WO2022106979A1 - Système de captage de l'énergie d'un courant de fluide - Google Patents

Système de captage de l'énergie d'un courant de fluide Download PDF

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

Definitions

  • the present invention generally relates to systems configured to capture the energy of a fluid stream along an axis of rotation transverse to the fluid stream, such as wind turbines or vertical-axis marine turbines.
  • These systems comprise a rotor equipped with a plurality of blades which is rotatably mounted in a stator around an axis of rotation transverse to the flow of fluid.
  • the impact of a flow of the fluid stream on the surfaces of the blades causes the rotor to rotate.
  • the mechanical energy thus produced from the kinetic energy of the fluid can either be used directly or, more often, used to drive a generator to produce electricity.
  • the stator may include guide vanes arranged at equal angular intervals around the rotor in order to guide and direct the fluid stream onto the blades of the rotor.
  • An object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the present invention is to improve the efficiency and reliability over time of a vertical axis wind turbine.
  • Another object of the present invention is to provide a vertical axis wind turbine capable of starting at low wind speed.
  • Another object of the present invention is to maximize the mechanical energy capable of being extracted from a fluid stream.
  • a system for capturing the energy of a fluid stream comprising - a stator; - a rotor rotatably mounted in the stator around a first axis of rotation, the rotor being equipped with a plurality of blades, said first axis of rotation being intended to be substantially transverse to the flow of fluid; - the stator comprising a plurality of guide vanes arranged around the rotor; - said plurality of guide vanes comprises at least - a first guide vane mounted mobile in rotation around a second axis of rotation substantially parallel to said first axis of rotation, this first guide vane being adapted to pass, by rotation of a first predefined angle around said second axis of rotation, d a first position to a second position; - a second guide vane mounted mobile in rotation around a third axis of rotation substantially parallel to said first axis of rotation, this second guide vane being adapted to pass, by rotation of a second predefined angle different from
  • the first guide vane In the first position, the first guide vane is substantially perpendicular to a radial plane comprising the first axis of rotation and the second axis of rotation; - the system further comprises a fluid stream direction sensor intended to detect a direction of the incident fluid stream on the system, said first angle being determined at least as a function of the detected direction of the fluid stream; - the system further comprises a rotor rotation speed sensor intended to measure a rotation speed of the rotor, said first angle being determined at least as a function of the measured rotation speed of the rotor; the system further comprises a stator vibration sensor for measuring a stator vibration signal, said first angle being determined at least as a function of the measured vibration signal; - The first guide vane extends on either side of the second axis of rotation; - when the guide vanes of said plurality of guide vanes are, respectively, at the first position, said plurality of guide vanes form a cylinder centered on said first axis of rotation
  • the figure schematically illustrates a system for capturing the energy of a fluid current along an axis of rotation transverse to this fluid current according to various embodiments
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of elements of the system for capturing energy from a fluid stream according to various embodiments
  • the figure schematically illustrates a vehicle comprising a system for capturing energy from a fluid stream according to various embodiments.
  • a system 1 for capturing the energy of a stream 2 of fluid can be a moving gas or liquid such as air (wind) or liquid water (rivers, ocean currents).
  • the capture system 1 comprises a rotor 3 (or a turbine) having an axis 31 of rotation.
  • the rotor 3 is intended to be arranged so that its axis 31 of rotation is substantially transverse to the stream 2 of fluid.
  • the capture system 1 is configured to be arranged so that the fluid stream 2 approaches the rotor 3 laterally in a direction that is not collinear with its axis 31 of rotation.
  • fluid stream 2 comprises at least one non-zero component substantially perpendicular to axis 31 of rotation of rotor 3 .
  • the system 1 is said to be “vertical-axis” such as a vertical-axis wind turbine or a vertical-axis tidal turbine.
  • the rotor 3 is equipped with a plurality of blades 32 .
  • the system 1 uses the impact of a flow of the current 2 of fluid on the surfaces of the blades 32 to capture the kinetic energy of the fluid and convert it, via the rotation of the rotor 3 , into mechanical energy.
  • the blades 32 of the rotor 3 have aerodynamic profiles substantially perpendicular or parallel to the axis 31 of rotation, such as the case of a rotor 3 of the “Savonius” or “Darrieus” type or a combination thereof.
  • each of the blades 32 has the shape of a semi-cylindrical cup substantially perpendicular to the axis 31 of rotation of the rotor 3 .
  • the blades 32 are "S" shaped.
  • the blades 32 can be two, three, four or more in number, and of any aerodynamic shape maximizing the drive in rotation of the rotor 3 .
  • the system 1 further comprises a stator 4 (or a base) in which the rotor 3 is rotatably mounted.
  • the stator 4 makes it possible, among other things, to maintain the axis 31 of rotation of the rotor 3 in a predefined direction substantially transverse to the current 2 of fluid.
  • the stator 4 comprises a plurality of guide vanes 41 (or guide vanes 41 ). These guide vanes 41 have the form of plates, strips, or strips that are substantially flat or curved.
  • the guide vanes 41 have, in another embodiment, airfoils incorporating convex and/or concave portions.
  • the guide vanes 41 are preferably substantially identical to each other.
  • the guide vanes 41 are placed around the rotor 3 . They are mounted on the stator 4 in a circular network centered on the axis 31 of rotation around the rotor 3 . In other words, guide vanes 41 are arranged on stator 4 at substantially equal angular intervals with respect to axis 31 of rotation. The guide vanes 41 are substantially parallel to the axis 31 of rotation of the rotor 3 . As illustrated by FIGS. 1 and 2, guide vanes 41 extend at least over the entire height of blades 32 of rotor 3 .
  • the guide vanes 41 are arranged around the rotor 3 so that the stream 2 of fluid must pass through the network of guide vanes 41 to come into contact with the blades 32 of the rotor 3 in a direction substantially perpendicular to the axis 31 of rotation.
  • Each of the guide vanes 41 is mounted so as to rotate (pivot) around an axis of rotation substantially parallel to the axis 31 of rotation of the rotor 3 .
  • each guide vane 41 is capable of moving, by rotation through a predefined angle around its axis of rotation, from one position to another.
  • a guide vane 41 can pass from a closed position in which it is substantially perpendicular to a radial plane comprising the axis 31 of rotation of the rotor 3 and the axis of rotation of this guide vane 41 (i.e. d) its axis of rotation) in at least one open position in which it is not perpendicular to said radial plane (ie it forms a non-right angle with said radial plane).
  • a guide vane 41 When it is in the closed position, a guide vane 41 is substantially tangent to a cylinder of revolution (also called a right circular cylinder) comprising the rotor 3 and centered on the axis 31 of rotation of this rotor 3 . In the open position, the guide vane 41 is secant (ie not tangent) to said cylinder of revolution.
  • a cylinder of revolution also called a right circular cylinder
  • a guide vane 41 can have more than one open position.
  • a guide vane 41 is, in fact, in the open position when it is substantially included or parallel to a radial plane comprising its axis of rotation and the axis 31 of rotation of the rotor 3 or in any other intermediate position between this open position and the closed position.
  • the stator 4 comprises - at least one first guide vane 41 mounted rotatably about a first axis of rotation substantially parallel to the axis 31 of rotation of the rotor 3 , this first guide vane 41 being able to pass, by rotation through a first angle predefined around said first axis of rotation, from a first position to a second position; and - at least one second guide vane 41 mounted rotatably around a second axis of rotation substantially parallel to the axis 31 of rotation of the rotor 3 , this second guide vane 41 being able to pass, by rotation of a second angle predefined different from said first angle around said second axis of rotation, from a third position to a fourth position.
  • the guide vanes 41 can therefore have different positions from each other.
  • Each guide vane 41 is capable, by rotation around its axis of rotation, of passing from one position to another independently of at least one other guide vane 41 .
  • a reference direction a relative direction such as that of the fluid stream 2 or a fixed direction such as that of geographic north
  • a guide vane 41 When it is in the open position, a guide vane 41 makes it possible to create a duct which channels and directs the current 2 of fluid towards the blades 32 of the rotor 3 . More generally, a guide vane 41 in the open position makes it possible to form a slot or a duct via which the fluid stream 2 can access the blades 32 of the rotor 3 or escape from the blades 32 of the rotor 3 .
  • the width of this slot/duct between the guide vanes 41 is advantageously of variable width depending on the positions of the guide vanes 41 .
  • the guide vanes 41 advantageously make it possible to guide the fluid stream in a controlled manner towards or from the blades 32 of the rotor 3 .
  • the guide vanes 41 can thus serve as an adjustable guide for the stream 2 of fluid.
  • the guide vanes 41 form, when they are in the closed position, a cylinder centered on the axis 31 of rotation of the rotor 3 . Consequently, the guide vanes 41 prevent, when they are in the closed position, the stream 2 of fluid from coming into contact with the blades 32 of the rotor 3 .
  • Each of the guide vanes 41 is placed on the periphery of the stator 4 so that, when it is in an open position, it does not come into contact with any of the blades 32 of the rotor 3 .
  • the distance between the axis 31 of rotation of the rotor 3 and that of a guide vane 41 is defined so that this guide vane 41 , when it is in an open position which is possible for it, does not come into contact with the blades 32 of the rotor 3 .
  • the axis of rotation of a guide vane 41 can be included in the plane of this guide vane 41 or substantially parallel to the plane of this guide vane 41 .
  • the axis of rotation of a guide vane 41 is, in one embodiment, at mid-width of this guide vane 41 .
  • the axis of rotation of a guide vane 41 is, in another embodiment, substantially included in a plane of symmetry of this guide vane 41 . More generally, the guide vane 41 extends on either side of its axis 31 of rotation. This advantageously makes it possible to facilitate the rotation and the maintenance in the closed or open position of the guide vane 41 .
  • the guide vanes 41 are, in one embodiment, made of robust and light materials so as to be manageable in rotation, such as a composite material or an alloy material.
  • the stator 4 comprises a base 42 and a cover 43 between which the rotor 3 and the guide vanes 41 are rotatably mounted.
  • the base 42 and the cover 43 comprise at their centers two facing bearings to hold the shaft of the rotor 3 and at their peripheries facing holes (opposite) to receive the axes of rotation of the guide vanes 41 .
  • the capture system 1 comprises an actuator device 44 (such as one or more jacks, one or more electric motors such as stepper motors or equivalent, and/or one or more electromagnets) allowing to move any one of the guide vanes 41 from one position to another (from a closed position to a predefined open position and vice versa or from a first open position to a second open position).
  • an actuator device 44 such as one or more jacks, one or more electric motors such as stepper motors or equivalent, and/or one or more electromagnets
  • the actuator device 44 comprises one electric motor per guide vane 41 or an electric motor common to a plurality of guide vanes 41 .
  • the device 44 of actuators can be arranged at the level of the base 42 and/or of the cover 43 of the stator 4 .
  • the rotation of a guide vane 41 is indexed by a plurality of positions comprising a closed position of the guide vane 41 and at least one open position of the guide vane 41 .
  • Blocking devices such as pawls, snap-fit devices and/or indexing fingers
  • the rotation of a guide vane 41 is, in one embodiment, indexed to a plurality of positions comprising a closed position of the guide vane 41 and a plurality of open positions spaced apart by a predefined angular pitch. This angular pitch is, for example, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, or 60 degrees.
  • a control unit 5 is configured to control the device 44 of actuators to move one or more guide vanes 41 from one position to another.
  • the control unit 5 is, in particular, capable of controlling the rotation of a first guide vane 41 by a first angle and a second guide vane 41 by a second angle different from the first angle around their respective axes of rotation. .
  • the control unit 5 is capable of controlling the passage from one position to another of each guide vane 41 individually or of a plurality of guide vanes 41 simultaneously.
  • the angle of rotation of a guide vane 41 can be defined relative to the current position of the guide vane 41 , the closed position of this guide vane 41 , the direction of incidence of the fluid stream 2 , or any other reference direction.
  • the direction of incidence of a fluid stream on the guide vanes 41 can be different from one guide vane 41 to another.
  • the arrangement specific to each guide vane 41 contributes to the precise formation of a direction of attack of the blades 32 of the rotor 3 by the current 2 of fluid, and/or of an escape or exit direction of the current 2 of fluid from the rotor 3 .
  • This ability (or additional degree of freedom) to arrange the guide vanes 41 differently advantageously makes it possible to resist vortices (a current 2 of fluid which rapidly changes direction) by favoring a predefined direction of incidence of the current 2 of fluid.
  • the control unit 5 is provided with a plurality of sensors 61 - 63 used to allow a dynamic configuration of the positions (or orientations) of the guide vanes 41 .
  • These sensors 61 - 63 comprise, for example, a sensor 61 of the direction of the fluid current 2 (direction of incidence of the wind on the system 1 for example), a sensor 62 of the speed of rotation of the rotor 3 , and/or a vibration sensor 63 of the stator 4 making it possible to detect the entry into oscillation of the stator 4 .
  • the vibration sensor 63 is, in one embodiment, configured to measure a signal comprising the frequency and/or the amplitude of vibration of the stator 4 .
  • the direction of the fluid stream 2 detected by the fluid stream direction sensor 61 can be used by the control unit 5 to determine the appropriate position of each guide vane 41 .
  • An angle of rotation for each guide vane 41 is therefore determined by the control unit 5 as a function of the detected direction of incidence of the fluid stream 2 on the system 1 .
  • the guide vanes 41 which face the fluid stream 2 can be arranged so as to widen or narrow ducts formed by successive guide vanes 41 and/or or to modify the direction of incidence of the current 2 of fluid on the blades 32 of the rotor 3 .
  • the guide vanes 41 located at least partially under the stream 2 of fluid can be arranged so as to channel and facilitate the exhaust or the exit of the stream 2 of fluid from the system 1 .
  • the fluid current 2 direction sensor 61 is, for example, a potentiometer integrating a cursor aligned with the direction of a vane.
  • control unit 5 is, in one embodiment, configured to control the passage of at least one guide vane 41 from a position to another by rotation of a predefined angle around its axis of rotation.
  • This angle of rotation is, in one embodiment, determined as a function of the measured rotation speed so as to reduce the rotation speed of the rotor 3 as long as it is greater than a predefined value. This results in contactless braking of the rotor 3 .
  • This braking can be obtained by orienting one or more guide vanes 41 (in particular, those which face the current 2 of fluid) so as to reduce the flow of the current 2 of fluid on the blades 32 of the rotor 3 (at least partial obstruction slots between guide vanes 41 in the open position).
  • the control unit 5 is furthermore configured to adapt the positions of the guide vanes 41 accordingly. For example, when the frequency or the amplitude of vibration supplied by this vibration sensor 63 is greater than a predefined threshold value, one or more guide vanes 41 are arranged in the closed or quasi-closed position (by rotating one angle to reach the closed position). By adapting the position of a guide vane 41 , the control unit 5 adjusts the force of the current 2 of fluid on the blades 32 of the rotor 3 by obscuring them at least partially. Partial concealment of the blades 32 of the rotor 3 by the guide vanes 41 makes it possible to limit the access of the fluid stream 2 to the rotor 3 and thus produces a self-braking effect.
  • guide vanes 41 are also mounted so as to rotate around axis 31 of rotation of rotor 3 .
  • each of the guide vanes 41 is rotatable around its own axis of rotation (pivoting) and also around the axis 31 of rotation of the rotor 3 .
  • the guide vanes 41 are, for example, rotatably mounted on a first ring supported by the base 42 and a second ring supported by the cover 43 .
  • the first ring and the second ring are integral and are mounted so as to rotate around the axis 31 of rotation of the rotor 3 .
  • the same arrangement of the guide vanes 41 can thus follow a change in the direction of the fluid stream 2 by causing all of the guide vanes 41 (i.e. the first and the second ring) to rotate around the axis 31 of rotation of the rotor 3 , without the need to rearrange each of the guide vanes 41 to take account of the change in direction of the stream 2 of fluid.
  • a vane fixed to the first and/or to the second ring and capable of causing them to pivot around the axis 31 of rotation advantageously makes it possible to maintain the predefined guide vanes 41 facing the current 2 of fluid and to follow its change of direction.
  • the system 1 comprises, in another embodiment, means for assisting the starting of the rotor 3 such as an electric motor intended to provide mechanical assistance to the rotor 3 in order to be able to start.
  • means for assisting the starting of the rotor 3 such as an electric motor intended to provide mechanical assistance to the rotor 3 in order to be able to start.
  • the power supply of the control unit 5 , of the device 44 of actuators, of the sensors 61 - 63 , and/or of the start-up assistance means is at least partially ensured by a generator 7 photovoltaic (including photovoltaic solar cells).
  • This photovoltaic generator 7 comprises at least one photovoltaic panel (or solar panel) arranged on the cover 43 of the stator 4 and intended to generate electrical energy from a light to which it is exposed.
  • An energy storage means in particular electrochemical (of the cell or battery type), makes it possible to store at least part of the electrical energy produced, which can then be used in the absence of light.
  • a box supporting the stator 4 can be envisaged to accommodate one or more means for storing the electrical energy produced by the collection system 1 and/or by the photovoltaic generator 7 .
  • the collection system 1 is, by way of illustration, a wind turbine with a vertical axis.
  • a wind 21 incident on this vertical axis wind turbine comprises at least one non-zero horizontal component.
  • the control unit 5 adapts the position of each of the guide vanes 41 .
  • the unit 5 control has the guide vanes 41 facing the wind 21 in an intermediate open position to form converging ducts tangentially on the blades 32 of the rotor 3 (guide or direct the current 2 of fluid directly on the blades 32 of the rotor 3 ).
  • the control unit 5 determines the guide vanes 41 located facing the wind and, consequently, also the guide vanes 41 located at least partially downwind. (In particular, those which are diametrically opposed to the guide vanes 41 located facing the wind). The control unit 5 then determines an angle of rotation for each of the guide vanes 41 with respect to the direction of the incident wind 21 .
  • the orientation of the guide vanes 41 facing the wind 21 is chosen so as to direct or deflect the flow of the wind 21 incident effectively on the blades 32 of the rotor 3 .
  • An oblique orientation of the guide vanes 41 facing the wind with respect to the direction of incidence of the wind 21 makes it possible to concentrate and guide the air flows on the blades 32 of the rotor.
  • the guide vanes 41 facing the wind 21 are arranged so as to form a wind concentrator 21 directly on the blades 32 of the rotor 3 .
  • the arrangement of the guide vanes 41 facing the wind 21 in positions open obliquely to the direction of incidence of the wind 21 causes a compression of the wind between two successive guide vanes 41 which increases its speed and concentrates it on the blades 32 of the rotor. 3 .
  • An arrangement of the other guide vanes 41 (in particular those downwind) parallel to the direction of incidence of the wind 21 creates a suction of pressurized air in the rotor 3 and therefore promotes its escape from the capture system 1 (the leeward guide vanes 41 being in the open position and the side guide vanes 41 being in the closed position).
  • the guiding vanes 41 under the wind are arranged in the open position so as to present the least obstruction to the wind 21 (substantially in a radial plane comprising the axis 31 of rotation of rotor 3 and their respective axes of rotation).
  • the guide vanes 41 sheltered from the wind are substantially parallel to the direction of incidence of the wind 21 so as to reduce the pressure at the level of these guide vanes 41 and accelerate the escape/leakage of the wind from the rotor 3 .
  • Such an arrangement of the guide vanes 41 advantageously makes it possible to create a pressure difference which accelerates and gives more energy to the air stream.
  • this configuration of the guide vanes 41 promotes the creation of an air stream (or air stream generator) in order to further accelerate the fluid stream in the capture system 1 . This results in an increase in the speed of circulation of the wind at the level of the blades 32 of the rotor. It is thus possible to drive the rotor 3 in rotation, even with incident winds 21 of low speed.
  • the control unit 5 is configured to adapt the position of one or more guide vanes 41 accordingly. For example, when data supplied by these sensors is greater than a predefined threshold value, the control unit 5 commands the passage of at least one guide vane 41 initially into an open position towards a closed position or towards another position. open closer to the closed position. Braking without contact of the rotor 3 can thus be produced by rotating at least one guide vane 41 around its axis of rotation by a predefined angle of rotation.
  • the determination of this angle of rotation as a function of the frequency and/or the amplitude of vibration of the stator 4 advantageously makes it possible to reduce the vibrations of the wind turbine, increase its lifespan, and protect the frame on which it is installed.
  • the arrangement of all the guide vanes 41 in the closed position forces the wind 21 to circumvent the wind turbine with a vertical axis which takes the form of a cylinder of revolution around the axis 31 of rotation of the rotor 3 .
  • the guide vanes 41 make it possible to resist violent winds, prevent the phenomenon of dynamic stalling and, therefore, improve the safety of the vertical axis wind turbine which becomes compact in violent or swirling winds.
  • the guide vanes 41 can also act as a regulator of the noise pollution of the wind turbine insofar as they can be oriented in such a way as to attenuate the mechanical noise (linked to the friction of the moving parts) and aerodynamic noise.
  • a sound sensor connected to the control unit 5 can therefore be envisaged.
  • the guide vanes 41 constitute a safety device since they limit the access of physical objects or animals (drones or birds for example) to the moving rotor.
  • the guide vanes 41 can also be placed in the closed position when the wind turbine is not in use.
  • a vehicle 8 is displayed, in particular an automobile, comprising the system 1 described above.
  • This vehicle 8 is, for example, a truck, a van, a motorhome, a coach, a utility vehicle, a heavy goods vehicle, a personal vehicle, or a watercraft such as a boat.
  • the system 1 is attached to the vehicle 8 so that it is able to receive a wind produced by the movement of the vehicle 8.
  • the system 1 can, as illustrated by the , be fixed to the front of the vehicle 8, above the vehicle 8, and/or in the upper part of the vehicle 8.
  • a guide (such as a tubular body) is arranged to direct a wind resulting from the movement of the vehicle 8 from the front or the side faces of the vehicle 8 towards the system 1 .
  • the guide vanes 41 facing the wind are, in one embodiment, determined according to the heading (or the direction of movement) of the vehicle 8 .
  • Data relating to the heading of the vehicle can be obtained by a geolocation sensor on board the vehicle 8 or in the system 1 .
  • the system 1 for capturing energy from a fluid stream described above - is able to start even at low incident wind speeds and, therefore, to increase the energy efficiency of the system; - Is modular, insofar as several collection systems 1 can be stacked on top of each other on the same axis; - features improved safety, noise reduction, improved energy efficiency and self-braking effect; - is omnidirectional (capable of capturing the wind over 360°) and automatically adapts to the direction of the incident wind; - allows, by adapting the positions of the guide vanes 41 , to exploit the linear fluid currents, as well as the turbulent fluid currents or of variable direction (such as the winds in urban environments).

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Abstract

Système (1) de captage de l'énergie d'un courant (2) de fluide comprenant - un rotor (3) monté rotatif dans un stator (4) autour d'un premier axe (31) de rotation; - le stator (4) comprenant une pluralité d'aubes (41) directrices disposées autour du rotor (3); - ladite pluralité d'aubes (41) directrices comprenant - une première aube directrice montée mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation parallèle audit premier axe (31) de rotation, cette première aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un premier angle, d'une première position à une deuxième position; - une deuxième aube directrice montée mobile en rotation autour d'un troisième axe de rotation parallèle audit premier axe de rotation, cette deuxième aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un deuxième angle, d'une troisième position à une quatrième position.

Description

Système de captage de l’énergie d’un courant de fluide
La présente invention concerne de manière générale les systèmes configurés pour capter l'énergie d'un courant de fluide selon un axe de rotation transverse au courant de fluide, tels que les éoliennes ou les hydroliennes à axe vertical.
Ces systèmes comprennent un rotor équipé d'une pluralité de pales qui est monté rotatif dans un stator autour d'un axe de rotation transversal au courant de fluide. L'impact d'un écoulement du courant de fluide sur les surfaces des pales entraine le rotor en rotation. L'énergie mécanique ainsi produite à partir de l'énergie cinétique du fluide peut être soit utilisée directement, soit, le plus souvent, utilisé pour entraîner un générateur pour produire de l'électricité.
Afin d'améliorer le rendement de ces systèmes, le stator peut comprendre des aubes directrices disposées à des intervalles angulaires égaux autour du rotor à l'effet de guider et faire parvenir le courant de fluide sur les pales du rotor.
Les systèmes existants ne sont pas sans inconvénients et demeurent perfectibles.
Un inconvénient majeur de ces systèmes tient à ce qu'ils nécessitent généralement des courants de fluide de fortes vitesses. Ceci limite, bien entendu, leurs sites d'implantation, leur plage d'utilisation et, par conséquent, aussi leur rendement. Ce problème se pose notamment pour les éoliennes à axe vertical en milieu urbain où l'espace est restreint et/ou le vent y est souvent de faible vitesse ou tourbillonnant à cause des nombreux obstacles qu'il rencontre dans sa course.
Par ailleurs, un courant de fluide de forte vitesse peut provoquer une entrée en oscillations du stator devenant une source de vibrations mécaniques et sonores perturbatrice du milieu environnant. Il est également question de la sécurité et la fiabilité mécanique de ces systèmes au cours du temps qui peuvent être mis à rude épreuve par la force du courant de fluide dans un environnement toujours instable. Des vents violents ou tourbillonnants sont, en effet, souvent à l'origine de plusieurs défaillances techniques ou de perte de performances.
Un objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités.
Un autre objet de la présente invention est d'améliorer le rendement et la fiabilité au cours du temps d'une éolienne à axe vertical.
Un autre objet de la présente invention est de proposer une éolienne à axe vertical apte à démarrer à faible vitesse de vent.
Un autre objet de la présente invention est de maximiser l'énergie mécanique susceptible d'être extraite d'un courant de fluide.
A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un système de captage de l'énergie d'un courant de fluide comprenant
- un stator;
- un rotor monté rotatif dans le stator autour d'un premier axe de rotation, le rotor étant équipé d'une pluralité de pales, ledit premier axe de rotation étant destiné à être sensiblement transversal au courant de fluide;
- le stator comprenant une pluralité d'aubes directrices disposées autour du rotor;
- ladite pluralité d'aubes directrices comprend au moins
- une première aube directrice montée mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation sensiblement parallèle audit premier axe de rotation, cette première aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un premier angle prédéfini autour dudit deuxième axe de rotation, d'une première position à une deuxième position;
- une deuxième aube directrice montée mobile en rotation autour d'un troisième axe de rotation sensiblement parallèle audit premier axe de rotation, cette deuxième aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un deuxième angle prédéfini différent dudit premier angle autour dudit troisième axe de rotation, d'une troisième position à une quatrième position ;
- ladite pluralité d’aubes directrices est montée mobile en rotation autour dudit premier axe de rotation.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :
- à la première position, la première aube directrice est sensiblement perpendiculaire à un plan radial comprenant le premier axe de rotation et le deuxième axe de rotation ;
- le système comprend, en outre, un capteur de direction du courant de fluide destiné à détecter une direction du courant de fluide incident sur le système, ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction de la direction détectée du courant de fluide ;
- le système comprend, en outre, un capteur de vitesse de rotation du rotor destiné à mesurer une vitesse de rotation du rotor, ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction de la vitesse de rotation mesurée du rotor ;
le système comprend, en outre, un capteur de vibration du stator destiné à mesurer un signal de vibration du stator, ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction du signal de vibration mesuré ;
- la première aube directrice s'étend de part et d'autre du deuxième axe de rotation ;
- lorsque les aubes directrices de ladite pluralité d’aubes directrices sont, respectivement, à la première position, ladite pluralité d’aubes directrices forme un cylindre centré sur ledit premier axe de rotation;
- le système est une éolienne à axe vertical.
Il est proposé, en deuxième lieu, un véhicule comprenant le système présenté ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure illustre schématiquement un système pour capter l'énergie d'un courant de fluide selon un axe de rotation transverse à ce courant de fluide selon divers modes de réalisation ;
la figure est une vue schématique en coupe d’éléments du système de captage de l'énergie d'un courant de fluide selon divers modes de réalisation ;
la figure illustre schématiquement une éolienne à axe vertical selon divers modes de réalisation ;
la figure illustre schématiquement un véhicule comprenant un système de captage de l'énergie d'un courant de fluide selon divers modes de réalisation.
En se référant aux figures annexées, il est affiché un système 1 de captage de l'énergie d'un courant 2 de fluide (ou flux de fluide). Ce fluide peut être un gaz ou un liquide en mouvement tel que de l'air (vent) ou de l'eau liquide (cours d'eau, courants marins).
Le système 1 de captage comprend un rotor 3 (ou une turbine) ayant un axe 31 de rotation. Le rotor 3 est destiné à être disposé de sorte que son axe 31 de rotation soit sensiblement transversal au courant 2 de fluide. Autrement dit, le système 1 de captage est configuré pour être disposé de sorte que le courant 2 de fluide aborde le rotor 3 latéralement selon une direction non colinéaire à son axe 31 de rotation. Plus généralement, le courant 2 de fluide comprend au moins une composante non nulle sensiblement perpendiculaire à l'axe 31 de rotation du rotor 3. Lorsque le courant 2 de fluide est sensiblement horizontal, ce qui est généralement le cas, le système 1 est dit « à axe vertical » tel qu'une éolienne à axe vertical ou une hydrolienne à axe vertical.
Le rotor 3 est équipé d'une pluralité de pales 32. Le système 1 utilise l'impact d'un écoulement du courant 2 de fluide sur les surfaces des pales 32 pour capter l'énergie cinétique du fluide et le convertir, via la rotation du rotor 3, en une énergie mécanique. Les pales 32 du rotor 3 ont des profils aérodynamiques sensiblement perpendiculaires ou parallèles à l'axe 31 de rotation tel le cas d'un rotor 3 de type « Savonius », « Darrieus » ou une combinaison de ces derniers. Dans les modes de réalisation illustrés par les figures 1 à 3, chacune des pales 32 a la forme d'un godet demi-cylindrique sensiblement perpendiculaire à l'axe 31 de rotation du rotor 3. Dans un autre mode de réalisation, les pales 32 sont en forme de « S ». De manière générale, les pales 32 peuvent être au nombre de deux, trois, quatre ou plus, et de toute forme aérodynamique maximisant l'entrainement en rotation du rotor 3.
Le système 1 comprend, en outre, un stator 4 (ou un socle) dans lequel est monté rotatif le rotor 3. Le stator 4 permet, entre autres, de maintenir l'axe 31 de rotation du rotor 3 dans une direction prédéfinie sensiblement transversale au courant 2 de fluide.
Le stator 4 comprend une pluralité d'aubes 41 directrices (ou aubes 41 de guidage). Ces aubes 41 directrices ont la forme de plaques, bandes, ou lamelles sensiblement planes ou incurvées. Les aubes 41 directrices ont, dans un autre mode de réalisation, des profils aérodynamiques intégrant des portions convexes et/ou concaves. Les aubes 41 directrices sont, de préférence, sensiblement identiques les unes aux autres.
Les aubes 41 directrices sont disposées autour du rotor 3. Elles sont montées sur le stator 4 en un réseau circulaire centré sur l'axe 31 de rotation autour du rotor 3. En d'autres termes, les aubes 41 directrices sont disposées sur le stator 4 à des intervalles angulaires sensiblement égaux par rapport à l'axe 31 de rotation. Les aubes 41 directrices sont sensiblement parallèles à l'axe 31 de rotation du rotor 3. Tel qu'il est illustré par les figures 1 et 2, les aubes 41 directrices s'étendent au moins sur toute la hauteur des pales 32 du rotor 3. Les aubes 41 directrices sont disposées autour du rotor 3 de sorte que le courant 2 de fluide doit traverser le réseau des aubes 41 directrices pour entrer en contact avec les pales 32 du rotor 3 selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe 31 de rotation.
Chacune des aubes 41 directrices est montée mobile en rotation (pivotante) autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe 31 de rotation du rotor 3. Il en résulte que chaque aube 41 directrice est apte à passer, par rotation d'un angle prédéfini autour de son axe de rotation, d'une position à une autre. En particulier, une aube 41 directrice peut passer d'une position fermée dans laquelle elle est sensiblement perpendiculaire à un plan radial comprenant l'axe 31 de rotation du rotor 3 et l'axe de rotation de cette aube 41 directrice (c.à.d. son axe de rotation) à au moins une position ouverte dans laquelle elle n'est pas perpendiculaire audit plan radial (c'est à dire qu'elle forme avec ledit plan radial un angle non-droit).
Lorsqu'elle est en position fermée, une aube 41 directrice est sensiblement tangente à un cylindre de révolution (dit aussi cylindre circulaire droit) comprenant le rotor 3 et centré sur l'axe 31 de rotation de ce rotor 3. En position ouverte, l'aube 41 directrice est sécante (c.à.d. non tangente) audit cylindre de révolution.
Bien entendu, une aube 41 directrice peut avoir plus d'une position ouverte. Une aube 41 directrice est, en effet, en position ouverte lorsqu'elle est sensiblement comprise ou parallèle à un plan radial comprenant son axe de rotation et l'axe 31 de rotation du rotor 3 ou en toute autre position intermédiaire entre cette position ouverte et la position fermée.
Plus généralement, le stator 4 comprend
- au moins une première aube 41 directrice montée mobile en rotation autour d'un premier axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe 31 de rotation du rotor 3, cette première aube 41 directrice étant apte à passer, par rotation d'un premier angle prédéfini autour dudit premier axe de rotation, d'une première position à une deuxième position; et
- au moins une deuxième aube 41 directrice montée mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation sensiblement parallèle à l'axe 31 de rotation du rotor 3, cette deuxième aube 41 directrice étant apte à passer, par rotation d'un deuxième angle prédéfini différent dudit premier angle autour dudit deuxième axe de rotation, d'une troisième position à une quatrième position.
Les aubes 41 directrices peuvent donc avoir des positions différentes les unes des autres. Chaque aube 41 directrice est apte, par rotation autour de son axe de rotation, à passer d'une position à une autre indépendamment d'au moins une autre aube 41 directrice. Par rotation autour de leurs axes de rotations respectifs, une disposition des aubes 41 directrices pour faire, par rapport à une direction de référence (une direction relative telle que celle du courant 2 de fluide ou une direction fixe telle que celle du nord géographique), des angles différents est possible.
Lorsqu'elle est en position ouverte, une aube 41 directrice permet de créer un conduit qui canalise et oriente le courant 2 de fluide vers les pales 32 du rotor 3. Plus généralement, une aube 41 directrice en position ouverte permet de former une fente ou un conduit via lequel le courant 2 de fluide peut accéder aux pales 32 du rotor 3 ou échapper depuis les pales 32 du rotor 3. La largeur de cette fente/conduit entre les aubes 41 directrices est, avantageusement, de largeur variable en fonction des positions des aubes 41 directrices. Par rotation autour de leurs axes de rotation respectifs d'angles prédéfinis, les aubes 41 directrices permettent, avantageusement, de guider de façon contrôlée le courant de fluide vers ou depuis les pales 32 de rotor 3. Les aubes 41 directrices peuvent ainsi servir de guide réglable du courant 2 de fluide.
Dans un mode de réalisation, les aubes 41 directrices forment, lorsqu'elles sont en position fermée, un cylindre centré sur l'axe 31 de rotation du rotor 3. Par conséquent, les aubes 41 directrices empêchent, lorsqu'elles sont en position fermée, le courant 2 de fluide d’entrer en contact avec les pales 32 du rotor 3.
Chacune des aubes 41directrices est disposée en périphérie du stator 4 de sorte que, lorsqu'elle est en une position ouverte, n'entre pas en contact avec l'une quelconque des pales 32 du rotor 3. La distance entre l’axe 31 de rotation du rotor 3 et celui d'une aube 41 directrice est défini de sorte que cette aube 41 directrice, lorsqu'elle est en une position ouverte qui lui est possible, n'entre pas en contact avec les pales 32 du rotor 3.
L'axe de rotation d'une aube 41 directrice peut être compris dans le plan de cette aube 41 directrice ou sensiblement parallèle au plan de cette aube 41 directrice. L'axe de rotation d'une aube 41 directrice est, dans un mode de réalisation, à mi-largeur de cette aube 41 directrice. L’axe de rotation d’une aube 41 directrice est, dans un autre mode de réalisation, sensiblement compris dans un plan de symétrie de cette aube 41 directrice. Plus généralement, l'aube 41 directrice s'étend de part et d'autre de son axe 31 de rotation. Ceci permet, avantageusement, de faciliter la rotation et le maintien en position fermée ou ouverte de l'aube 41 directrice. Les aubes 41 directrices sont, dans un mode de réalisation, réalisées en matériaux robustes et légers de façon à être maniables en rotation tel qu'un matériau composite ou un matériau allié.
Dans un mode de réalisation, le stator 4 comprend une base 42 et un couvercle 43 entre lesquelles le rotor 3 et les aubes 41 directrices sont montés mobiles en rotation. La base 42 et le couvercle 43 comprennent en leurs centres deux paliers en regard pour maintenir l'arbre du rotor 3 et en leurs périphéries des trous en regard (en vis-à-vis) pour recevoir les axes de rotation des aubes 41 directrices.
Par ailleurs, le système 1 de captage comprend un dispositif 44 d'actionneurs (tel qu'un ou plusieurs vérins, un ou plusieurs moteurs électriques tel que des moteurs pas-à-pas ou équivalents, et/ou un ou plusieurs électroaimants) permettant de faire passer l'une quelconque des aubes 41 directrices d'une position à une autre (d'une position fermée à une position ouverte prédéfinie et vice-versa ou d'une première position ouverte à une deuxième position ouverte). Un système de poulies, de biellettes et/ou de courroies crantées, d'engrenages et/ou des trains d'engrenages avec des rapports de transmission identiques ou différents pour tourner une seule aube 41 directrice à la fois ou simultanément une pluralité d'aubes 41 directrices peuvent être envisagés. Dans un mode de réalisation, le dispositif 44 d'actionneurs comprend un moteur électrique par aube 41 directrice ou un moteur électrique commun à une pluralité d'aubes 41 directrices. Le dispositif 44 d'actionneurs peut être disposé au niveau de la base 42 et/ou du couvercle 43 du stator 4.
Dans un mode de réalisation, la rotation d'une aube 41 directrice est indexée par une pluralité de positions comprenant une position fermée de l'aube 41 directrice et au moins une position ouverte de l'aube 41 directrice. Des dispositifs de blocage (tels que des cliquets, des dispositifs d'encliquetage et/ou des doigts d'indexage) peuvent être envisagés pour fixer un sens de rotation et/ou pour maintenir une aube 41 directrice dans la position fermée ou dans une position ouverte prédéfinie. La rotation d'une aube 41 directrice est, dans un mode de réalisation, indexée sur une pluralité de positions comprenant une position fermée de l'aube 41 directrice et une pluralité de positions ouvertes espacées d'un pas angulaire prédéfini. Ce pas angulaire est, par exemple, de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, ou 60 degrés.
Une unité 5 de contrôle est configurée pour commander le dispositif 44 d'actionneurs pour faire passer une ou plusieurs aubes 41 directrices d'une position à une autre. L'unité 5 de contrôle est, en particulier, apte à commander la rotation d'une première aube 41 directrice d'un premier angle et une deuxième aube 41 directrice d'un deuxième angle différent du premier angle autour de leurs axes de rotation respectifs. Dans un mode de réalisation, l'unité 5 de contrôle est apte à commander le passage d'une position à une autre de chaque aube 41 directrice individuellement ou d'une pluralité d'aubes 41 directrice simultanément. L'angle de rotation d'une aube 41 directrice peut être défini par rapport à la position actuelle de l'aube 41 directrice, la position fermée de cette aube 41 directrice, la direction d’incidence du courant 2 de fluide, ou toute autre direction de référence.
En disposant différemment les aubes 41 directrices, la direction d'incidence d'un courant de fluide sur les aubes 41 directrices peut être différente d'une aube 41 directrice à une autre. La disposition propre à chaque aube 41 directrice concourt à la formation précise d’une direction d'attaque des pales 32 du rotor 3 par le courant 2 de fluide, et/ou d’une direction d'échappement ou de sortie du courant 2 de fluide depuis le rotor 3. Cette capacité (ou degré de liberté additionnel) à disposer différemment les aubes 41 directrices permet avantageusement de résister aux tourbillons (un courant 2 de fluide qui change rapidement de direction) en privilégiant une direction d'incidence prédéfinie du courant 2 de fluide.
L'unité 5 de contrôle est pourvue d'une pluralité de capteurs 61-63 utilisés pour permettre une configuration dynamique des positions (ou orientations) des aubes 41 directrices. Ces capteurs 61-63 comprennent, par exemple, un capteur 61 de direction du courant 2 de fluide (direction d'incidence du vent sur le système 1 par exemple), un capteur 62 de vitesse de rotation du rotor 3, et/ou un capteur 63 de vibration du stator 4 permettant de détecter l'entrée en oscillation du stator 4. Le capteur 63 de vibration est, dans un mode de réalisation, configuré pour mesurer un signal comprenant la fréquence et/ou l'amplitude de vibration du stator 4.
La direction du courant 2 de fluide détectée par le capteur 61 de direction du courant de fluide peut est utilisée par l'unité 5 de contrôle pour déterminer la position appropriée de chaque aube 41 directrice. Un angle de rotation pour chaque aube 41 directrice est donc déterminé par l’unité 5 de contrôle en fonction de la direction d’incidence détectée du courant 2 de fluide sur le système 1. Par exemple, les aubes 41 directrices qui sont face au courant 2 de fluide (c'est à dire, celles exposées au courant 2 de fluide) peuvent être disposées de façon à élargir ou rétrécir des conduits formés par des aubes 41 directrices successives et/ou pour modifier la direction d'incidence du courant 2 de fluide sur les pales 32 du rotor 3. Les aubes 41 directrices se trouvant au moins partiellement sous le courant 2 de fluide (c'est à dire, au moins partiellement à l'abri du courant 2 de fluide) peuvent être disposées de façon à canaliser et faciliter l'échappement ou la sortie du courant 2 de fluide depuis le système 1. Le capteur 61 de direction du courant 2 de fluide est, par exemple, un potentiomètre intégrant un curseur aligné avec la direction d’une girouette.
En fonction de la vitesse de rotation mesurée par le capteur 62 de vitesse de rotation du rotor, l'unité 5 de contrôle est, dans un mode de réalisation, configurée pour commander le passage d'au moins une aube 41 directrice d'une position à une autre par rotation d'un angle prédéfini autour de son axe de rotation. Cet angle de rotation est, dans un mode de réalisation, déterminé en fonction de la vitesse de rotation mesurée de façon à réduire la vitesse de rotation du rotor 3 tant qu’elle est supérieure à une valeur prédéfinie. Il en résulte un freinage sans contact du rotor 3. Ce freinage peut être obtenu en orientant une ou plusieurs aubes 41 directrices (notamment, celles qui font face au courant 2 de fluide) de façon à réduire l'écoulement du courant 2 de fluide sur les pales 32 du rotor 3 (obstruction au moins partielle des fentes entre des aubes 41 directrices en position ouverte).
En fonction des données fournies par le capteur 63 de vibration, l'unité 5 de contrôle est, en outre, configurée pour adapter en conséquence les positions des aubes 41 directrices. Par exemple, lorsque la fréquence ou l’amplitude de vibration fournie par ce capteur 63 de vibration est supérieure à une valeur seuil prédéfinie, une ou plusieurs aubes 41 directrices sont disposées en position fermée ou quasi-fermée (en faisant une rotation d’un angle permettant d’atteindre la position fermée). En adaptant la position d'une aube 41 directrice, l'unité 5 de contrôle ajuste la force du courant 2 de fluide sur les pales 32 du rotor 3 en les occultant au moins partiellement. Une occultation partielle des pales 32 du rotor 3 par les aubes 41 directrices permet de limiter l'accès du courant 2 de fluide au rotor 3 et produit ainsi un effet d'autofreinage.
Dans un mode de réalisation, les aubes 41 directrices sont également montées mobiles en rotation autour de l’axe 31 de rotation du rotor 3. Autrement dit, chacune des aubes 41 directrices est mobile en rotation autour de son propre axe de rotation (pivotante) et aussi autour de l’axe 31 de rotation du rotor 3. Pour cela, les aubes 41 directrices sont, par exemple, montées mobiles en rotation sur un premier anneau supporté par la base 42 et un deuxième anneau supporté par le couvercle 43. Le premier anneau et le deuxième anneau sont solidaires et sont montés mobiles en rotation autour de l'axe 31 de rotation du rotor 3. Une même disposition des aubes 41 directrices peut ainsi suivre un changement dans la direction du courant 2 de fluide en faisant tourner l’ensemble des aubes 41 directrices (c.à.d. le premier et le deuxième anneau) autour de l'axe 31 de rotation du rotor 3, sans avoir besoin de redisposer chacune des aubes 41 directrices pour tenir compte du changement de direction du courant 2 de fluide.
Dans un mode de réalisation, une girouette fixée au premier et/ou au deuxième anneau et apte à les faire pivoter autour de l’axe 31 de rotation permet, avantageusement, de maintenir des aubes 41 directrices prédéfinies face au courant 2 de fluide et suivre son changement de direction.
Le système 1 comprend, dans un autre mode de réalisation, des moyens d'assistance au démarrage du rotor 3 tel qu'un un moteur électrique destiné à apporter une assistance mécanique au rotor 3 pour pouvoir démarrer.
Dans un mode de réalisation, l'alimentation électrique de l'unité 5 de contrôle, du dispositif 44 d'actionneurs, des capteurs 61-63, et/ou des moyens d'assistance au démarrage est au moins partiellement assurée par un générateur 7 photovoltaïque (incluant des cellules solaires photovoltaïques). Ce générateur 7 photovoltaïque comprend au moins un panneau photovoltaïque (ou panneau solaire) disposé sur le couvercle 43 du stator 4 et destiné à générer de l’énergie électrique à partir d’une lumière à laquelle il est exposé. Un moyen de stockage d’énergie, notamment électrochimiques (de type piles ou batteries), permet de stocker au moins une partie de l’énergie électrique produite, qui peut ensuite être utilisée en absence de lumière.
Un caisson supportant le stator 4 peut être envisagé pour loger un ou plusieurs moyens de stockage de l'énergie électrique produite par le système 1 de captage et/ou par le générateur 7 photovoltaïque.
En se reportant à la , le système 1 de captage est, à titre illustratif, une éolienne à axe vertical. Un vent 21 incident sur cette éolienne à axe vertical comprend au moins une composante horizontale non nulle.
En fonction des données fournies par les capteurs 61-63, l'unité 5 de contrôle adapte la position de chacune des aubes 41 directrices. Par exemple, en fonction des données mesurées par le capteur 61 de direction du vent 21 incident sur l'éolienne à axe vertical (à savoir, l'azimut par rapport à une direction de référence tel que le nord géographique), l'unité 5 de contrôle dispose les aubes 41 directrices face au vent 21 dans une position d'ouverture intermédiaire pour former des conduits convergents de manière tangentielle sur les pales 32 du rotor 3 (guider ou diriger le courant 2 de fluide directement sur les pales 32 du rotor 3).
En se basant sur la direction du vent détecté par le capteur 61 de direction du vent, l'unité 5 de contrôle détermine les aubes 41 directrices situées face au vent et, par conséquent, aussi des aubes 41 directrices situées au moins partiellement sous le vent (notamment, celles qui sont diamétralement opposées aux aubes 41 directrices situées face au vent). L’unité 5 de contrôle détermine, en suite, un angle de rotation pour chacune des aubes 41 directrices par rapport à la direction du vent 21 incident.
L'orientation des aubes 41 directrices face au vent 21 est choisie de façon à diriger ou dévier le flux du vent 21 incident efficacement sur les pales 32 du rotor 3. Une orientation oblique des aubes 41 directrices face au vent par rapport à la direction d'incidence du vent 21 permet de concentrer et guider les flux d'air sur les pales 32 de rotor. Les aubes 41 directrices face au vent 21 sont disposées de façon à former un concentrateur de vent 21 directement sur les pales 32 du rotor 3. La disposition des aubes 41 directrices face au vent 21 en des positions ouvertes de façon oblique à la direction d'incidence du vent 21 entraîne une compression du vent entre deux aubes 41 directrices successives qui augmente sa vitesse et le concentre sur les pales 32 du rotor 3.
Une disposition des autres aubes 41 directrices (notamment celles sous le vent) parallèlement à la direction d'incidence du vent 21 crée une aspiration de l'air sous pression dans le rotor 3 et favorise donc son échappement depuis le système 1 de captage (les aubes 41 directrices sous le vent étant en position ouverte et les aubes 41 directrices latérales étant en position fermée). Les aubes 41 directrices sous le vent (celles se trouvant du côté opposé à celui d'où souffle le vent 21) sont disposées en position ouverte de façon à présenter le moins d'obstruction au vent 21 (sensiblement dans un plan radial comprenant l'axe 31 de rotation du rotor 3 et leurs axes de rotation respectifs).
Les aubes 41 directrices à l'abri du vent sont sensiblement parallèles à la direction d'incidence du vent 21 de façon à réduire la pression au niveau de ces aubes 41 directrices et accélérer l'échappement/fuite du vent depuis le rotor 3. Une telle disposition des aubes 41 directrices permet, avantageusement, de créer une différence de pression qui accélère et donne plus d’énergie au courant d'air. Autrement dit, cette configuration des aubes 41 directrices favorise la création d’un courant d’air (ou génératrice de courant d'air) à l'effet d'accélérer encore le courant de fluide dans le système 1 de captage. Il en résulte une augmentation de la vitesse de circulation du vent au niveau des pales 32 du rotor. Il est ainsi possible d'entrainer en rotation le rotor 3, même avec des vents 21 incidents de faible vitesse.
En fonction de données fournies par le capteur 63 de vibration et/ou le capteur 62 de vitesse de rotation du rotor 3, l'unité 5 de contrôle est configurée pour adapter en conséquence la position d'une ou plusieurs aubes 41 directrices. Par exemple, lorsqu'une donnée fournie par ces capteurs est supérieure à une valeur seuil prédéfinie, l'unité 5 de contrôle commande le passage d'au moins une aube 41 directrice initialement en une position ouverte vers une position fermée ou vers une autre position ouverte plus proche de la position fermée. Un freinage sans contact du rotor 3 peut ainsi être produit en faisant tourner au moins une aube 41 directrice autour de son axe de rotation d'un angle de rotation prédéfini. La détermination de cet angle de rotation en fonction de la fréquence et/ou l'amplitude de vibration du stator 4 permet, avantageusement, de réduire les vibrations de l'éolienne, augmenter sa durée de vie, et protéger le bâti sur lequel elle est installée.
La disposition de toutes les aubes 41 directrices en position fermée contraint le vent 21 à contourner l'éolienne à axe vertical qui prend la forme d'un cylindre à révolution autour de l'axe 31 de rotation du rotor 3. Lorsqu'elles sont mises en position fermée, les aubes 41 directrices permettent de résister à des vents violents, prévenir le phénomène de décrochage dynamique et, donc, améliorer la sécurité de l'éolienne à axe vertical qui devient compacte par vents violents ou tourbillonnants.
Les aubes 41 directrices peuvent également servir de régulateur de la nuisance sonore de l'éolienne dans la mesure où elles peuvent être orientées de façon à atténuer le bruit mécanique (lié aux frottements des parties mobiles) et aérodynamique. Un capteur sonore connecté à l'unité 5 de contrôle peut donc être envisagé.
En outre, les aubes 41 directrices constituent un dispositif de sécurité puisqu'elles limitent l'accès d'objets physiques ou d'animaux (des drones ou des oiseaux par exemple) au rotor en mouvement. Les aubes 41 directrices peuvent aussi être mises en position fermée lorsque l’éolienne n’est pas en utilisation.
En se référant à la , il est affiché un véhicule 8, notamment automobile, comprenant le système 1 décrit ci-dessus. Ce véhicule 8 est, par exemple, un camion, une camionnette, un camping-car, un autocar, un véhicule utilitaire, un poids lourd, un véhicule personnel, ou un véhicule nautique tel qu'un bateau. Le système 1 est fixé au véhicule 8 de sorte qu'il soit apte à recevoir un vent produit par le déplacement du véhicule 8. A cet égard, le système 1 peut, tel qu’il est illustré par la , être fixé à l’avant du véhicule 8, au dessus du véhicule 8, et/ou dans la partie supérieure du véhicule 8.
Dans un mode de réalisation, un guide (tel qu'un corps tubulaire) est agencé pour diriger un vent résultant du déplacement du véhicule 8 depuis l'avant ou les faces latérales du véhicule 8 vers le système 1. Les aubes 41 directrices face au vent sont, dans un mode de réalisation, déterminées en fonction du cap (ou le sens de déplacement) du véhicule 8. Des données relatives au cap du véhicule peuvent être obtenues par un capteur de géolocalisation embarqué dans le véhicule 8 ou dans le système 1.
Lorsque le rotor du système 1 est connecté à un générateur pour produire de l'électricité, il en résulte avantageusement une unité pour la production d'énergie renouvelable pour le véhicule 8.
Avantageusement, le système 1 de captage de l'énergie d'un courant de fluide décrit ci-dessus
- est capable de démarrer même à des faibles vitesses de vent incident et, par conséquent, d'augmenter le rendement énergétique du système;
- est modulable, dans la mesure où plusieurs systèmes 1 de captage peuvent être empilés les uns sur les autres sur un même axe ;
- présente une sécurité améliorée, une réduction de bruit, une efficacité énergétique améliorée et un effet d'autofreinage ;
- est omnidirectionnel (apte à capter le vent sur 360°) et s'adapte automatiquement à la direction du vent incident;
- permet, en adaptant les positions des aubes 41 directrices, d'exploiter les courants de fluide linéaires, ainsi que les courants de fluide turbulents ou de direction variable (tel que les vents en milieux urbains).
Bien que le système 1 soit décrit ci-dessus relativement à des modes de réalisation et à des variantes, l’homme du métier comprendra que ces modes de réalisation et variantes ne sont pas limitatifs et peuvent être combinés entre eux et/ou avec tout autre mode de réalisation équivalent.

Claims (9)

  1. Système (1) de captage de l'énergie d'un courant (2) de fluide comprenant
    - un stator (4);
    - un rotor (3) monté rotatif dans le stator (4) autour d'un premier axe (31) de rotation, le rotor étant équipé d'une pluralité de pales (32), ledit premier axe (31) de rotation étant destiné à être sensiblement transversal au courant (2) de fluide;
    - le stator (4) comprenant une pluralité d'aubes (41) directrices disposées autour du rotor (3) ;
    ce système (1) étant caractérisé en ce que
    - ladite pluralité d'aubes (41) directrices comprend au moins
    - une première aube directrice montée mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation sensiblement parallèle audit premier axe (31) de rotation, cette première aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un premier angle prédéfini autour dudit deuxième axe de rotation, d'une première position à une deuxième position;
    - une deuxième aube directrice montée mobile en rotation autour d'un troisième axe de rotation sensiblement parallèle audit premier axe (31) de rotation, cette deuxième aube directrice étant apte à passer, par rotation d'un deuxième angle prédéfini différent dudit premier angle autour dudit troisième axe de rotation, d'une troisième position à une quatrième position ;
    - ladite pluralité d’aubes (41) directrices est montée mobile en rotation autour dudit premier axe (31) de rotation.
  2. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu ’à la première position, la première aube directrice est sensiblement perpendiculaire à un plan radial comprenant le premier axe de rotation et le deuxième axe de rotation.
  3. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un capteur (6 1) de direction du courant (2) de fluide destiné à détecter une direction du courant (2) de fluide incident sur le système (1), ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction de la direction détectée du courant (2) de fluide.
  4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un capteur (62) de vitesse de rotation du rotor (3) destiné à mesurer une vitesse de rotation du rotor (3), ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction de la vitesse de rotation mesurée du rotor (3).
  5. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un capteur (63) de vibration du stator (4) destiné à mesurer un signal de vibration du stator (4), ledit premier angle étant déterminé au moins en fonction du signal de vibration mesuré.
  6. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première aube directrice s'étend de part et d'autre du deuxième axe de rotation.
  7. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu e, lorsque les aubes (41) directrices de ladite pluralité d’aubes (41) directrices sont, respectivement, à la première position, ladite pluralité d’aubes (41) directrices forme un cylindre centré sur ledit premier axe (31) de rotation.
  8. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est une éolienne à axe vertical.
  9. Véhicule (8) comprenant un système (1) de captage de l'énergie d'un courant (2) de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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