ladite pale (70) fait un tour selon l'axe propre (6) de ladite pale (70) dans le sens de rotation opposé, ladite pale (70) étant placée en continu dans une position relative dite de mise en drapeau par rapport au vent ( 0 ) , l'ensemble de détection et de commande est adapté pour commander en outre un changement de vitesse de rotation de chaque pale (70) entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau lorsque la vitesse du vent dépasse une vitesse seuil.
2. Eolienne selon la revendication 1, dans laquelle la transmission de chaque pale (70) comprend un arbre de transmission (58) ayant une section d'arbre d'entrée (62) et une section d'arbre de sortie (66), la boîte de vitesses mécanique à deux vitesses (60) comprenant un engrenage drapeau (67) , un engrenage énergie (68) et un crabot (69) et étant adaptée pour relier la section d'arbre d'entrée (62) et la section d'arbre de sortie (66) : par l'intermédiaire de l'engrenage drapeau (67) en couplant le crabot (69) avec l'engrenage drapeau (67) de sorte à entraîner ladite pale (70) en rotation à la vitesse drapeau, ou par l'intermédiaire de l'engrenage énergie (68), en couplant le crabot (69) avec l'engrenage énergie (68) pour entraîner ladite pale (70) en rotation à la vitesse énergie.
3. Eolienne selon la revendication 2, dans laquelle l'ensemble de transmission comprend un engrenage maître (56) solidaire de l'arbre de réglage au vent (30), la transmission de chaque pale (70) comprenant un premier accouplement conique (45) entre l'engrenage maître (56) et un engrenage esclave (57) solidaire de la section d'arbre d'entrée (62), et un deuxième accouplement conique (75) entre ladite pale (70) et la section d'arbre de sortie (66) .
4. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans laquelle l'ensemble de détection et de commande est adapté pour commander le changement de vitesse de rotation de chaque pale (70) entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau à un moment défini par : la paire de bras (41) remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent (0) , et la pale (70) présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras (41) de la paire de bras remontant au vent, et l'engrenage drapeau (67), l'engrenage énergie (68) et le crabot (69) sont en phase.
5. Eolienne selon la revendication 4, dans laquelle l'ensemble de détection et de commande comprend : un premier couple de capteurs comportant un émetteur (49) sur l'arbre de réglage au vent (30) et un récepteur (50) sur le rotor (40), en regard de l'émetteur (49) du premier couple de capteurs, ledit premier couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation trajectoire où la paire de bras (41) remontant au vent est perpendiculaire à la direction du vent, un deuxième couple de capteurs comportant un émetteur (79) sur chaque pale (70) et un récepteur (54) sur l'un des bras (41) entre lesquels ladite pale (70) est montée, en regard de l'émetteur (79) du deuxième couple de capteur, le deuxième couple de capteurs étant adapté pour détecter un moment dit de synchronisation rotation de la pale (70) où la pale (70) présentant une traînée minimale est perpendiculaire aux bras (41) de la paire de bras remontant au vent, des troisièmes couples de capteurs (E67D/R67D, E69/R69, E68E/R68E) adaptés pour détecter le passage en phase de l'engrenage drapeau (67), de l'engrenage énergie (68) et du crabot (69) .
6. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble de détection et de commande comprend un dispositif de détection (22) délivrant un signal représentatif de la vitesse et de la direction du vent, des capteurs (31, 32) délivrant un signal représentatif de la position angulaire de l'arbre de réglage au vent (30) , un automate (25) auquel sont reliés le dispositif de détection (22) et les capteurs (31, 32), et un moteur pas à pas de réglage (39) piloté par l'automate (25) pour entraîner en rotation l'arbre de réglage au vent (30) jusqu'à la position de réglage en fonction de la direction du vent.
7. Eolienne selon la revendication 6, dans laquelle le dispositif de détection comprend une girouette anémomètre (22) .
8. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'ensemble de détection et de commande comprend en outre un frein (37) adapté pour bloquer l'arbre de réglage au vent (30) en position de réglage.
9. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle les pales (70) et le rotor (40) sont dimensionnés de telle sorte que la pale
(70) placée en une position de récupération d'énergie dans laquelle ladite pale (70) présente une trainée maximale ne soit pas déventée par l'une des autres pales (70) .
10. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un moteur début/fin de cycle (100) couplé au rotor (40), ledit moteur début/fin de cycle (100) étant adapté pour démarrer le rotor (40) de sorte à faire passer les pales
(70) de la position de mise en drapeau à la position de récupération d'énergie, et pour poursuivre la rotation du rotor (40) de sorte à faire passer les pales (70) de la position de récupération d'énergie à la position de mise en drapeau.
11. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre un frein rotor (47) adapté pour bloquer le rotor (40) après que les pales (70) ont été placées en position de mise en drapeau .
12. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le système de conversion d'énergie comprend au moins une transmission et un générateur (80) débrayable (81) adaptés pour respectivement transmettre le mouvement de rotation du rotor au générateur et transformer l'énergie de rotation du rotor en énergie électrique.
13. Eolienne selon la revendication 12, dans laquelle le système de conversion d'énergie comprend une pluralité de transmissions et de générateurs et un raientisseur - régulateur (90) adapté pour réguler la vitesse de rotation du rotor et l'énergie électrique entre les générateurs .
14. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle le rotor (40) est monté sur un flotteur (48) disposé dans un bain de mercure (53) d'une double cuve à flotteur (42) .
15. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 , dans laquelle le rotor (40) est monté sur une cloche remplie d'air comprimé et disposée sur un bain de mercure (53) d'une double cuve.
16. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, dans laquelle le rotor (40) est monté en outre sur un roulement de butée (44) .
17. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle le rotor (40) comprend au moins deux étages de paires de bras (41) , lesdits étages étant décalés verticalement l'un par rapport à l'autre, l'ensemble de détection et de commande étant adapté pour commander de façon indépendante le changement de vitesse de rotation des pales de chacun des étages entre la vitesse énergie et la vitesse drapeau.
18. Eolienne selon la revendication 17, dans laquelle les paires de bras de l'un des étages sont décalés angulairement par rapport aux paires de bras de l'autre étage.
19. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle les bras (41) de chaque paire de bras du rotor (40) comprennent des roulements par l'intermédiaire desquels l'une des pales (70) est montée en rotation selon l'axe propre de ladite pale (70) entre lesdits bras (41) .
20. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans laquelle les pales (70) forment des voiles rigides de forme carrée ou rectangulaire .
PCT/FR2007/000566 2006-04-03 2007-04-03 Eolienne equipee d'une voilure tournante Ceased WO2007113401A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0602890 2006-04-03
FR0602890A FR2899286B1 (fr) 2006-04-03 2006-04-03 Eolienne a voilure tournante a fort potentiel energetique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007113401A2 true WO2007113401A2 (fr) 2007-10-11
WO2007113401A3 WO2007113401A3 (fr) 2008-01-03

Family

ID=37640866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2007/000566 Ceased WO2007113401A2 (fr) 2006-04-03 2007-04-03 Eolienne equipee d'une voilure tournante

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2899286B1 (fr)
WO (1) WO2007113401A2 (fr)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009105848A3 (fr) * 2008-02-26 2010-01-07 Valentin Notskov Dispositif destiné à la transformation de l’énergie éolienne
GB2526681A (en) * 2014-05-21 2015-12-02 Cheng Ting Mobile offshore wind turbine
WO2018235220A1 (fr) 2017-06-22 2018-12-27 株式会社Ｅｄｏｎａ Dispositif de voile
CN110331248A (zh) * 2019-08-09 2019-10-15 天津燃洁斯工业设备有限公司 一种高炉热风炉助燃风机的节能调控方法
CN111425345A (zh) * 2020-05-21 2020-07-17 安徽康迪纳电力科技有限责任公司 风车总成
CN116209826A (zh) * 2019-07-27 2023-06-02 S·R·P·谢努帕蒂 通用螺旋桨、操作方法和最佳用途

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMO20130031A1 (it) * 2013-02-12 2014-08-13 Bruno Giacani Organo di trasmissione, particolarmente per pale eoliche.
CN109281799A (zh) * 2018-11-12 2019-01-29 刘春梅 电机直线阵列同步双向复合动力离心阻尼风力发电装置
GB201912814D0 (en) * 2019-09-05 2019-10-23 Keymac Packaging Systems Ltd Rotor assembly

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191213417A (en) * 1912-06-07 1913-03-06 Richard William Watson Improvements in or relating to Wind, Water-current and like Motors.
US4052134A (en) * 1976-01-15 1977-10-04 Rollin Douglas Rumsey Vertical axis wind turbine motor
PT84063A (pt) * 1987-01-06 1987-09-18 Baptista Fernando Augusto Turbina eolica e dispositivo para a sua seguranca
GB9004230D0 (en) * 1990-02-24 1990-04-18 Goodden John J P Turbine or propulsion rotor with independently rotating blades
US5057696A (en) * 1991-01-25 1991-10-15 Wind Harvest Co., Inc. Vertical windmill with omnidirectional diffusion
GB2292191A (en) * 1994-08-08 1996-02-14 Ronald George Munday Vertical axis wind-powered generator
US6379115B1 (en) * 1999-08-02 2002-04-30 Tetsuo Hirai Windmill and windmill control method
PT102693A (pt) * 2001-11-21 2003-05-30 Fernando Augusto Baptista Torres eolicas com sistemas de seguranca e de transmissao de forca

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009105848A3 (fr) * 2008-02-26 2010-01-07 Valentin Notskov Dispositif destiné à la transformation de l’énergie éolienne
GB2526681A (en) * 2014-05-21 2015-12-02 Cheng Ting Mobile offshore wind turbine
GB2526681B (en) * 2014-05-21 2016-11-02 Ting Cheng Mobile offshore wind turbine
WO2018235220A1 (fr) 2017-06-22 2018-12-27 株式会社Ｅｄｏｎａ Dispositif de voile
CN116209826A (zh) * 2019-07-27 2023-06-02 S·R·P·谢努帕蒂 通用螺旋桨、操作方法和最佳用途
CN110331248A (zh) * 2019-08-09 2019-10-15 天津燃洁斯工业设备有限公司 一种高炉热风炉助燃风机的节能调控方法
CN111425345A (zh) * 2020-05-21 2020-07-17 安徽康迪纳电力科技有限责任公司 风车总成

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007113401A3 (fr) 2008-01-03
FR2899286A1 (fr) 2007-10-05
FR2899286B1 (fr) 2009-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007113401A2 (fr) Eolienne equipee d'une voilure tournante
RU2536065C2 (ru) Ветроэнергетическая система с вертикальным валом и устройство автоматического регулирования угла лопасти
US8053919B1 (en) Wind turbine power generator
EP3122627B1 (fr) Ensemble de transmission pour aeronef et helicoptere
WO2017168359A1 (fr) Rotor fluidique à pales orientables avec commande de pales perfectionnée
JP2006152922A (ja) 風車
US20090160188A1 (en) Migler's windmill as a lamppost-windmill, and with sails mounted on a common mast, and with horizontally yoked sails, and as a river-turbine, and as a windmill-sailboat
AU2019288477A1 (en) Kinetic fluid energy conversion system
EP3212498A1 (fr) Perfectionnements aux machines tournantes à rotor fluidique à pales orientables
EP2610483B1 (fr) Eolienne à axe vertical
CN204037884U (zh) 恒速变距直翼全向推进器
FR2962180A1 (fr) Dispositifs de transmission, groupe moto propulseur, accumulateur d'energie, et vehicule ainsi equipe
FR2911926A1 (fr) Hydrolienne a pales rotatives optimisees.
FR2659391A1 (fr) Moteur eolien a voiles orientees.
CN102338036B (zh) 垂直轴风力发电系统及其风叶角度自动调节装置
KR20020045601A (ko) 풍력 발전기
CN214699018U (zh) 一种电动汽车换挡变速总成
CN102359435B (zh) 垂直轴风力发电系统
EP2087233B1 (fr) Aerateur eolien
WO2016004836A1 (fr) Propulseur voith-schneider omnidirectionnel à pas variable et à vitesse constante
CN102364092B (zh) 垂直轴风力发电系统及其风叶角度自动调节装置
FI131952B1 (fi) Järjestely potkurin lapakulman säätämiseksi sähköpropulsiojärjestelmässä
WO2023152657A1 (fr) Éolienne à axe vertical, et navire équipé d'au moins une telle éolienne
FR2940868A1 (fr) Dispositif de rotor magnetique pour generateur electrique integre de moteur marin
WO1998038085A1 (fr) Systeme differentiel a plusieurs helices

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07731244

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07731244

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2