WO2009024714A2 - Eolienne a axe vertical - Google Patents

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine with a vertical axis.
  • the wind turbine has a horizontal axis (WO / 1999/00598).
  • the wind turbine is associated with a building (US-A-7215039) or is mounted on an offshore construction (WO / 2003/004870).
  • the wind turbine is vertical axis.
  • GB-A-281360 discloses, precisely, a first embodiment of a vertical axis wind turbine, comprising: support means constituting the axis, having a first rotatable support portion and a second rotary support portion, the two support parts being coaxial, adjacent to each other, structurally associated with each other, and able to be displaced in rotation about the axis independently of one another, a first assembly, mounted on the first support portion, adapted to be oriented with respect to the axis according to the direction of the wind, comprising: o first two up and down flanges, flat, solid, semicircular, transverse, horizontal, spaced one of the other and arranged in line with one another, mounted on the first support part, o a solid semi-cylindrical wall-shaped housing limited by two vertical edges, rigidly connecting the first flanges arranged at its ends, and o an orienting wing, plane, able to be arranged vertically, radially and in the plane defined by the two vertical edges
  • the support means constituting the axis of the wind turbine comprise two coaxial shafts passing through the wind turbine from one side to the other, two orientation wings are provided which are pivotally movable according to the wind, these two orientation wings being orthogonal and arranged on and above the first upper flange, so that the first assembly is deformable and not rigid,
  • the support pieces of the second set are a plurality of arms angularly spaced from each other substantially, spaced apart from the inner faces of the first up and down flanges, so that, consequently, the top and bottom radial edges of the blade are also substantially spaced from the inner faces of the first flanges, when the corresponding blade is located in the first set,
  • the outer vertical blade edge is also substantially spaced from the inner face of the casing, when the corresponding blade is located in the first assembly
  • the inner vertical blade edge is spaced from the axis, the central axial space formed between the inner vertical edges of the blades being traversed by the coaxial shafts forming part of the support means constituting the axis of the wind turbine.
  • This first embodiment has several disadvantages.
  • Document GB-A-2041457 discloses a second embodiment of a vertical axis wind turbine comprising: support means constituting the axis, comprising a first and a second rotating support parts, a first rigid assembly, having the same function as the previous one and comprising: o first two up and down flanges, semicircular, o a casing similar to that of the first embodiment, and o an orientation wing, flat, vertical, radial and disposed in the plane defined by the two vertical edges of the casing extending between the two first flanges, substantially spaced from the one of the vertical edges of the housing, - a second assembly, mounted on the second support portion, adapted to be driven in rotation by the wind, comprising a plurality of drive blades, each limited by a frame supporting a textile web.
  • the support means constituting the axis of the wind turbine also comprise two coaxial shafts passing through the wind turbine from one side to the other,
  • the blades are carried directly on the external shaft, a free space existing between the blades towards their radial free edges,
  • top and bottom radial edges of the blade are separated from the internal faces of the first flanges, when the corresponding blade is situated in the first set,
  • the outer vertical blade edge is also substantially spaced from the inner face of the housing, when the corresponding blade is located in the first set, - the inner vertical blade edge is spaced from the axis, the central space axial formed between the inner vertical edges of the blades being traversed by the coaxial shafts forming part of the support means constituting the axis of the wind turbine.
  • This second embodiment also has several disadvantages. due to the presence of the two coaxial shafts, this second embodiment has the same disadvantages as those for the first embodiment, on the one hand, by having too large contact and friction zones between the two mobile assemblies constituting it, sources of problems of bearing, balance and wear, and secondly, by constituting a major obstacle to the proper functioning of fluid mechanics in the center of the wind turbine.
  • GB-A-78384/75 and US-A-2004/0047732 disclose another embodiment of a wind turbine in which there is provided a housing quarter-cylindrical perforated wall without orientation wing, the internal vertical edge blades being adjacent to the axis, no substantially empty axial central space being formed between the inner vertical edges of the blades.
  • EP-A-1096144 WO-A-2007/045851
  • EP-A-1930585 US-A-4979871
  • US-A-5676524 CA-A- 2264239
  • US-A-5391926 US-A-6740989
  • US-A-6942454 WO-A-1997/020142.
  • the invention proposes a vertical axis wind turbine which, at the same time, is compact, of simple shape, so is not unsightly as are many wind turbines, either simple to produce or robust, and which allows a a more fluid and efficient running of the two mobile assemblies constituting it by the absence of coaxial shafts passing through the wind turbine thus limiting the areas of contact and friction and allowing the creation of a vacuum in the center of the wind turbine facilitating the fluid mechanics game and therefore the rotation of the second assembly supporting the blades.
  • the invention proposes a vertical axis wind turbine, of the type comprising: - support means constituting the axis, comprising a first rotatable support portion and a second rotatable support portion, the two support portions being coaxial, adjacent between they, structurally associated with each other, and able to be displaced in rotation about the axis independently of one another, a first assembly, mounted on the first support portion, adapted to be oriented relative to to the axis according to the direction of the wind, comprising: o first two up and down flanges, flat, solid, circular, transverse, horizontal, spaced from each other and arranged in line with one of the other, mounted on the first support part, o a casing in the form of a semi-cylindrical solid wall bounded by two vertical edges, rigidly connecting the first flanges arranged at its ends, and o an orienting flange, flat, vertical, radial and disposed in the plane defined by the two vertical edges of the housing,
  • the wind turbine according to the invention is such that: the first assembly is rigid and comprises a radially oriented wing, extending substantially between the first two flanges, at least substantially adjacent to one of the vertical edges of the housing, the support means of the second set are two second flanges high and low, planar, solid, circular diameter slightly smaller than that of the first two flanges, located in the immediate vicinity of the inner faces, respectively, of the first flanges up and down and, consequently, the radial high and low blade edges are also located in close proximity to the inner faces of the first flanges, when the blade is located in the first set, the outer vertical blade edge is located in the immediate vicinity of the inner face of the housing. when the blade is located in the first set, the inner vertical blade edge is substantially spaced from the axis and an axial central space at most A substantially empty space is provided between the inner vertical edges of the blades.
  • the wind turbine is characterized in that:
  • the support means constituting the axis comprise an upper part comprising one or more bearings interposed between the first upper flange and the second upper flange and providing a relative rotary connection between them, and a lower part comprising one or more bearings interposed between the first bottom flange and the second bottom flange and between the first bottom flange and a frame member, providing a relative rotary connection between them, the second support part further comprising, in the lower part, a shaft secured to the second bottom flange protruding towards the bottom able to drive the generator of electricity,
  • the wind turbine is characterized in that:
  • the support means constituting the axis comprise an upper part comprising one or more bearings interposed between the first upper flange and the second upper flange and providing a relative rotary connection between them, and a lower part comprising one or more bearings interposed between the first bottom flange and the second bottom flange and between the first bottom flange and a frame member, providing a relative rotational connection between them, the second support part further comprising, in the lower part, a shaft integral with the second low flange, projecting upwards to the second flange up and down where it is able to drive the generator of electricity,
  • the orientation wing is in contact with the vertical edge of the housing, without space or passage between them.
  • the difference in diameter and the spacing between the two second flanges and the first two flanges are those or adjacent to those just able to not allow friction between the first and the second set.
  • the spacing between the axis and the inner vertical blade edge is of the order of one fifth or one quarter of the radial length of the blades.
  • the radial length of the orientation wing is of the order of the radius or diameter of the housing.
  • the wind turbine has a plurality of first and second coaxially superimposed assemblies.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the wind turbine according to the invention
  • FIG. 2 is an elevational view of the whole of the wind turbine
  • FIG. 3 is a view of the main part of the wind turbine, in section through a vertical axial plane.
  • FIG. 4 is a view from above of the wind turbine
  • FIG. 5 is a view from above of the first set of the wind turbine
  • FIG. 6 is a view from above of the second set of the wind turbine;
  • FIG. 7 is a sectional view of the second set of the wind turbine along the line AA of FIG.
  • a wind turbine 1 of electricity production according to the invention has an axis 2 which, when the wind turbine 1 is mounted in situ in position and normal operating situation, is vertical or substantially vertical.
  • the axis 2 is both an axis of orientation of the wind turbine 1, a pivot axis for the moving parts of the wind turbine 1 and, finally, an axis of symmetry.
  • the invention also relates to the wind turbine 1, and its constituent parts, also when and they are not, and are not in situ or when the axis 2 is not vertical.
  • the wind turbine 1 can be of any size ranging from ten centimeters to several meters in height and diameter with the corresponding electric power.
  • the wind turbine 1 is intended to be added to or integrated into a structure such as a building (larger or smaller or complex), a structure of art or more simply a frame such as a support mast, since this structure has a suitable support.
  • the wind turbine 1 comprises rigid connection means, for example removable, with such a structure.
  • Such means are, for example, a support plate intended to be fixed by bolting or otherwise on a support plate.
  • the wind turbine 1 is integrated in an offshore structure or a port structure.
  • the wind turbine 1 can be for individual or collective use.
  • the wind turbine 1 in its elementary embodiment, comprises support means 3 constituting the axis 2, a first assembly 4, a second assembly 5 and an electricity generator 6.
  • the wind turbine 1 comprises a plurality of first and second assemblies 4, 5 superimposed coaxially with respect to the axis 2.
  • the support means 3 have two functions. On the one hand, they define and therefore constitute the axis 2. On the other hand, they provide a support function of the constituent parts of the wind turbine 1 relative to each other and the wind turbine as a whole in relation to the structure intended to accommodate it as discussed above.
  • the support means 3 comprise a first rotating support portion 7 and a second rotating support portion 8. These two support parts 7, 8 are coaxial, adjacent to each other and structurally associated with each other. They are able to be displaced in rotation about the axis 2 independently of one another,
  • the two support parts 7, 8 are the constituent parts of a bearing having two rings, respectively internal and external.
  • the two support parts 7, 8 are in the form of a journal mounted in a bearing.
  • the support means 3 comprise an upper part 9 comprising one or more bearings or the like and a lower part 10 also comprising one or more bearings or the like.
  • the first assembly 4 is rigidly mounted on the first support part 7.
  • the first set 4 comprises two first top 12 and bottom 13 flanges, a casing 14 and an orientation wing 15.
  • the second assembly 5 is rigidly mounted on the second support portion 8.
  • the first set 4 protects the action of wind one half of the second set 5, so that the pivoting of the latter is not prevented. This is his second function.
  • the second assembly 5 drives the rotating shaft 11 which, in turn, drives the electricity generator 6.
  • the wind turbine 1 converts the wind energy into electrical energy. This is his second function.
  • the first set 4 and the second 5 optimize the transformation of wind energy into electrical energy. This is their third function.
  • the third optimization function it is original. It is important to emphasize that this third optimization function is fulfilled, even though the wind turbine 1 is compact and simple in shape, which, as a result, is not unsightly as are many wind turbines and, in As a result, it can, as has been indicated to be added or integrated into a structure such as a building, a structure or a frame, that it is simple to build and robust.
  • the first set 4 is now described in more detail.
  • the first two upper flanges 12 and 13 low of the first set 4 are planar, full and circular similar shape.
  • the first two upper flanges 12 and 13 are positioned transversely to the axis 2, that is to say placed horizontally.
  • the first two flanges 12 high and 13 low are spaced apart from each other and arranged in line with one another.
  • the first two upper flanges 12 and 13 low are mounted fixed rigidly on the first support portion 7 of the support means 3, respectively on their upper part 9 and their lower part 10.
  • the casing 14 is in the form of a semi-cylindrical solid wall. It is limited by two vertical edges 16a, 16b, diametrically opposed.
  • the housing 14 rigidly connects the two first flanges 12, 13, which are arranged at both ends of the housing.
  • the orientation wing 15 is flat, vertical and radial.
  • the orientation wing 15 extends substantially between the first two flanges 12, 13.
  • the orientation wing 15 is disposed in the diametral plane defined by the two vertical edges 16a, 16b of the housing 14. It is at least substantially adjacent to one of the vertical edges of the housing 14, for example the vertical edge 16a. More precisely, the orientation wing 15 is in contact with the vertical edge 16a, so that between the casing 14 and the wing 15 there is continuity, without space or passage between them.
  • the orientation wing 15 is fixed rigidly to the casing 14.
  • the radial length of the orientation wing 15 is of the order of magnitude of the radius or diameter of the casing 14.
  • the first set 4 comprising the first two upper flanges 12 and 13 low, the housing 14 and the orientation wing 15 therefore forms a rigid non-deformable.
  • the second set 5 is now described in more detail.
  • the second assembly 5 comprises two second upper and lower flanges 17, driving blades 19 and an axial central space 20.
  • the second upper flanges 17 and 18 bottom constitute high and low support means, transverse, horizontal, spaced apart from each other and arranged in line with one another.
  • These support means 17, 18 are mounted fixed rigidly on the second support part 8 of the support means 3, respectively on their upper part 9 and their lower part 10.
  • the two second flanges high 17 and low 18 are planar, solid, and of similar circular shape.
  • the two second upper flanges 17 and 18 are located close to the inner faces, respectively, of the first upper flanges 12 and 13 low.
  • the difference in diameter and the axial spacing between the two second flanges 17, 18 and the two first flanges 12, 13 are those - or close to those - just able not to allow friction between the first set 4 and the second set 5.
  • this difference in diameter and this axial spacing are minimum.
  • the upper radial edges 21 and lower 22 of blades are also located in close proximity to the internal faces of the first flanges 12, 13, when the corresponding blade 19 is located in the first assembly 4,
  • the blades 19 are arranged to be diametrically opposed.
  • five blades are provided.
  • Each blade 19 is in the form of a solid and rigid wall.
  • a blade 19 is bounded by an outer vertical edge 23, an inner vertical edge 24 and the two upper radial edges 21 and bottom 22 which was discussed above.
  • the outer vertical blade edge 23 is located in close proximity to the inner face of the casing 14, when the corresponding blade 19 is located in the first assembly 4.
  • the inner vertical edge 24 of the blade is substantially spaced from the axis 2.
  • This central axial space 20 is formed between the inner vertical edges 24 of the blades 19.
  • the support means 3 comprise firstly an upper part 9 comprising one or more bearings interposed between the first upper flange 12 and the second upper flange 17. they provide a relative rotary connection between them.
  • the support means 3 then comprise a lower part 10 comprising one or more bearings interposed between the first bottom flange 13 and the second bottom flange 18 and between the first bottom flange 13 and the frame element already mentionned. They provide a relative rotary connection between them.
  • the second support portion 8 further comprises, in the lower part, the shaft 1 1 already mentioned, the latter being secured to the second bottom flange 18 and projecting downwards.
  • This shaft 11 is able to drive the electricity generator 6, as already indicated.
  • the central axial space 20 is completely empty.
  • the axial central space 20 is not totally empty but substantially empty (compared to known embodiments of the state of the art).
  • the spacing between the axis 2 and the inner vertical edge 24 of the blade is of the order of one fifth or one quarter of the radial length of the blades 19.

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Abstract

L'éolienne à axe vertical comporte: des moyens support (3) constitutifs de l'axe (2), comportant une première et une seconde parties support (7, 8) rotatives, un premier ensemble (4) orienté en fonction de la direction du vent, comprenant deux flasques (12), (13), montés sur la première partie (7), un carter (14) en forme de paroi pleine semi-cylindrique, et une aile d'orientation (15), un second ensemble (5) entraîné par le vent, comprenant des moyens support (17) et (18), montés sur la seconde partie (8), supportant des pales (19) en forme de paroi rigide limitée par un bord vertical externe (23), un bord vertical interne (24) et deux bords radiaux haut (21) et bas (22), et une génératrice d'électricité (6) entraînée par la seconde partie support (8), caractérisée par le fait que : l'aile (15) s'étend entre les deux premiers flasques (12, 13), les moyens support (17, 18) sont deux flasques circulaires de diamètre légèrement inférieur à celui des flasques (12, 13) et situés à proximité immédiate de ceux-ci, le bord vertical interne (24) de pale est substantiellement écarté de l'axe (2) et un espace central axial (20) au plus substantiellement vide est ménagé entre les bords verticaux internes (24) des pales (19).

Description

Eolienne à axe vertical
L'invention concerne une eolienne à axe vertical.
On connaît déjà de nombreuses formes de réalisation d'éoliennes. Dans les réalisations les plus fréquentes, l'éolienne est à axe à axe horizontal (WO/1999/00598). Dans certains cas, l'éolienne est associée à un bâtiment (US-A-7215039) ou est montée sur une construction offshore (WO/2003/004870). Dans d'autres réalisations, l'éolienne est à axe vertical.
Le document le plus proche, GB-A-281360, révèle, précisément, une première réalisation d'éolienne à axe vertical, comportant : des moyens support constitutifs de l'axe, comportant une première partie support rotative et une seconde partie support rotative, les deux parties support étant coaxiales, adjacentes entre elles, associées structurellement l'une avec l'autre, et aptes à être déplacées en rotation autour de l'axe indépendamment l'une de l'autre, un premier ensemble, monté sur la première partie support, apte à être orienté par rapport à l'axe en fonction de la direction du vent, comprenant : o deux premiers flasques haut et bas, plans, pleins, semi-circulaires, transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre, montés sur la première partie support, o un carter en forme de paroi pleine semi-cylindrique limitée par deux bords verticaux, reliant rigidement les premiers flasques disposés à ses extrémités, et o une aile d'orientation, plane, apte à être disposée de façon verticale, radiale et dans le plan défini par les deux bords verticaux du carter, - un second ensemble, monté sur la seconde partie support, apte à être entraîné en rotation par le vent, comprenant des pièces support haut et bas, transversales, horizontales, écartées l'une de l'autre et disposées à l'aplomb l'une de l'autre, montées sur la seconde partie support, supportant rigidement par leurs extrémités, plusieurs pales d'entraînement diamétralement opposées, verticales, écartées angulairement les unes des autres, chacune en forme de paroi rigide limitée par un bord vertical externe, un bord vertical interne et deux bords radiaux haut et bas.
Dans cette première réalisation :
- les moyens support constitutifs de l'axe de l'éolienne, comportent deux arbres coaxiaux traversant l'éolienne de part en part, - il est prévu deux ailes d'orientation, mobiles à pivotement en fonction du vent, ces deux ailes d'orientation étant orthogonales et disposées sur et au dessus du premier flasque haut, de sorte que le premier ensemble est déformable et non pas rigide,
- les pièces support du second ensemble sont une pluralité de bras écartés angulairement les uns des autres substantiellement, écartés des faces internes des premiers flasques haut et bas, de sorte que, conséquemment, les bords radiaux haut et bas de pale sont eux-aussi substantiellement écartés des faces internes des premiers flasques, lorsque la pale correspondante est située dans le premier ensemble,
- le bord vertical externe de pale est, lui aussi, substantiellement écarté de la face interne du carter, lorsque la pale correspondante est située dans le premier ensemble,
- le bord vertical interne de pale est écarté de l'axe, l'espace central axial ménagé entre les bords verticaux internes des pales étant traversé par les arbres coaxiaux faisant partie des moyens support constitutifs de l'axe de l'éolienne.
Cette première réalisation présente plusieurs inconvénients.
- elle est complexe, et comporte de trop importantes zones de contact et de frottement entre les deux ensembles mobiles la constituant, sources de problèmes de roulement, d'équilibre et d'usure plus particulièrement s'agissant des deux arbres coaxiaux.
- elle laisse un passage ouvert entre la périphérie du second ensemble et celle du premier ensemble, de sorte que le flux d'air peut pénétrer par ce passage dans le premier ensemble, ce qui perturbe le fonctionnement de l'éolienne,
- l'espace central axial ménagé entre les bords verticaux internes des pales est obstrué par les arbres coaxiaux faisant partie des moyens support constitutifs de l'axe de l'éolienne, en emportant un frein majeur au bon fonctionnement de la mécanique et des fluides au centre de l'éolienne.
- l'aile d'orientation est peu efficace,
- l'espace situé au-dessus du premier flasque haut et celui situé au-dessous du premier flasque bas sont obstrués, ce qui perturbe le flux d'air, rend l'éolienne d'autant plus volumineuse et ne permet pas de monter plusieurs éoliennes les unes au dessus des autres sur un même axe.
Le document GB-A-2041457 révèle une seconde réalisation d'éolienne à axe vertical comportant : des moyens support constitutifs de l'axe, comportant une première et une seconde parties support rotatives, un premier ensemble rigide, ayant la même fonction que le précédent et comprenant : o deux premiers flasques haut et bas, semi-circulaires, o un carter analogue à celui de la première réalisation, et o une aile d'orientation, plane, verticale, radiale et disposée dans le plan défini par les deux bords verticaux du carter s'étendant entre les deux premiers flasques, substantiellement écartée de l'un des bords verticaux du carter, - un second ensemble, monté sur la seconde partie support, apte à être entraîné en rotation par le vent, comprenant plusieurs pales d'entraînement, chacune limitée par un cadre supportant un voile textile.
Dans cette réalisation : - les moyens support constitutifs de l'axe de l'éolienne, comportent également deux arbres coaxiaux traversant l'éolienne de part en part,
- s'il n'est prévu qu'une seule aile d'orientation, celle-ci est substantiellement écartée du bord vertical du carter,
- les pales sont portées directement sur l'arbre externe, un espace libre existant entre les pales vers leurs bords libres radiaux,
- les bords radiaux haut et bas de pale sont écartés des faces internes des premiers flasques, lorsque la pale correspondante est située dans le premier ensemble,
- le bord vertical externe de pale est, lui aussi, substantiellement écarté de la face interne du carter, lorsque la pale correspondante est située dans le premier ensemble, - le bord vertical interne de pale est écarté de l'axe, l'espace central axial ménagé entre les bords verticaux internes des pales étant traversé par les arbres coaxiaux faisant partie des moyens support constitutifs de l'axe de l'éolienne.
Cette seconde réalisation présente également plusieurs inconvénients. - du fait de la présence des deux arbres coaxiaux cette seconde réalisation comporte les mêmes inconvénients que ceux pour la première réalisation, d'une part, en comportant de trop importantes zones de contact et de frottement entre les deux ensembles mobiles la constituant, sources de problèmes de roulement, d'équilibre et d'usure, et d'autre part, en constituant un frein majeur au bon fonctionnement de la mécanique des fluides au centre de l'éolienne.
- les pales ne sont pas rigides, ce qui nuit à un fonctionnement efficace et durable,
- comme la première réalisation, elle laisse un passage ouvert entre la périphérie du second ensemble et celle du premier ensemble, tandis que l'espace central axial ménagé entre les bords verticaux internes des pales est obstrué par les arbres des moyens support constitutifs de l'axe. Les documents GB-A-78384/75 et US-A-2004/0047732 révèlent une autre réalisation d'éolienne dans laquelle il est prévu un carter en forme de paroi ajourée quart-cylindrique, sans aile d'orientation, le bord vertical interne des pales étant adjacent à l'axe, aucun espace central axial substantiellement vide n'étant ménagé entre les bords verticaux internes des pales.
D'autres réalisations ou détails constructifs sont décrits par exemple dans les documents EP-A-1096144, WO-A-2007/045851 , EP-A-1930585, US-A-4979871 , US-A-5676524, CA-A- 2264239, US-A-5391926, US-A-6740989, US-A-6942454 et WO-A-1997/020142.
L'invention propose une éolienne à axe vertical qui, tout à la fois, soit compact, de forme simple, de ce fait ne soit pas disgracieuse comme le sont nombre d'éoliennes, soit simple à réaliser, soit robuste, et qui permette un roulement plus fluide et efficace des deux ensembles mobiles la constituant par l'absence d'arbres coaxiaux traversant l'éolienne en limitant ainsi les zones de contact et de frottement et en permettant la création d'un vide au centre de l'éolienne facilitant le jeu de la mécanique des fluides et donc de la rotation du deuxième ensemble supportant les pales.
A cet effet, l'invention propose une éolienne à axe vertical, du type comportant : - des moyens support constitutifs de l'axe, comportant une première partie support rotative et une seconde partie support rotative, les deux parties support étant coaxiales, adjacentes entre elles, associées structurellement l'une avec l'autre, et aptes à être déplacées en rotation autour de l'axe indépendamment l'une de l'autre, un premier ensemble, monté sur la première partie support, apte à être orienté par rapport à l'axe en fonction de la direction du vent, comprenant : o deux premiers flasques haut et bas, plans, pleins, circulaires, transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre, montés sur la première partie support, o un carter en forme de paroi pleine semi-cylindrique limitée par deux bords verticaux, reliant rigidement les premiers flasques disposés à ses extrémités, et o une aile d'orientation, plane, verticale, radiale et disposée dans le plan défini par les deux bords verticaux du carter, un second ensemble, monté sur la seconde partie support, apte à être entraîné en rotation par le vent, comprenant des moyens support haut et bas, transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre, montés sur la seconde partie support, supportant rigidement par leurs extrémités, plusieurs pales d'entraînement diamétralement opposées, verticales, écartées angulairement les unes des autres, chacune en forme de paroi rigide limitée par un bord vertical externe, un bord vertical interne et deux bords radiaux haut et bas, et une génératrice d'électricité entraînée par la seconde partie support.
L'éolienne selon l'invention est telle que : le premier ensemble est rigide et comporte une aile d'orientation radiale, s'étendant sensiblement entre les deux premiers flasques, au moins sensiblement adjacente à l'un des bords verticaux du carter, les moyens support du second ensemble sont deux seconds flasques haut et bas, plans, pleins, circulaires de diamètre légèrement inférieur à celui des deux premiers flasques, situés à proximité immédiate des faces internes, respectivement, des premiers flasques haut et bas et, conséquemment, les bords radiaux haut et bas de pale sont eux- aussi situés à proximité immédiate des faces internes des premiers flasques, lorsque la pale est située dans le premier ensemble, - le bord vertical externe de pale est situé à proximité immédiate de la face interne du carter, lorsque la pale est située dans le premier ensemble, le bord vertical interne de pale est substantiellement écarté de l'axe et un espace central axial au plus substantiellement vide est ménagé entre les bords verticaux internes des pales.
Selon une première variante de réalisation, l'éolienne est caractérisé par le fait que :
- les moyens support constitutifs de l'axe, comportent une partie haute comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque haut et le second flasque haut et assurant une liaison rotative relative entre eux, et une partie basse comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque bas et le second flasque bas et entre le premier flasque bas et un élément de bâti, assurant une liaison rotative relative entre eux, la seconde partie support comportant en outre, en partie basse, un arbre solidaire du second flasque bas saillant vers le bas apte à entraîner la génératrice d'électricité,
- et par le fait que l'espace central axial est totalement vide.
Selon une seconde variante de réalisation, l'éolienne est caractérisé par le fait que :
- les moyens support constitutifs de l'axe, comportent une partie haute comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque haut et le second flasque haut et assurant une liaison rotative relative entre eux, et une partie basse comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque bas et le second flasque bas et entre le premier flasque bas et un élément de bâti, assurant une liaison rotative relative entre eux, la seconde partie support comportant en outre, en partie basse, un arbre solidaire du second flasque bas, saillant vers le haut jusqu'au second flasque haut et vers le bas où il est apte à entraîner la génératrice d'électricité,
- et par le fait que l'espace central axial est substantiellement vide.
Selon une réalisation, l'aile d'orientation est au contact du bord vertical du carter, sans espace ou passage entre eux.
Selon une réalisation, la différence de diamètre et l'écartement entre les deux seconds flasques et les deux premiers flasques sont ceux ou voisins de ceux justes aptes à ne pas permettre de frottement entre le premier et le second ensemble.
Selon une réalisation, l'écartement entre l'axe et le bord vertical interne de pale est de l'ordre du cinquième ou du quart de la longueur radiale des pales.
Selon une réalisation, la longueur radiale de l'aile d'orientation est de l'ordre du rayon ou du diamètre du carter.
Selon une réalisation, l'éolienne comporte plusieurs premiers et seconds ensembles superposés de façon coaxiale.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suivra de plusieurs réalisations en référence aux figures suivantes :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une réalisation de l'éolienne selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en élévation de l'ensemble de l'éolienne, - la figure 3 est une vue de la partie principale de l'éolienne, en coupe par un plan axial vertical
- la figure 4 est une vue de dessus de l'éolienne,
- la figure 5 est une vue de dessus du premier ensemble de l'éolienne,
- la figure 6 est une vue de dessus du second ensemble de l'éolienne, - la figure 7 est une vue en coupe du second ensemble de l'éolienne selon la ligne AA de la figure 6.
Une éolienne 1 de production d'électricité selon l'invention a un axe 2 qui, lorsque l'éolienne 1 est montée in situ en position et situation normales de fonctionnement, est vertical ou sensiblement vertical. L'axe 2 est tout à la fois un axe d'orientation de l'éolienne 1 , un axe de pivotement pour les parties mobiles de l'éolienne 1 et, enfin, un axe de symétrie.
Les qualificatifs « horizontal » et « vertical » se réfèrent à cette position et à cette situation.
II est entendu que ces qualificatifs doivent être compris de façon générale, ce qui signifie qu'ils peuvent ne pas correspondre à une position parfaitement horizontale ou parfaitement verticale, respectivement. De même les mots « haut », « bas », « supérieur », « inférieur », « hauteur », « tête », « pied », « au-dessus », « au-dessous »... doivent-ils être compris en référence à la position et à la situation où l'axe 2 est vertical. Il est entendu que ces qualificatifs ne sont pas de nature à limiter la portée de l'invention.
Bien entendu, l'invention vise également l'éolienne 1 , et ses parties constitutives, également lorsqu'elle, et elles, n'est pas, et ne sont pas, in situ ou lorsque l'axe 2 n'est pas vertical.
L'éolienne 1 peut être de toute taille allant de dizaine de centimètres à plusieurs mètres de hauteur et de diamètre avec la puissance électrique correspondante.
L'éolienne 1 est destinée à être ajoutée ou intégrée à une structure telle qu'un bâtiment (plus ou moins grand ou complexe), un ouvrage d'art ou plus simplement un bâti tel qu'un mât porteur, dès lors que cette structure comporte un support adapté. A cet effet, l'éolienne 1 comporte des moyens de liaison rigide, par exemple amovible, avec une telle structure. De tels moyens sont, par exemple, une platine support destinée à venir être fixée par boulonnage ou autrement sur une platine d'appui.
Dans une réalisation particulière, nullement limitative, l'éolienne 1 est intégrée à une structure offshore ou à une structure portuaire.
L'éolienne 1 peut être à usage individuel ou collectif.
L'éolienne 1 , dans sa réalisation élémentaire, comporte des moyens support 3 constitutifs de l'axe 2, un premier ensemble 4, un second ensemble 5 et une génératrice d'électricité 6.
Dans une autre réalisation, l'éolienne 1 comporte plusieurs premiers et seconds ensembles 4, 5 superposés de façon coaxiale par rapport à l'axe 2. Les moyens support 3 ont deux fonctions. D'une part, ils définissent et sont donc constitutifs de l'axe 2. D'autre part, ils assurent une fonction de support des parties constitutives de l'éolienne 1 les unes par rapport aux autres et de l'éolienne dans son ensemble par rapport à la structure destinée à l'accueillir dont il a été question plus haut.
Selon une première approche, les moyens support 3 comportent une première partie support 7 rotative et une seconde partie support 8 rotative. Ces deux parties support 7, 8 sont coaxiales, adjacentes entre elles et associées structurellement l'une avec l'autre. Elles sont aptes à être déplacées en rotation autour de l'axe 2 indépendamment l'une de l'autre,
Dans une réalisation typique, les deux parties support 7, 8 sont les parties constitutives d'un roulement ayant deux couronnes, respectivement interne et externe. Dans une autre réalisation, les deux parties support 7, 8 se présentent sous la forme d'un tourillon monté dans un palier.
Selon une seconde approche, les moyens support 3 comportent une partie haute 9 comprenant un ou plusieurs roulements ou analogue et une partie basse 10 comprenant elle-aussi un ou plusieurs roulements ou analogue.
Par ailleurs, il est prévu un arbre 1 1 saillant de l'éolienne 1 vers le bas et apte à entraîner la génératrice d'électricité 6, au moyen d'un dispositif à pignons dentés en prise ou avec courroies crantées, à galets, à galets...
Le premier ensemble 4 est monté rigidement sur la première partie support 7.
II est apte à être orienté par rapport à l'axe 2 en fonction de la direction du vent. C'est là sa première fonction.
Le premier ensemble 4 comprend deux premiers flasques haut 12 et bas 13, un carter 14 et une aile d'orientation 15.
Le second ensemble 5 est monté rigidement sur la seconde partie support 8.
Il est apte à être entraîné en rotation par le vent. C'est là sa première fonction.
Le premier ensemble 4 protège de l'action du vent une moitié du second ensemble 5, de manière que le pivotement de ce dernier ne soit pas empêché. C'est là sa seconde fonction. Le second ensemble 5 entraîne l'arbre 11 à rotation, lequel, à son tour, entraîne la génératrice d'électricité 6. C'est ainsi que l'éolienne 1 transforme l'énergie éolienne en énergie électrique. C'est là sa seconde fonction.
Du fait de leur forme, de leur structure et de leur agencement, le premier ensemble 4 et le second 5 optimisent la transformation de l'énergie éolienne en énergie électrique. C'est leur troisième fonction.
Si les premières et secondes fonctions du premier ensemble 4 et du second ensemble 5 sont connues en soi, leur réalisation selon l'invention est originale. En ce qui concerne la troisième fonction d'optimisation, elle est originale. Il importe de souligner que cette troisième fonction d'optimisation est remplie, alors même que l'éolienne 1 est compacte et de forme simple, que, de ce fait, elle n'est pas disgracieuse comme le sont nombre d'éoliennes et, en conséquence qu'elle peut, comme il a été indiqué être ajoutée ou intégrée à une structure telle qu'un bâtiment, un ouvrage d'art ou un bâti, qu'elle est simple à réaliser et robuste.
On décrit maintenant plus en détail le premier ensemble 4.
Les deux premiers flasques haut 12 et bas 13 du premier ensemble 4 sont plans, pleins et de forme analogue circulaire.
Les deux premiers flasques haut 12 et bas 13 sont disposés transversalement par rapport à l'axe 2, c'est-à-dire placés horizontalement.
Les deux premiers flasques haut 12 et bas 13 sont écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre.
Les deux premiers flasques haut 12 et bas 13 sont montés calés rigidement sur la première partie support 7 des moyens support 3, respectivement sur leur partie haute 9 et leur partie basse 10.
Le carter 14 est en forme de paroi pleine semi-cylindrique. Il est limitée par deux bords verticaux 16a, 16b, diamétralement opposés.
Le carter 14 relie rigidement les deux premiers flasques 12, 13, lesquels sont disposés aux deux extrémités du carter. L'aile d'orientation 15 est plane, verticale et radiale.
L'aile d'orientation 15 s'étend sensiblement entre les deux premiers flasques 12, 13.
L'aile d'orientation 15 est disposée dans le plan diamétral défini par les deux bords verticaux 16a, 16b du carter 14. Elle est au moins sensiblement adjacente à l'un des bords verticaux du carter 14, par exemple le bord vertical 16a. Plus précisément, l'aile d'orientation 15 est au contact du bord vertical 16a, de sorte qu'entre le carter 14 et l'aile 15 il y a continuité, sans espace ou passage entre eux.
L'aile d'orientation 15 est fixée rigidement au carter 14.
Dans une réalisation, la longueur radiale de l'aile d'orientation 15 est de l'ordre de grandeur du rayon ou du diamètre du carter 14.
Le premier ensemble 4 comprenant les deux premiers flasques haut 12 et bas 13, le carter 14 et l'aile d'orientation 15 forme donc un tout rigide non déformable.
On décrit maintenant plus en détail le second ensemble 5.
Le second ensemble 5 comprend deux seconds flasques haut 17 et bas 18, des pales d'entrainement 19 et un espace central axial 20.
Les seconds flasques haut 17 et bas 18 constituent des moyens support haut et bas, transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre.
Ces moyens support 17, 18 sont montés calés rigidement sur la seconde partie support 8 des moyens support 3, respectivement sur leur partie haute 9 et leur partie basse 10.
Ces moyens support 17, 18 supportent rigidement par leurs extrémités, les pales d'entraînement 19.
Les deux seconds flasques haut 17 et bas 18 sont plans, pleins, et de forme analogue circulaire.
Ils ont un diamètre légèrement inférieur à celui des deux premiers flasques 12, 13. Les deux seconds flasques haut 17 et bas 18 sont situés à proximité immédiate des faces internes, respectivement, des premiers flasques haut 12 et bas 13.
Plus précisément, la différence de diamètre et l'écartement axial entre les deux seconds flasques 17, 18 et les deux premiers flasques 12, 13 sont ceux - ou voisins de ceux - justes aptes à ne pas permettre de frottement entre le premier ensemble 4 et le second ensemble 5. Préférentiellement, cette différence de diamètre et cet écartement axial sont minima.
En conséquence de ce qui précède, les bords radiaux haut 21 et bas 22 de pale sont eux- aussi situés à proximité immédiate des faces internes des premiers flasques 12, 13, lorsque la pale correspondante 19 est située dans le premier ensemble 4,
Les pales 19 sont disposées de manière à être diamétralement opposées.
Elles sont verticales et écartées angulairement les unes des autres, notamment régulièrement, d'une valeur fonction du nombre de pales 19.
Selon une solution préférentielle il est prévu cinq pales.
Chaque pale 19 est en forme de paroi pleine et rigide.
Une pale 19 est limitée par un bord vertical externe 23, un bord vertical interne 24 et les deux bords radiaux haut 21 et bas 22 dont il a été question plus haut.
Le bord vertical externe 23 de pale est situé à proximité immédiate de la face interne du carter 14, lorsque la pale 19 correspondante est située dans le premier ensemble 4.
Le bord vertical interne 24 de pale est substantiellement écarté de l'axe 2.
II s'ensuit l'espace central axial 20 précédemment mentionné.
Cet espace central axial 20 est ménagé entre les bords verticaux internes 24 des pales 19.
Dans une première variante de réalisation, représentée sur les figures, les moyens support 3 comportent tout d'abord une partie haute 9 comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque haut 12 et le second flasque haut 17. ils assurent une liaison rotative relative entre eux.
Dans cette même première variante de réalisation, les moyens support 3 comportent ensuite une partie basse 10 comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque bas 13 et le second flasque bas 18 et entre le premier flasque bas 13 et l'élément de bâti déjà mentionné. Ils assurent une liaison rotative relative entre eux.
Dans cette même première variante de réalisation, la seconde partie support 8 comporte en outre, en partie basse, l'arbre 1 1 déjà mentionné, celui-ci étant solidaire du second flasque bas 18 et saillant vers le bas.
Cet arbre 11 est apte à entraîner la génératrice d'électricité 6, comme déjà indiqué.
Dans cette première variante de réalisation, l'espace central axial 20 est totalement vide.
Dans une seconde variante de réalisation, non représentée, l'arbre 1 1 , solidaire du second flasque bas 18, saille également vers le haut jusqu'au second flasque haut 17. Dans ce cas, l'espace central axial 20 est non pas totalement vide mais substantiellement vide (comparativement aux réalisations connues de l'état de la technique).
Dans une réalisation, l'écartement entre l'axe 2 et le bord vertical interne 24 de pale est de l'ordre du cinquième ou du quart de la longueur radiale des pales 19.

Claims

REVENDICATIONS
1. Éolienne à axe vertical, comportant : des moyens support (3) constitutifs de l'axe (2), comportant une première partie support (7) rotative et une seconde partie support (8) rotative, les deux parties support (7, 8) étant coaxiales, adjacentes entre elles, associées structurellement l'une avec l'autre, et aptes à être déplacées en rotation autour de l'axe (2) indépendamment l'une de l'autre, un premier ensemble (4), monté sur la première partie support (7), apte à être orienté par rapport à l'axe (2) en fonction de la direction du vent, comprenant : o deux premiers flasques haut (12) et bas (13), plans, pleins, circulaires, transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre, montés sur la première partie support (7), o un carter (14) en forme de paroi pleine semi-cylindrique limitée par deux bords verticaux (16a, 16b), reliant rigidement les premiers flasques (12, 13) disposés à ses extrémités, et o une aile d'orientation (15), plane, verticale, radiale et disposée dans le plan défini par les deux bords verticaux (16a, 16b) du carter (14), un second ensemble (5), monté sur la seconde partie support (8), apte à être entraîné en rotation par le vent, comprenant des moyens support haut (17) et bas (18), transversaux, horizontaux, écartés l'un de l'autre et disposés à l'aplomb d'un de l'autre, montés sur la seconde partie support (8), supportant rigidement par leurs extrémités, plusieurs pales d'entraînement (19) diamétralement opposées, verticales, écartées angulairement les unes des autres, chacune en forme de paroi rigide limitée par un bord vertical externe (23), un bord vertical interne (24) et deux bords radiaux haut (21 ) et bas (22), - et une génératrice d'électricité (6) entraînée par la seconde partie support (8), caractérisée par le fait que : le premier ensemble (4) est rigide et comporte une aile d'orientation (15) radiale, s'étendant sensiblement entre les deux premiers flasques (12, 13), au moins sensiblement adjacente à l'un des bords verticaux (16a) du carter (14), - les moyens support (17, 18) du second ensemble (5) sont deux seconds flasques haut (17) et bas (18), plans, pleins, circulaires de diamètre légèrement inférieur à celui des deux premiers flasques (12, 13), situés à proximité immédiate des faces internes, respectivement, des premiers flasques haut (12) et bas (13) et, conséquemment, les bords radiaux haut (21 ) et bas (22) de pale sont eux-aussi situés à proximité immédiate des faces internes des flasques (12, 13), lorsque la pale (19) est située dans le premier ensemble (4), le bord vertical externe (23) de pale est situé à proximité immédiate de la face interne du carter (14), lorsque la pale (19) est située dans le premier ensemble (4), le bord vertical interne (24) de pale est substantiellement écarté de l'axe (2) et un espace central axial (20) au plus substantiellement vide est ménagé entre les bords verticaux internes (24) des pales (19).
2. Éolienne selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que :
- les moyens support (3) constitutifs de l'axe comportent une partie haute (9) comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque haut (12) et le second flasque haut (17) et assurant une liaison rotative relative entre eux, et une partie basse (10) comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque bas (13) et le second flasque bas (18) et entre le premier flasque bas (13) et un élément de bâti, assurant une liaison rotative relative entre eux, la seconde partie support (8) comportant en outre, en partie basse, un arbre (1 1 ) solidaire du second flasque bas (18) saillant vers le bas apte à entraîner la génératrice d'électricité (6),
- et par le fait que l'espace central axial (20) est totalement vide.
3. Éolienne selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que :
- les moyens support (3) constitutifs de l'axe comportent une partie haute (9) comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque haut (12) et le second flasque haut (17) et assurant une liaison rotative relative entre eux, et une partie basse (10) comprenant un ou plusieurs roulements interposés entre le premier flasque bas (13) et le second flasque bas (18) et entre le premier flasque bas (13) et un élément de bâti, assurant une liaison rotative relative entre eux, la seconde partie support (8) comportant en outre, en partie basse, un arbre (11 ) solidaire du second flasque bas (18), saillant vers le haut jusqu'au second flasque haut (17) et vers le bas où il est apte à entraîner la génératrice d'électricité (6),
- et par le fait que l'espace central axial (20) est substantiellement vide.
4. Éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'aile d'orientation (15) est au contact du bord vertical (16a) du carter (14), sans espace ou passage entre eux.
5. Éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la différence de diamètre et l'écartement entre les deux seconds flasques (17, 18) et les deux premiers flasques (12, 13) sont ceux ou voisins de ceux justes aptes à ne pas permettre de frottement entre le premier ensemble (4) et le second ensemble (5).
6. Éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait récartement entre l'axe (2) et le bord vertical interne (24) de pale est de l'ordre du cinquième ou du quart de la longueur radiale des pales (19).
7. Éolienne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que la longueur radiale de l'aile d'orientation (15) est de l'ordre du rayon ou du diamètre du carter (14).
8. Éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs premiers ensembles (4) et seconds ensembles (5) superposés de façon coaxiale.
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