[go: up one dir, main page]

WO1999031385A1 - Turbine eolienne a axe transversal - Google Patents

Turbine eolienne a axe transversal Download PDF

Info

Publication number
WO1999031385A1
WO1999031385A1 PCT/BE1998/000178 BE9800178W WO9931385A1 WO 1999031385 A1 WO1999031385 A1 WO 1999031385A1 BE 9800178 W BE9800178 W BE 9800178W WO 9931385 A1 WO9931385 A1 WO 9931385A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
main shaft
blades
shaft
wind
Prior art date
Application number
PCT/BE1998/000178
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre-Paul Adant
Original Assignee
Adant Pierre Paul
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adant Pierre Paul filed Critical Adant Pierre Paul
Priority to AU12201/99A priority Critical patent/AU1220199A/en
Publication of WO1999031385A1 publication Critical patent/WO1999031385A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/221—Rotors for wind turbines with horizontal axis
    • F05B2240/2212—Rotors for wind turbines with horizontal axis perpendicular to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/503—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears
    • F05B2260/5032—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using gears of the bevel or angled type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • Wind turbine with transverse axis Wind turbine with transverse axis.
  • the invention relates to a wind turbine comprising at least one blade.
  • the horizontal axis wind turbines need pylons, and require the installation of important equipment (multipliers, generators, brakes ...) which increases the difficulty of installing and ensuring their maintenance.
  • the turbine of the invention has a transverse axis.
  • the proposed wind turbines comprise at least one blade.
  • Each blade is mounted on a secondary shaft so that it can rotate freely around it, or with it.
  • Each secondary shaft is attached to a main shaft whose axis is the transverse axis.
  • the main shaft is mounted in bearings so that it can rotate, so that it can be oriented perpendicular to the wind direction.
  • a mechanism connects the blade and the main shaft so that, for one turn of the blade around (or with) its secondary shaft, the main shaft also makes a turn. This latter must be adjusted so that the chord of the blade profile is substantially parallel to the wind when the longitudinal axis of the blade passes in the vertical plane passing through the main axis.
  • the chord of the profile of a blade is represented by the segment XY
  • the longitudinal axis of the blade is the axis (562)
  • the blade root (536) is the part connecting the useful part of the blade to its shaft (secondary in the case of the turbines described here).
  • the mechanism in question allows the lift force and / or the drag force to act on each blade in a proportion which mainly depends on the speed of the relative wind, the position of the blade on its trajectory, and the various characteristics of the blade. Over the entire trajectory, the blade is positioned so that the useful component of the wind force on this blade produces a driving torque always in the same direction on the main shaft.
  • the turbines advantageously comprise several blades and the movement described is continuous and offset from one blade to the other.
  • the offset ensures the continuity of the engine torque produced by the blades on the main shaft.
  • the main shaft which must be oriented perpendicular to the wind, can be positioned vertically or obliquely but, if it is positioned horizontally, the wind turbine does not need a pylon, but a simple support, because the mechanical device forces the blades to move between positions above the horizontal shaft and (for certain embodiments) in positions substantially at the level of this shaft.
  • Each secondary shaft of a turbine can make a different angle with the main axis, but for reasons of balance this angle (îi) will advantageously be the same for all the secondary trees of the same wind turbine.
  • This angle is an essential characteristic for producing a turbine with a transverse axis. We will call the angle ( ⁇ ), the scanning angle.
  • a point of a blade describes a trajectory whose projection on a horizontal plane forms an "eight", and whose projection on a vertical plane passing through the main axis, is substantially a sector of a circle whose opening is two times the angle ( ⁇ ).
  • the setting angle ( ⁇ ) is by definition the angle made by the chord of the blade profile with the tangent to its trajectory.
  • ⁇ 90 °
  • ⁇ 90 °
  • ⁇ ⁇
  • the other three quarters of the trajectory are substantially symmetrical in the first quarter.
  • An example of correction is shown in position 4 of the blade in FIG. 10c.
  • the absence of a pylon leads to a reduction in cost, but also great ease of access to the blades and to the various mechanisms for their installation and maintenance.
  • the absence of a pylon also allows better integration into the landscape.
  • the orientation of the main shaft perpendicular to the direction of the wind is achievable by conventional means such as the tail and the servomotor systems.
  • the orientation can be automatic for certain realizations.
  • the blades can be of completely different types.
  • the large surface blades favoring the action of wind drag are advantageously made of canopies subtended by ribs made of light material.
  • symmetrical conventional profiles are advantageously used (for example: NACA profiles 0012, 0015 ).
  • T-shaped blades are advantageously used on turbines with a scanning angle ( ⁇ ) ⁇ 35 °.
  • the upper part of the T is perpendicular to the "normal" part of the blade and is used to support the blade. This part is arranged so that the lift force due to the wind on it is substantially equal and in the opposite direction to the force due to the weight of the blade.
  • Decommissioning for strong winds, is obtained statically (stopped) or dynamically (in operation) by positioning the horizontal shaft and therefore the blades parallel to the wind direction. If the blades are fitted with servomotors intended to correct their pitch angle, these can be used for regulation and decommissioning by modifying the pitch angles.
  • the nacelles of conventional wind turbines with a horizontal axis can be adapted to operate in the same way as this type of wind turbine.
  • the horizontal shaft must be able to be oriented perpendicular to the wind and extended on both sides of the nacelle.
  • Figures la to ld are front views of four positions of a turbine with a secondary shaft and a blade.
  • FIG. 1c is a perspective view of a turbine with a secondary shaft and a blade.
  • Figures 2a to 2d are front views of four positions of a turbine with two coaxial secondary shafts and two blades.
  • Figure 2e is a perspective view of a turbine with two coaxial secondary shafts and two blades.
  • Figure 3 is a perspective view of a turbine with three secondary shafts on the same side of the main shaft and with three blades, a blade not being shown.
  • Figure 4a is a front view of a position of a turbine with two secondary shafts each with a blade.
  • FIG. 4b is a side view of an example of a large surface blade, with a front view of this blade in FIG. 4a.
  • Figures 4c to 4f are front views of four positions of a turbine with two secondary shafts each with a blade.
  • Figure 5a is a front view of a position of a turbine with four coaxial secondary shafts two by two and four blades.
  • FIG. 5a shows a front view of a "conventional" blade of the NACA 0015 type
  • FIG. 5e shows a section along AA 'of two blades of this type.
  • Figures 5b and 5c are front views of two positions of a turbine with four coaxial secondary shafts two by two, and four blades.
  • FIG. 5d is a top view of a position of a turbine with four secondary shafts coaxial two by two, and four blades not shown.
  • Figures 6 to 9 are partial views of the realizations with a scanning angle ( ⁇ ) that differ by 90 °.
  • Figures 6a to 6d are front views of four positions of a turbine with a secondary shaft and a blade.
  • Figure 6e is a sectional view, along the plane AA ', of the belt, pulleys and attached shafts used in Figures 6a to 6d.
  • Figure 7a is a front view of a turbine with two blades and two secondary shafts placed on the same end of the main shaft.
  • Figure 7b is a sectional view, along the plane BB ', of the belts, pulleys and attached shafts used in Figure 7a.
  • Figure 9 is a front view of a turbine with four blades and four secondary shafts placed two by two at the two ends of the main shaft.
  • Figure 10b is a plan view of this same trajectory.
  • FIG. 10c shows the angle made by the chord of a blade with its trajectory for various positions over a quarter of this same trajectory.
  • FIG. 11b is a plan view of this same trajectory.
  • Figure 12 is a top view of a position of a tail-oriented turbine.
  • Figure 13 is a top view of a position of a turbine whose main shaft is eccentric relative to the vertical axis.
  • Figure 14 is a top view of a position of an assembly of two wind turbines each with two coaxial secondary shafts and two blades.
  • the embodiments described below are not exhaustive, neither in the number and the positions of the main and secondary shafts, nor in the dimensions, the number and the shape of the blades, nor in the mechanism connecting the movement of the blades and the rotation of the main shaft, neither in the number and type of components constituting this mechanism, nor in the various components of the support, nor in the means of transmitting the engine torque, nor in the systems of orientation relative to the wind, nor in regulatory systems.
  • the scanning angle ( ⁇ ) is equal to 90 ° and the mechanism is composed of toothed wheels.
  • the simplest embodiment of a wind turbine is shown in Figures la to le. It consists of a flat blade (110). This embodiment explains the movement of this blade and of each blade of the other embodiments.
  • the blade (110) is integral with the toothed wheel (120) centered on the secondary shaft (101).
  • the toothed wheel (125) centered on the horizontal main shaft (100) and fixed in rotation, has the same number of teeth as the toothed wheel (120).
  • the two cogwheels form a concurrent and perpendicular gear.
  • the blade (110) and toothed wheel (120) assembly rotates around the secondary shaft (101) at the same angular speed as that of the rotation of the main horizontal shaft (100). It is this mechanism which permanently positions the blade above the shaft (100) or substantially at the level of this shaft.
  • the toothed wheel (125) is integral with the support (130).
  • This support (130) must orient eg endicularly to the wind by turning around the vertical axis (105).
  • the mechanisms for transmitting engine torque from the main shaft (100), regulation, and wind orientation are not shown.
  • the support (130) can, without turning on itself, by means of bearings such as that shown (140), move on the base (141) fixed to the ground.
  • Figure le is a perspective drawing corresponding to the position of figure la.
  • the wind is oriented pe ⁇ endicululaire to the plane of Figures la to ld, from front to rear.
  • the blade (110) is pushed backwards, but forced by the wheel (120) to be positioned horizontally after a quarter turn (fig. Lb) of the main shaft and a quarter turn of the wheel (120).
  • the rotation continuing by inertia, as soon as the blade leaves the horizontal position the wind pushes on the other side of the blade to place it after a second quarter turn of the main shaft in the position of Figure le.
  • the blade will pass in the same way from the position towards ld after a third quarter turn and return to the position after the fourth quarter turn.
  • the wind turbine shown in Figures 2a to 2e is obtained by adding to the previous embodiment, a blade (211) identical to the blade (210) and integral with a toothed wheel (221) identical to the toothed wheel (220) .
  • the blades (210 and 211) and toothed wheels (220 and 221) assemblies rotate around two coaxial shafts (201 and 202) at the same angular speed as that of the rotation of the main horizontal shaft (200). It is this mechanism which permanently positions the blade above the shaft (200) or substantially at the level of this shaft.
  • Figures 2a to 2d show four positions of the wind turbine offset by 90 ° in its rotational movement around the horizontal shaft (200).
  • the two blades (210 and 211) rotate around their respective secondary shafts (201 and 202).
  • the toothed wheel (225) centered on the main shaft (200) and fixed in rotation is integral with the support (230). This support must orient itself perpendicularly to the wind by turning around the axis (205).
  • FIG. 2e is a perspective drawing corresponding to the position of Figure 2a.
  • the wind is oriented pe ⁇ endicululaire to the plane of Figures 2a to 2d, from front to rear.
  • the operation of each of the two blades follows from the operation of the blade described in Figures la to ld of the previous embodiment.
  • the wind turbine illustrated in pe parective in Figure 3, operates similarly to the previous embodiments. It is formed by three toothed wheels (321,322 and 323) respectively attached to the 3 blades (311,312 and a blade not shown) which rotate respectively around three concurrent shafts (301,303, and a not shown shaft centered on the axis 302) making between them an angle of 120 °. These three trees are integral and pe ⁇ endicular to the horizontal tree (300).
  • the gear wheel (325) fixed in rotation is integral with the support (330).
  • the embodiment illustrated in Figures 4a to 4f is a wind turbine composed of two secondary shafts arranged on a horizontal shaft (400) on either side and at the same distance from a vertical axis (405) around which the assembly rotates of the wind turbine to orient itself favorably in the wind.
  • a blade Around each secondary shaft (401, 402) rotates a blade (410, 415).
  • These two secondary shafts (401 and 402) are advantageously, but not necessarily pe ⁇ endicul.aires between them, which allows to balance the moment of the forces of the blades on the horizontal shaft (400) during the rotation thereof.
  • the blades (410 and 415) must have a curved part (416 in Figure 4b).
  • a typical blade (415) with a large surface is illustrated in FIGS. 4a and 4b.
  • the gear wheels (425 and 426) fixed in rotation are integral with the support (430) in which the horizontal shaft (400) rotates.
  • the support (430) can, without turning on itself, move through the bearings (440 and 442), on the base (441) fixed to the ground.
  • the engine torque is transmitted from the shaft (400) by a pulley (450) or other means such as gears or friction wheels.
  • Figures 4c to 4f show four positions of the blades and shafts of the wind turbine.
  • the wind is oriented pe ⁇ endicululaire to the plane of Figures 4a and 4c to 4f, from front to rear.
  • the operation of each of the two blades follows from the operation of the blade described in Figures la to ld of the first embodiment.
  • the embodiment illustrated in Figures 5a to 5d is a wind turbine composed of four secondary shafts arranged on a horizontal shaft (500), they are coaxial two by two and the two pairs are located on either side and at the same distance d 'a vertical axis (505) around which rotates the entire wind turbine to orient itself favorably in the wind.
  • Each secondary shaft (501, 502, 503 and 504) is provided with a blade.
  • These two pairs of secondary shafts (501 and 503) and (502 and 504) are advantageously, but not necessarily pe ⁇ endicular, between them, which makes it possible to balance the moment of the forces of the blades on the horizontal shaft (500) during the rotation of it.
  • the blades (510,511, 515 and 517) must have a curved part, as described in FIG. 4b of the previous embodiment.
  • Conventional blades of the NACA0015 type (515 and 517) are illustrated in FIGS. 5a and 5e.
  • the curved part of the blade can also have this profile.
  • a blade (517) is partially hidden by another blade (15).
  • the toothed wheels (525 and 526), fixed in rotation, are integral with the support (530) in which the horizontal shaft (500) rotates.
  • the support (530) can, without turning on itself, move through the bearings (540 and 542), on the base (541) fixed to the ground.
  • FIG. 5d is a top view, without the blades, making it possible to represent the advantageously cylindrical base (541), on which the two bearings roll (540 and 542). This allows the wind turbine to orient itself favorably in the wind.
  • the wind direction is shown (V) in Figure 5d.
  • An embodiment composed of six blades and six secondary shafts arranged three by three at each end of the main shaft is possible, but not illustrated.
  • the scanning angle ( ⁇ ) is different from 90 ° and the mechanism is composed of pulleys and toothed belts and universal joints.
  • the blade (610) is attached pe ⁇ endicululaire to the first part (601) of the secondary shaft, this shaft (601 and 602) turns on itself in the bearings (651 to 654) fixed on the plate (650).
  • This plate (650) makes the main shaft (600) and the bearings (651 to 654) integral.
  • the second part of the secondary shaft (602) is integral with the toothed pulley
  • the two pulleys are synchronized by the toothed belt (626).
  • the pulley mechanism (624 and 625) and the belt (626) are arranged to rotate the secondary shaft (601 and
  • the toothed pulley (625) is integral with the support (630).
  • This support (630) must orient itself p ⁇ endicularly to the wind by turning around the axis (605).
  • the mechanisms for transmitting engine torque, regulation, and wind orientation are not shown.
  • the support (630) can without rotating on itself, by means of bearings such as that shown (640), move on the base (641) fixed to the ground.
  • the wind is oriented pe ⁇ endicululaire to the plane of Figures 6a to 6d, from front to rear. Starting from the position shown in 6b, the blade (610) is pushed backwards, but forced by the mechanism to be placed after a quarter turn (fig. 6c) of the main shaft (600) so that the blade chord is parallel to the wind.
  • Figure 6e is a view, along the plane AA 'of Figure 6a, of the two pulleys (624 and 625) and the belt (626).
  • the arrow (691) shows the direction of rotation of the assembly with the main shaft
  • the arrow (692) shows the direction of rotation of the pulley (624) and therefore of the secondary axis (602).
  • the blades (710 and 711) are respectively attached pe ⁇ endicularly to the parts (701 and 703) of their respective secondary shaft.
  • the secondary shaft (701 and 702) turns on itself in the bearings (751 to 754) fixed on the plate (750) and the secondary shaft (703 and 704) turns on itself in the bearings (761 to 764) fixed on the plate (750).
  • This plate (750) makes integral the main shaft (700) and the bearings (751 to 754) and (761 to 764).
  • the parts (702 and 704) of the secondary shafts are respectively integral with the pulleys (724 and 734).
  • the toothed pulleys (725 and 735) are centered on the horizontal main shaft (700) but fixed in rotation. All the pulleys (724,725,734,735) have the same number of teeth.
  • the pulleys are synchronized by the toothed belts (726 and 736).
  • the pulley mechanism (724, 725, 734 and 735) and the belts (726 and 736) rotates the secondary shafts (701 and 702) and (703 and 704) on themselves at the same angular speed as the assembly composed of the main shaft (700), the plate (750) and the bearings. It is this mechanism which positions the blades so that their longitudinal axes remain oriented upwards.
  • FIG. 7b is a view along the plane BB ′ of FIG. 7a of the pulleys 724, 725 and 734, and of the belts 726 and 736, the pulley 735 being hidden by the pulley 725.
  • the toothed pulleys (725 and 726) are integral with the support (730).
  • the support (730) can, without turning on itself, by means of bearings such as (740) move on the base (741) fixed to the ground.
  • bearings such as (740) move on the base (741) fixed to the ground.
  • FIG. 7a shows the position of the wind turbine seen facing the wind when the longitudinal axes of the two blades pass in the vertical plane passing through the main axis.
  • the wind is oriented pe ⁇ endicululaire to the plane of Figure 7a, from front to rear.
  • the operation of each of the two blades follows from the operation of the blade described in Figures 6a to 6d of the previous embodiment.
  • the wind turbine shown in Figure 8 is composed of two parts each identical to the wind turbine described in Figures 6a to 6e.
  • the main shaft is unique (800) and integral with the two plates (850 and 851).
  • These two plates (850 and 851) are advantageously, but not necessarily pe ⁇ endicular between them, which makes it possible to balance the moment of the forces of the blades (810 and 811) on the horizontal shaft (800) during its rotation.
  • the supports (830 and 831) are integral.
  • the assembly can, without turning on itself, move through the bearings (840 and 842) on the base (841) fixed to the ground.
  • the transmission of the engine torque is done from the main shaft (800) by a pulley (880) or other means such as gears or friction wheels.
  • the wind is oriented perpendicular to the plane of Figure 8, from front to rear.
  • each of the two blades follows from the operation of the blade of the embodiment described in FIGS. 6a to 6e.
  • the wind turbine shown in Figure 9 is made up of two parts, each identical to the wind turbine described in Figure 7.
  • the main shaft is unique (900) and integral with the two plates (950 and 951). These two plates (950 and 951) are advantageously, but not necessarily pe ⁇ endicular between them, which makes it possible to balance the moment of the forces of the blades (910,911,912 and 913) on the horizontal shaft (900) during its rotation.
  • the supports (930 and 931) are integral. The assembly can, without turning on itself, move through the bearings (940 and 942) on the base (941) fixed to the ground.
  • the engine torque is transmitted from the main shaft (900) by a pulley (980) or other means such as gears or friction wheels.
  • the wind is oriented perpendicular to the plane of Figure 9, from front to rear.
  • the operation of each of the four blades follows from the operation of the blade of the embodiment described in Figures 6a to 6e.
  • FIGS. 12, 13 and 14 Possible orientation systems are illustrated in FIGS. 12, 13 and 14. These systems are applicable to the other embodiments described.
  • Figure 12 shows the use of a tail unit (2) attached pe ⁇ endicululaire to the support (3) which rotates around the vertical axis (1).
  • Figure 13 shows a system in which the horizontal shaft (10) is offset from the vertical axis (5).
  • the support (30) and the bearings (40 and 42) are rehesified by the arms (80 and 81).
  • the assembly rotates around the vertical shaft (6) on the base (41).
  • Figure 14 illustrates a combination of two wind turbines. Their horizontal trees (91 and 92) compete at a point on the vertical axis (95). The two shafts make a relatively small angle, which allows the automatic orientation of the assembly relative to the wind (V). This device also allows regulation by increasing the angle () between the two shafts (91 and 92) as a function of the force of the wind, by reducing the useful component of this force on the blades.
  • the materials necessary for the manufacture of the blades depend on the qualities desired and provided for in the design, such as solidity, lightness, elasticity, resistance to the sun, to water, to aging, etc.
  • the blades with a flat and large surface are advantageously made of canopies subtended by ribs made of solid and light material (aluminum, fiberglass, composite materials, etc.).
  • the elasticity and the tension of the sails must be adjusted to avoid snapping every turn.
  • the conventional type blades are advantageously symmetrical and made of materials known to professionals such as wood, welded steel, rolled steel, aluminum, urethane foams, fiberglass, composite materials, etc.
  • Industrial applications are those of all wind turbines, their goal is to produce electricity, heat, and / or movement.
  • the movement can, among other things, be used for pumping water.

Landscapes

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

Abstract

Les turbines éoliennes proposées comportent au moins une pale. Chaque pale est montée sur un arbre secondaire de façon à pouvoir tourner librement autour de celui-ci, ou avec celui-ci. Chaque arbre secondaire est solidaire d'un arbre principal. L'arbre principal doit être orienté transversalement à la direction du vent. Un mécanisme raccorde la pale et l'arbre principal de manière à ce que, pour un tour de la pale autour de ou avec son arbre secondaire, l'arbre principal fait également un tour. Ce mécanisme est réalisé avec des moyens mécaniques tels qu'engrenages, joints de Cardan ou autres joints, axes flexibles. Quand l'arbre principal est horizontal, ce type de turbine éolienne n'a pas besoin de pylône, mais d'un simple support. Chaque pale décrit une trajectoire située au-dessus de l'axe principal.

Description

Turbine éolienne à axe transversal.
L'invention concerne une turbine éolienne comportant au moins une pale.
Les turbines éoliennes actuelles sont classées en deux types principaux: les turbines à axe horizontal, et les turbines à axe vertical. Les turbines à axe horizontal sont dites à portance, car elles utilisent cette composante de la force du vent pour produire le couple moteur utile. Les turbines à axe vertical sont classées en deux types, selon la composante de la force du vent qui produit le couple moteur: les turbines à portance, de type "Darrieus" et les turbines à traînée, de type "Savonius" ou autre.
L'inconvénient majeur des éoliennes à axe vertical réside dans le couple moteur négatif des pales remontant le vent.
Les éoliennes à axe horizontal ont besoin de pylônes, et nécessitent la mise en hauteur des équipements importants (multiplicateurs, génératrices, freins...) ce qui augmente la difficulté de les installer et d'en assurer l'entretien.
La présente invention a pour objet de limiter ces inconvénients et apporte d'autres avantages expliqués après l'exposé ci-dessous. A cet effet la turbine de l'invention comporte un axe transversal.
Les turbines éoliennes proposées comportent au moins une pale.
Chaque pale est montée sur un arbre secondaire de façon à pouvoir tourner librement autour de celui-ci, ou avec celui-ci.
Chaque arbre secondaire est fixé à un arbre principal dont l'axe est l'axe transversal. L'arbre principal est monté dans des paliers de façon à pouvoir tourner, pour qu'il puisse être orienté perpendiculairement à la direction du vent.
Un mécanisme raccorde la pale et l'arbre principal de manière à ce que, pour un tour de la pale autour de (ou avec) son arbre secondaire, l'arbre principal fasse également un tour. Ce mécamsme doit être réglé pour que la corde du profil de la pale soit sensiblement parallèle au vent lorsque l'axe longitudinal de la pale passe dans le plan vertical passant par l'axe principal.
Ci après sont rappelés des termes classiques de l'industrie des éoliennes concernant les pales. A la figure 5a, la corde du profil d'une pale est représentée par le segment XY, l'axe longitudinal de la pale est l'axe (562) et le pied de pale (536) est la partie reliant la partie utile de la pale à son arbre (secondaire dans le cas des turbines ici décrites). Le mécanisme en question permet que la force de portance et/ou la force de traînée agisse sur chaque pale dans une proportion qui dépend principdement de la vitesse du vent relatif, de la position de la pale sur sa trajectoire, et des diverses caractéristiques de la pale. Sur toute la trajectoire, la pale est positionnée de façon à ce que la composante utile de la force du vent sur cette pale produise un couple moteur toujours dans le même sens sur l'arbre principal.
Les turbines comportent avantageusement plusieurs pales et le mouvement décrit est continu et décalé d'une pale à l'autre. Le décalage assure la continuité du couple moteur produit par les pales sur l'arbre principal.
L'arbre principal, qui doit être orienté perpendiculairement au vent, peut être positionné verticalement ou obliquement mais, s'il est positionné horizontalement, l'éolienne n'a pas besoin de pylône, mais d'un simple support, car le dispositif mécanique force les pales à se mouvoir entre des positions au-dessus de l'arbre horizontal et (pour certaines réalisations) dans des positions sensiblement au niveau de cet arbre.
Chaque arbre secondaire d'une turbine peut faire un angle différent avec l'axe principal, mais pour des raisons d'équilibre cet angle (îi ) sera avantageusement le même pour tous les arbres secondaires d'une même éolienne. Cet angle est une caractéristique essentielle de réalisation d'une turbine à axe transversal. Nous appellerons l'angle (Ω ), l'angle de balayage.
Un point d'une pale décrit une trajectoire dont la projection sur un plan horizontal forme un "huit", et dont la projection sur un plan vertical passant par l'axe principal, est sensiblement un secteur de cercle dont l'ouverture est de deux fois l'angle (Ω ).
Les figures 10a et 10b montrent cette trajectoire pour (Ω ) = 90° et les figures 1 la et
1 lb la trajectoire pour (Ω ) = 45°. Vw montre la direction du vent.
L'angle de calage (μ) est par définition l'angle que fait la corde du profil de la pale avec la tangente à sa trajectoire.
La figure 10c montre pour une éolienne avec l'angle (Ω ) = 90°, l'angle de calage (μ) de la pale en cinq points d'un quart de sa trajectoire. Les trois autres quarts de la trajectoire sont sensiblement symétriques au premier quart. Pour augmenter la force de portance des pales et leur vitesse il faut corriger l'angle de calage de la pale en chaque point de sa trajectoire en faisant pivoter la pale autour de son axe longitudinal par un système mécanique ou à servomoteurs. Un exemple de correction est montré dans la position 4 de la pale de la figure 10c. L'absence de pylône amène une réduction de coût, mais aussi une grande facilité d'accès aux pales et aux divers mécanismes pour leur installation et leur entretien. L'absence de pylône permet aussi une intégration meilleure dans le paysage.
Un autre avantage essentiel des réalisations avec axe principal horizontal et un angle de balayage (Ω ) proche de 90° est la possibilité, sans changer les autres composants de l'éolienne, de changer ou modifier les pales pour les adapter aux vitesses de vent, au paysage, et aux autres caractéristiques du site éolien.
L'orientation de l'arbre principal perpendiculairement à la direction du vent est réalisable par des moyens classiques tels que l'empennage et les systèmes à servomoteur. L'orientation peut être automatique pour certaines réalisations.
Les pales peuvent être de types tout à fait différents.
Les pales de surface importante privilégiant l'action de la traînée du vent sont avantageusement faites de voilures sous-tendues par des nervures en matériau léger. Dans des sites éoliens avec des vents de vitesses plus élevées il faut privilégier la portance, des profils classiques symétriques sont avantageusement utilisés ( par exemple: les profils NACA 0012, 0015...).
Lorsque l'on privilégie la force de portance, il faut corriger l'angle de calage de la pale, comme expliqué ci-dessus.
L'emploi de pales flexibles en tout ou en partie peut augmenter la portance sur une partie de la trajectoire, et il permet une régulation automatique du couple moteur. Des pales en forme de T sont avantageusement employées sur des turbines avec un angle de balayage (Ω ) < 35°. La partie supérieure du T est perpendiculaire à la partie "normale" de la pale et sert à soutenir la pale. Cette partie est agencée de façon que la force de portance due au vent sur celle ci soit sensiblement égale et de sens opposé à la force due au poids de la pale.
La régulation pour des vents de vitesses plus élevées que la vitesse maximale prévue à la conception, est obtenue statiquement (à l'arrêt), en réduisant la surface des pales, ou dynamiquement (en fonctionnement) en réduisant l'angle entre la direction du vent et la direction de l'arbre horizontal, ce qui réduit les composantes utiles de la force du vent sur les pales.
La mise hors service, pour des vents violents, est obtenue statiquement (à l'arrêt) ou dynamiquement (en fonctionnement) en positionnant l'arbre horizontal et donc les pales parallèlement à la direction du vent. Si les pales sont munies de servomoteurs destinés à la correction de leur angle de calage, ceux-ci peuvent être utilisés pour la régulation et la mise hors services par modification des angles de calage.
Avec ou sans pylône, les nacelles des éoliennes classiques à axe horizontal peuvent être adaptées pour fonctionner à la façon de ce type d'éolienne. L'arbre horizontal doit pouvoir être orienté perpendiculairement au vent et prolongé des deux côtés de la nacelle.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés, à titre d'exemples non limitatifs, au présent mémoire.
Dans les différentes figures représentant une même réalisation (références composées d'un même numéro de figure et d'une lettre différente) les mêmes références désignent des éléments identiques.
Les figures de 1 à 5 sont des vues partielles des réalisations avec un angle de balayage (Ω ) = 90°.
Les figures la à ld sont des vues de face de quatre positions d'une turbine à un arbre secondaire et à une pale.
La figure le est une vue en perpective d'une turbine à un .arbre secondaire et à une pale.
Les figures 2a à 2d sont des vues de face de quatre positions d'une turbine à deux arbres secondaires coaxiaux et à deux pales.
La figure 2e est une vue en perpective d'une turbine à deux arbres secondaires coaxiaux et à deux pales.
La figure 3 est une vue en perpective d'une turbine à trois arbres secondaires du même coté de l'arbre principal et à trois pales, une pale n'étant pas représentée. La figure 4a est une vue de face d'une position d'une turbine à deux arbres secondaires avec chacun une pale.
La figure 4b est une vue de profil d'un exemple de pale à surface importante, avec une vue de face de cette pale dans la figure 4a.
Les figures 4c à 4f sont des vues de face de quatre positions d'une turbine à deux arbres secondaires avec chacun une pale.
La figure 5a est une vue de face d'une position d'une turbine à quatre arbres secondaires coaxiaux deux par deux et quatre pales. La figure 5a montre une vue de face d'une pale "classique" de type NACA 0015, la figure 5e montre une coupe selon AA' de deux pales de ce type. Les figures 5b et 5c sont des vues de face de deux positions d'une turbine à quatre arbres secondaires coaxiaux deux par deux, et quatre pales.
La figure 5d est une vue d'en haut d'une position d'une turbine à quatre arbres secondaires coaxiaux deux par deux, et quatre pales non représentées.
Les figures de 6 à 9 sont des vues partielles des réalisations avec un angle de balayage (Ω ) diffèrent de 90°.
Les figures 6a à 6d sont des vues de face de quatre positions d'une turbine à un arbre secondaire et à une pale.
La figure 6e est une vue en coupe, selon le plan AA', de la courroie, des poulies et des arbres attachés utilisés dans les figures 6a à 6d. La figure 7a est une vue de face d'une turbine à deux pales et deux arbres secondaires placés sur la même extrémité de l'arbre principal.
La figure 7b est une vue en coupe, selon le plan BB', des courroies, des poulies et des arbres attachés utilisés dans la figure 7a.
La figure 8 est une vue de face d'une turbine à deux pales et deux arbres secondaires placés chacun à une extrémité de l'arbre principal.
La figure 9 est une vue de face d'une turbine à quatre pales et quatre arbres secondaires placés deux à deux aux deux extrémités de l'arbre principal.
La figure 10a est une vue en élévation de la trajectoire d'un point d'une pale d'une éolienne avec l'angle (Ω ) = 90°. La figure 10b est une vue en pl.an de cette même trajectoire. La figure 10c montre l'angle que fait la corde d'une pale avec sa trajectoire pour diverses positions sur un quart de cette même trajectoire.
La figure lia est une vue en élévation de la trajectoire d'un point d'une pale d'une éolienne avec l'angle (Ω ) = 45°. La figure 11b est une vue en plan de cette même trajectoire. La figure 12 est une vue d'en haut d'une position d'une turbine orientée par empennage.
La figure 13 est une vue d'en haut d'une position d'une turbine dont l'.arbre principal est excentré par rapport à l'axe vertical.
La figure 14 est une vue d'en haut d'une position d'un ensemble de deux turbines éoliennes avec chacune deux arbres secondaires coaxiaux et deux pales. Les réalisations décrites ci-dessous, ne sont pas exhaustives, ni dans le nombre et les positions des arbres principaux et secondaires, ni dans les dimensions, le nombre et la forme des pales, ni dans le mécanisme reliant le mouvement des pales et la rotation de l'arbre principal, ni dans le nombre et le type de composants constituant ce mécamsme, ni dans les différents composants du support, ni dans les moyens de transmettre le couple moteur, ni dans les systèmes d'orientation par rapport au vent, ni dans les systèmes de régulation.
Dans les cinq premières réalisations (figures 1 à 5) l'angle de balayage (Ω ) est égal à 90° et le mécanisme est composé de roues dentées.
La réalisation la plus simple d'une turbine éolienne est représentée aux figures la à le. Elle est constituée d'une pale plane (110). Cette réalisation explique le mouvement de cette pale et de chaque pale des autres réalisations. La pale (110) est solidaire de la roue dentée (120) centrée sur l'arbre secondaire (101). La roue dentée (125) centrée sur l'arbre principal horizontal (100) et fixe en rotation, a le même nombre de dents que la roue dentée (120). Les deux roues dentées forment un engrenage concourant et perpendiculaire. L'ensemble pale (110) et roue dentée (120) tourne autour de l'arbre secondaire (101) à la même vitesse angulaire que celle de la rotation de l'arbre horizontal principal (100). C'est ce mécanisme qui positionne la pale en permanence au-dessus de l'arbre (100) ou sensiblement au niveau de cet arbre.
La roue dentée (125) est solidaire du support (130). Ce support (130) doit s'orienter pe endiculairement au vent en tournant autour de l'axe vertical (105). Les mécanismes de transmission du couple moteur à partir de l'arbre principal (100), de régulation, et d'orientation au vent ne sont pas représentés. Le support (130) peut, sans tourner sur lui-même, par l'intermédiaire de paliers tels que celui représenté (140), se déplacer sur le socle (141) fixé au sol.
La figure le est un dessin en perspective correspondant à la position de la figure la. Le vent est orienté peφendiculairement au plan des figures la à ld, d'avant vers l'arrière. En partant de la position figurée en la, la pale (110) est poussée vers l'arrière, mais forcée par la roue (120) à se placer horizontalement après un quart de tour (fig. lb) de l'arbre principal et un quart de tour de la roue (120). La rotation continuant par inertie, dès que la pale quitte la position horizontale le vent pousse de l'autre coté de la pale pour la placer après un deuxième quart de tour de l'arbre principal dans la position de la figure le. La pale va passer de la même façon de la position le vers ld après un troisième quart de tour et revenir dans la position la après le quatrième quart de tour. La turbine éolienne représentée par les figures 2a à 2e, est obtenue en ajoutant à la réalisation précédente, une pale (211) identique à la pale (210) et solidaire d'une roue dentée (221) identique à la roue dentée (220).
Les ensembles pales (210 et 211) et roues dentées (220 et 221) tournent autour de deux arbres coaxiaux (201 et 202) à la même vitesse angulaire que celle de la rotation de l'arbre horizontal principal (200). C'est ce mécanisme qui positionne la pale en permanence au-dessus de l'arbre (200) ou sensiblement au niveau de cet arbre. Les figures 2a à 2d montrent quatre positions de l'éolienne décalées de 90° dans son mouvement de rotation autour de l'arbre horizontal (200). Les deux pales (210 et 211) tournent autour de leur arbre secondaire respectif (201 et 202). La roue dentée (225) centrée sur l'arbre principal (200) et fixe en rotation est solidaire du support (230). Ce support doit s'orienter peφendiculairement au vent en tournant autour de l'axe (205). Les mécanismes de transmission du couple moteur, de régulation, et d'orientation au vent ne sont pas représentés. Le support (230) peut, sans tourner sur lui-même, par rintermédiaire de paliers tels que celui représenté (240), se déplacer sur le socle (241) fixé au sol. La figure 2e est un dessin en perspective correspondant à la position de la figure 2a. Le vent est orienté peφendiculairement au plan des figures 2a à 2d, d'avant vers l'arrière. Le fonctionnement de chacune des deux pales découle du fonctionnement de la pale décrit dans les figures la à ld de la réalisation précédente.
La turbine éolienne, illustrée en peφective par la figure 3, fonctionne de façon similaire aux réalisations précédentes. Elle est formée de trois roues dentées (321,322 et 323) solidaires respectivement des 3 pales (311,312 et une pale non illustrée) qui tournent respectivement autour de trois arbres concourant (301,303, et un arbre non représenté centré sur l'axe 302) faisant entre eux un angle de 120°. Ces trois arbres sont solidaires et peφendiculaires à l'arbre horizontal (300). La roue dentée (325) fixe en rotation est solidaire du support (330).
Pour éviter le croisement des trajectoires des pales, celles ci sont inclinées chacune par rapport à un plan peφendiculaire à leur axe de rotation.
La réalisation illustrée par les figures 4a à 4f est une turbine éolienne composée de deux arbres secondaires disposés sur un arbre horizontal (400) de part et d'autre et à même distance d'un axe vertical (405) autour duquel tourne l'ensemble de l'éolienne pour s'orienter favorablement au vent. Autour de chaque arbre secondaire (401, 402) tourne une pale (410, 415 ). Ces deux arbres secondaires (401 et 402) sont avantageusement, mais pas obligatoirement peφendicul.aires entre eux, ce qui permet d'équilibrer le moment des forces des pales sur l'arbre horizontal (400) pendant la rotation de celui-ci. Pour pouvoir se croiser, les pales (410 et 415) doivent avoir une partie courbe (416 dans la figure 4b). Une pale typique (415) à surface importante est illustrée aux figures 4a et 4b..
Les roues dentées (425 et 426) fixes en rotation sont solidaires du support (430) dans lequel tourne l'arbre horizontal (400). Le support (430) peut, sans tourner sur lui- même, se déplacer par l'intermédiaire des paliers (440 et 442), sur le socle (441) fixé au sol.
La transmission du couple moteur se fait à partir de l'arbre (400) par une poulie (450) ou d'autres moyens tels que des engrenages ou roues à friction.
Les figures 4c à 4f montrent quatre positions des pales et des arbres de l'éolienne. Le vent est orienté peφendiculairement au plan des figures 4a et 4c à 4f, d'avant vers l'arrière. Le fonctionnement de chacune des deux pales découle du fonctionnement de la pale décrit dans les figures la à ld de la première réalisation.
La réalisation illustrée par les figures 5a à 5d est une turbine éolienne composée de quatre arbres secondaires disposés sur un arbre horizontal (500), ils sont coaxiaux deux par deux et les deux paires sont situées de part et d'autre et à même distance d'un axe vertical (505) autour duquel tourne l'ensemble de l'éolienne pour s'orienter favorablement au vent. Chaque arbre secondaire (501, 502, 503 et 504 ) est muni d'une pale. Ces deux paires d'arbres secondaires (501 et 503) et (502 et 504) sont avantageusement, mais pas obligatoirement peφendiculaires entre elle, ce qui permet d'équilibrer le moment des forces des pales sur l'arbre horizontal (500) pendant la rotation de celui-ci.
Pour pouvoir se croiser, les pales (510,511, 515 et 517) doivent avoir une partie courbe, comme il est décrit dans la figure 4b de la réalisation précédente. Des pales classiques de type NACA0015 (515 et 517) sont illustrées aux figures 5a et 5e. La partie courbe de la pale peut également avoir ce profil. Dans la position de la figure 5a, une pale (517) est partiellement cachée par une autre pale ( 15). Les roues dentées (525 et 526), fixes en rotation, sont solidaires du support (530) dans lequel tourne l'arbre horizontal (500). Le support (530) peut, sans tourner sur lui-même, se déplacer par l'intermédiaire des paliers (540 et 542), sur le socle (541) fixé au sol.
La transmission du couple moteur se fait à partir de l'arbre (500) par une poulie (550) ou d'autres moyens tels que des engrenages ou roues à friction. Les figures 5b et 5c montrent deux positions des pales et des arbres de l'éolienne. Le vent est orienté peφendiculairement au plan des figures 5a à 5c, d'avant vers l'arrière. Le fonctionnement de chacune des quatre pales découle du fonctionnement de la pale décrit dans les figures la à ld de la première réalisation. La figure 5d est une vue de haut, sans les pales, permettant de représenter le socle avantageusement cylindrique (541), sur lequel roulent les deux paliers (540 et 542). Ceci permet à la turbine éolienne de s'orienter favorablement au vent. La direction du vent est indiquée (V) dans la figure 5d.
Une réalisation composée de six pales et six arbres secondaires disposés trois par trois à chaque extrémité de l'arbre principal est possible, mais pas illustrée.
Dans les quatre réalisations suivantes (figures 6 à 9) l'angle de balayage (Ω ) est diffèrent de 90° et le mécanisme est composé de poulies et courroies crantées et de joints de cardan.
Les figures 6a à 6e représentent une éolienne à une pale dont l'angle Ω = 30°, angle formé par l'arbre principal et l'arbre secondaire.
L'arbre secondaire est composé de deux parties (601 et 602) faisant entre elles l'angle Ω = 30° et reliées par le cardan double (620).
La pale (610) est attachée peφendiculairement à la première partie (601) de l'arbre secondaire, cet arbre (601 et 602) tourne sur lui même dans les paliers (651 à 654) fixés sur la plaque (650).
Cette plaque (650) rend solidaires l'arbre principal (600) et les paliers (651 à 654). La deuxième partie de l'arbre secondaire (602) est solidaire de la poulie crantée
(624).
La poulie crantée (625) centrée sur l'arbre principal horizontal (600) mais fixe en rotation, a le même nombre de dents que la poulie crantée (624). Les deux poulies sont synchronisées par la courroie crantée (626). Le mécanisme des poulies (624 et 625) et la courroie (626) sont agencés pour faire tourner l'.arbre secondaire (601 et
602) sur lui-même à la même vitesse angulaire que l'ensemble composé de l'arbre principal (600), la plaque (650) et les paliers. C'est ce mécanisme qui positionne la pale en permanence au-dessus de l'arbre (600).
Si l'arbre principal tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, la poulie crantée (624) et l'arbre secondaire (602) tournent sur eux mêmes dans l'autre sens.
La poulie crantée (625) est solidaire du support (630). Ce support (630) doit s'orienter peφendiculairement au vent en tournant autour de l'axe (605). Les mécanismes de transmission du couple moteur, de régulation, et d'orientation au vent ne sont pas représentés. Le support (630) peut sans tourner sur lui-même, par l'intermédiaire de paliers tels que celui représenté (640), se déplacer sur le socle (641) fixé au sol. Le vent est orienté peφendiculairement au plan des figures 6a à 6d, d'avant vers l'arrière. En partant de la position figurée en 6b la pale (610) est poussée vers l'arrière, mais forcée par le mécanisme à se placer après un quart de tour (fig. 6c) de l'arbre principal (600) de façon que la corde de la pale soit parallèle au vent. La rotation continuant par inertie, dès que la pale quitte cette position le vent pousse de l'autre coté de la pale pour la positionner après un deuxième quart de tour de l'arbre principal dans la position de la figure 6d. La pale va passer de la même façon de la position 6d vers la position 6a après un troisième tour et revenir dans la position 6b après le quatrième quart de tour. La figure 6e est une vue, suivant le plan AA' de la figure 6a, des deux poulies (624 et 625) et de la courroie (626). La flèche (691) montre le sens de rotation de l'ensemble avec l'arbre principal, la flèche (692) montre le sens de rotation de la poulie (624) et donc de l'axe secondaire (602).
Les figures 7a et 7b représentent une éolienne à deux pales dont l'angle Ω = 60°. Un arbre secondaire est composé de deux parties (701 et 702) faisant entre elles l'angle Ω = 60° et reliées par le cardan double (720).
De même, l'autre arbre secondaire est composé de deux parties (703 et 704) faisant entre elles l'angle Ω = 60° et reliées par le cardan double (721).
Les pales (710 et 711) sont respectivement attachées peφendiculairement aux parties (701 et 703) de leur arbre secondaire respectif.
L'arbre secondaire (701 et 702) tourne sur lui même dans les paliers (751 à 754) fixés sur la plaque (750) et l'arbre secondaire (703 et 704) tourne sur lui même dans les paliers (761 à 764) fixés sur la plaque (750).
Cette plaque (750) rend solidaires l'arbre principal (700) et les paliers (751 à 754) et (761 à 764).
Les parties (702 et 704) des arbres secondaires sont respectivement solidaires des poulies (724 et 734).
Les poulies crantées (725 et 735) sont centrées sur l'arbre principal horizontal (700) mais fixe en rotation. Toutes les poulies (724,725,734,735) ont le même nombre de dents. Les poulies sont synchronisées par les courroies crantées (726 et 736). Le mécanisme des poulies (724, 725, 734 et 735) et les courroies (726 et 736) fait tourner les arbres secondaires (701 et 702) et (703 et 704) sur eux-mêmes à la même vitesse angulaire que l'ensemble composé de l'arbre principal (700), la plaque (750) et les paliers. C'est ce mécanisme qui positionne les pales de façon que leurs axes longitudinaux restent orientés vers le haut.
Si l'arbre principal tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, les poulies crantées (724 et 734)) et les arbres secondaires (702 et 704) tournent sur eux même dans l'autre sens. La figure 7b est une vue suivant le plan BB' de la figure 7a des poulies 724,725 et 734, et des courroies 726 et 736, la poulie 735 étant cachée par la poulie 725.
Les poulies crantées (725 et 726) sont solidaires du support (730). Le support (730) peut, sans tourner sur lui-même, par l'intermédiaire de paliers tels que (740) se déplacer sur le socle (741) fixé au sol. Les mécanismes de transmission du couple moteur, de régulation, et d'orientation au vent ne sont pas représentés.
La figure 7a montre la position de l'éolienne vue face au vent quand les axes longitudinaux des deux pales passent dans le plan vertical passant par l'axe principal. Le vent est orienté peφendiculairement au plan de la figure 7a, d'avant vers l'arrière. Le fonctionnement de chacune des deux pales découle du fonctionnement de la pale décrit dans les figures 6a à 6d de la réalisation précédente.
L'éolienne représentée à la figure 8 est composée de deux parties chacune identique à l'éolienne décrite dans les figures 6a à 6e.
Ces deux parties sont placées symétriquement par rapport à l'axe vertical (805), autour duquel tourne l'ensemble, pour que l'arbre principal s'oriente peφendiculairement au vent.
L'arbre principal est unique (800) et solidaire des deux plaques (850 et 851).
Ces deux plaques (850 et 851) sont avantageusement, mais pas obligatoirement peφendiculaires entre elles, ce qui permet d'équilibrer le moment des forces des pales (810 et 811) sur l'arbre horizontal (800) pendant sa rotation.
Les supports (830 et 831) sont solidaires. L'ensemble peut, sans tourner sur lui- même, se déplacer par l'intermédiaire des paliers (840 et 842) sur le socle (841) fixé au sol.
La transmission du couple moteur se fait à partir de l'arbre principal (800) par une poulie (880) ou d'autres moyens tels que des engrenages ou roues à friction.
Le vent est orienté peφendiculairement au plan de la figure 8, d'avant vers l'arrière.
Le fonctionnement de chacune des deux pales découle du fonctionnement de la pale de la réalisation décrite aux figures 6a à 6e. L'éolienne représentée à la figure 9 est composée de deux parties chacune identique à l'éolienne décrite dans la figure 7.
Ces deux parties sont placées symétriquement par rapport à l'axe vertical (905) autour duquel tourne l'ensemble pour que l'arbre principal s'oriente peφendiculairement au vent.
L'arbre principal est unique (900) et solidaire des deux plaques (950 et 951). Ces deux plaques (950 et 951) sont avantageusement, mais pas obligatoirement peφendiculaires entre elles, ce qui permet d'équilibrer le moment des forces des pales (910,911,912 et 913) sur l'arbre horizontal (900) pendant sa rotation. Les supports (930 et 931) sont solidaires. L'ensemble peut, sans tourner sur lui- même, se déplacer par l'intermédiaire des paliers (940 et 942) sur le socle (941) fixé au sol.
La transmission du couple moteur se fait à partir de l'arbre principal (900) par une poulie (980) ou d'autres moyens tels que des engrenages ou roues à friction. Le vent est orienté peφendiculairement au plan de la figure 9, d'avant vers l'arrière. Le fonctionnement de chacune des quatre pales découle du fonctionnement de la pale de la réalisation décrite aux figures 6a à 6e.
Des systèmes d'orientation possibles sont illustrés par les figures 12,13 et 14. Ces systèmes sont applicables aux autres réalisations décrites.
La direction du vent est symbolisée par la flèche (V).
La figure 12 montre l'utilisation d'un empennage (2) attaché peφendiculairement au support (3) qui tourne autour de l'axe vertical (1).
La figure 13 montre un système dans lequel l'arbre horizontal (10) est décalé par rapport à l'axe vertical (5). Le support (30) et les paliers (40 et 42) sont rehés par les bras (80 et 81). L'ensemble tourne autour de l'arbre vertical (6) sur le socle (41).
La figure 14 illustre une combinaison de deux turbines éoliennes. Leurs arbres horizontaux (91 et 92) concourent en un point situé sur l'axe vertical (95). Les deux arbres font un angle relativement faible, qui permet l'orientation automatique de l'ensemble par rapport au vent (V). Ce dispositif permet aussi la régulation en augmentant l'angle ( ) entre les deux arbres (91 et 92) en fonction de la force du vent, par réduction de la composante utile de cette force sur les pales.
Les matériaux nécessaires à la fabrication des pales sont fonction des qualités voulues et prévues à la conception, telles que la solidité, la légèreté, l'élasticité, la résistance au soleil, à l'eau, au vieillissement, etc.. Les pales de surface plane et importante sont avantageusement faites de voilures sous-tendues par des nervures en matériau solide et léger (aluminium, fibre de verre, matériaux composites, etc.). L'élasticité et la tension des voiles doivent être réglées pour éviter les claquements à chaque tour. Les pales de type classique sont avantageusement symétriques et faites des matériaux connus des professionnels tels que le bois, l'acier soudé, l'acier laminé, raluminium, les mousses d'uréthane, la fibre de verre, les matériaux composites, etc..
Les applications industrielles sont celles de toutes les éoliennes, leur but est de produire de l'électricité, de la chaleur, et/ou du mouvement. Le mouvement peut, entre autres, servir au pompage d'eau.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux réalisations décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à cette dernière sans sortir du cadre des présentes revendications.

Claims

Revendications
1. Turbine éolienne comportant:
- au moins une pale destinée à être soumise à l'action du vent, et - un arbre secondaire respectif sur lequel est montée la pale de façon à ce qu'elle puisse tourner librement autour de l'axe de l'arbre secondaire, caractérisée en ce que:
- l'arbre secondaire de la pale est fixé non parallèlement à un arbre principal,
- l'arbre principal est monté, de façon à pouvoir tourner, dans au moins un palier et agencé pour qu'il puisse être orienté transversalement à la direction du vent,
- un mécanisme raccorde la pale et l'arbre principal de manière à ce que, pour un tour de la pale autour de l'axe de son arbre secondaire, l'arbre principal fait également un tour.
2. Turbine éolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans le mécamsme précité:
- une première roue dentée est fixée à la pale pour tourner avec celle-ci autour de l'axe de son arbre secondaire, et
- une seconde roue dentée fixe en rotation, coaxiale à l'arbre principal est en prise avec la première roue dentée dans le rapport un sur un.
3. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que
- l'arbre principal est horizontal, et
- l'arbre secondaire est peφendiculaire à l'arbre principal, et
- le mécanisme est agencé de manière à ce que, lorsque la corde de la pale s'étend parallèlement à la direction du vent, l'axe longitudinal de la pale est parallèle à l'arbre principal, que la pale soit au-dessus ou en dessous de celui-ci, le mécanisme étant agencé pour forcer la pale à présenter au vent une face active dans toute autre position au cours de la rotation de la pale.
4. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que
- elle comporte deux pales
- dont les axes secondaires respectifs sont coaxiaux et situés de part et d'autre d'un plan comprenant l'axe de rotation de l'arbre principal,
- le mécanisme est agencé, — pour que les pales tournent autour de l'axe de leur arbre secondaire respectif, et
- pour que les deux pales soient réglées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que lorsque l'une s'étend dans un sens selon la direction de l'arbre principal, l'autre pale s'étend dans le sens diamétralement opposé au sens précité.
5. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte trois pales
- dont les arbres secondaires respectifs forment un angle de 120° l'un par rapport à l'autre et sont peφendiculaires à l'arbre principal et concourent vers l'axe de ce dernier, et
- qui sont inclinées chacune par rapport à un plan peφendiculaire à leur axe de rotation, pour éviter un contact entre elles pendant leur rotation.
6. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte deux pales, chacune pouvant tourner autour d'un arbre secondaire respectif, chaque arbre secondaire étant fixé peφendiculairement à une extrémité respective de l'arbre principal, les deux arbres secondaires étant sensiblement peφendiculaires entre eux, un mécanisme précité étant prévu pour chaque pale.
7. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte deux paires de pales et en ce que,
- pour chaque paire, le mécanisme est agencé
- pour que les pales tournent autour de leur arbre secondaire respectif, et
- pour que les deux pales soient réglées l'une par rapport à l'autre de manière à ce qu'elles s'étendent parallèlement et à ce que, lorsque l'une s'étend dans un sens selon la direction de l'arbre principal, l'autre s'étend dans le sens diamétralement opposé au sens précité,
- les arbres secondaires d'une paire étant fixés peφendiculairement à une extrémité de l'arbre principal, les arbres secondaires de l'autre paire étant fixés peφendiculairement à l'autre extrémité de l'arbre principal.
8. Turbine éolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans le mécanisme précité:
- l'arbre secondaire est composé de deux parties reliées par un ou plusieurs joints de cardan, ou par un ou plusieurs arbres flexibles, « la première partie est solidaire de la pale,
- la seconde partie est parallèle à l'arbre principal et solidaire d'une première poulie crantée, et
- une seconde poulie crantée fixe en rotation, coaxiale à l'arbre principal est reliée à la première poulie crantée par une courroie crantée, les deux poulies ayant le même nombre de dents.
9. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 8, caractérisée en ce que
- l'arbre principal est horizontal, et - Le mécamsme est réglé de manière à ce que, lorsque la corde de la pale s'étend parallèlement à la direction du vent, l'axe longitudinal de la pale soit dans le plan vertical passant par l'arbre principal, que le pied de pale soit au même niveau, au- dessus, ou en dessous de l'arbre principal, le mécanisme étant agencé pour forcer la pale à présenter au vent une face active dans toute autre position au cours de la rotation de la pale.
10. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que
- elle comporte deux pales — qui sont situées de part et d'autre d'un plan comprenant l'axe de rotation de l'arbre principal,
- les deux parties des arbres secondaires portant les pales s'écartent de façon symétrique par rapport à l'arbre principal, à partir de leur jonction avec l'autre partie de leur arbre secondaire, - le mécanisme est agencé pour que les axes longitudinaux des pales fassent des angles égaux et de valeurs opposées par rapport à la verticale, lorsque les cordes des deux pales sont simultanément parallèles au vent.
11. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux pales, chacune pouvant tourner autour de l'axe d'un arbre secondaire respectif, chaque arbre secondaire étant fixé à une extrémité respective de l'arbre principal, les deux arbres secondaires étant avantageusement décalés de 90° , l'un par rapport à l'autre, dans leur rotation avec l'arbre principal, un mécamsme précité étant prévu pour chaque pale.
12. Turbine éolienne suivant l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux paires de pales et en ce que,
- pour chaque paire, le mécamsme est agencé
- pour que les pales tournent autour de l'axe de leur arbre secondaire respectif, et
~ pour que les axes longitudinaux des pales fassent des angles égaux et de valeurs opposées par rapport à la verticale, lorsque les cordes des deux pales situées du même côté de l'arbre principal sont simultanément parallèles au vent,
- les arbres secondaires d'une paire étant fixés à une extrémité de l'arbre principal, les arbres secondaires de l'autre paire étant fixés à l'autre extrémité de l'arbre principal, le plan passant par l'axe principal et les axes des deux arbres secondaires d'un coté, étant avantageusement peφendiculaire au plan passant par l'axe principal et les axes des arbres secondaires de l'autre côté.
PCT/BE1998/000178 1997-12-15 1998-11-18 Turbine eolienne a axe transversal WO1999031385A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU12201/99A AU1220199A (en) 1997-12-15 1998-11-18 Wind turbine with transverse shaft

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE9701019A BE1011612A6 (fr) 1997-12-15 1997-12-15 Turbine eolienne a axe transversal.
BE9701019 1997-12-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999031385A1 true WO1999031385A1 (fr) 1999-06-24

Family

ID=3890905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BE1998/000178 WO1999031385A1 (fr) 1997-12-15 1998-11-18 Turbine eolienne a axe transversal

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1220199A (fr)
BE (1) BE1011612A6 (fr)
WO (1) WO1999031385A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2807113A1 (fr) * 2000-03-28 2001-10-05 Philippe Blanc Eolienne a balancier multidirectionnel

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1540583A (en) * 1924-12-27 1925-06-02 Benjamin F Williams Wind motor
FR1021252A (fr) * 1950-07-03 1953-02-17 Moteur à vent
DE2918854A1 (de) * 1979-05-10 1980-11-20 Siegfried Buttkus Wind- und wasserfangflaechenrad
FR2459380A1 (fr) * 1979-06-19 1981-01-09 Gal Gilbert Eolienne a axe vertical
GB2241747A (en) * 1990-02-24 1991-09-11 John Jason Paul Goodden Turbine or impeller rotor
WO1993003277A1 (fr) * 1991-08-09 1993-02-18 Pedro Paulo Manso Do Prado Convertisseur mecanique et reversible de l'energie cinetique en energie de rotation
EP0679805A1 (fr) * 1993-10-14 1995-11-02 Raul Ernesto Verastegui Eolienne à axe vertical

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1540583A (en) * 1924-12-27 1925-06-02 Benjamin F Williams Wind motor
FR1021252A (fr) * 1950-07-03 1953-02-17 Moteur à vent
DE2918854A1 (de) * 1979-05-10 1980-11-20 Siegfried Buttkus Wind- und wasserfangflaechenrad
FR2459380A1 (fr) * 1979-06-19 1981-01-09 Gal Gilbert Eolienne a axe vertical
GB2241747A (en) * 1990-02-24 1991-09-11 John Jason Paul Goodden Turbine or impeller rotor
WO1993003277A1 (fr) * 1991-08-09 1993-02-18 Pedro Paulo Manso Do Prado Convertisseur mecanique et reversible de l'energie cinetique en energie de rotation
EP0679805A1 (fr) * 1993-10-14 1995-11-02 Raul Ernesto Verastegui Eolienne à axe vertical

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2807113A1 (fr) * 2000-03-28 2001-10-05 Philippe Blanc Eolienne a balancier multidirectionnel

Also Published As

Publication number Publication date
BE1011612A6 (fr) 1999-11-09
AU1220199A (en) 1999-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2018199C (fr) Eolienne a stator
WO2007012726A1 (fr) Dispositif eolien
EP0064440A2 (fr) Aérogénérateur à axe vertical à double rotor et à flux canalisé
EP3058218B1 (fr) Eolienne a axe de rotation horizontal comprenant des familles de pales
FR2960267A1 (fr) Turbogenerateur a rotor a pales a incidence adaptee au vent apparent
CA2750048A1 (fr) Turbinolienne energetique
FR2868483A1 (fr) Moyens de realisation d&#39;un type d&#39;eolienne quadrirotor et dispositif d&#39;implantation de ces eoliennes en parc offshore
FR2920206A1 (fr) Eolienne dotee d&#39;un mat rabattable
FR2985290A1 (fr) Eolienne a axe vertical
WO1999031385A1 (fr) Turbine eolienne a axe transversal
EP3155257A1 (fr) Rotor éolien de type savonius
WO2001086120A1 (fr) Convertisseur d&#39;energie bi-helicoidal a gouttieres peripheriques
WO2004061301A1 (fr) Eolienne de type a autoregulation de puissance
FR2945325A1 (fr) Eolienne a axe de rotation perpendiculaire a la direction du vent.
WO1996012105A1 (fr) Turbines eoliennes a axes multiples
FR2783285A1 (fr) Aerogenerateur a axe horizontal comportant jusqu&#39;a 6 pales, destine a utiliser les basses vitesses de vent
EP4295033B1 (fr) Eolienne à flux transverse à pales jumelles, et à axes de rotation inclinés
FR2891026A1 (fr) Eolienne a aubes verticales
EP1674722A1 (fr) Générateur hydraulique flottant
BE899386A (fr) Machine eolienne.
FR2922273A1 (fr) Rotor pour generateur d&#39;energie, en particulier d&#39;energie electrique.
FR2997736A1 (fr) Eolienne a axe vertical, comprenant au moins une paire de pales pivotantes dont les pivotements sont associes l&#39;un a l&#39;autre
CH638871A5 (en) Device for converting wind power into another form of power
FR3155270A1 (fr) Eolienne
FR3112818A1 (fr) Turbine a axe vertical pour la production d’une force motrice extraite de l’energie d’origine eolienne.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ CZ DE DE DK DK EE EE ES FI FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: KR

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA