FR2940821A1 - Regulateur pour eolienne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de captage de l'énergie d'un courant de fluide comprenant un stator (2) ainsi qu'un rotor (3) destiné à être entraîné par ledit courant de fluide et monté mobile par rapport audit stator autour d'un axe de rotation, ledit dispositif étant pourvu d'un système de régulation (10) de l'admission du courant de fluide au niveau du rotor (3), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que ledit système de régulation (10) comprend au moins un élément d'interposition (11), du genre volet réglable, destiné à être interposé entre le courant de fluide incident et le rotor (3) et dont au moins une partie (11A) est apte à se déplacer selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation pour modifier la configuration d'admission du fluide au niveau du rotor. Régulateurs pour éoliennes.

Description

REGULATEUR POUR EOLIENNE

La présente invention concerne le domaine général de la régulation des dispositifs de captage de l'énergie d'un courant de fluide, tel que les turbines, et plus particulièrement le domaine de la régulation de vitesse de rotation des éoliennes, notamment des éoliennes à axe vertical.

Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide comprenant un stator ainsi qu'un rotor destiné à être entraîné par ledit courant de fluide et monté mobile par rapport audit stator autour d'un axe de rotation (Z-Z'), ledit dispositif étant pourvu d'un système de régulation de l'admission du courant de fluide au niveau du rotor.

Il est connu d'utiliser des machines tournantes, du genre turbines ou éoliennes, afin de convertir en énergie mécanique et/ou électrique l'énergie d'un fluide en mouvement, tel que l'eau, l'air ou la vapeur.

En particulier, il est connu d'employer des éoliennes comme moyen d'entraînement de dispositifs mécaniques ou électromécaniques du type alternateur.

Or, de tels dispositifs mécaniques ou électromécaniques sont généralement conçus pour fonctionner dans des plages de valeurs de vitesse de rotation spécifiques, tandis que les écoulements de fluide moteurs, et notamment les vents, peuvent dépendre notamment de phénomènes météorologique dont l'intensité varie de manière relativement importante et aléatoire.

Par conséquent, afin de garantir non seulement l'intégrité de l'éolienne elle-même, mais également la longévité et le fonctionnement convenable,

B80489/FR notamment en termes de rendement, des équipements mécaniques ou électromécaniques qui lui sont associés, il est connu de recourir à des systèmes permettant de réguler la vitesse de rotation de ladite éolienne.

A cet effet, il a notamment été proposé des systèmes de réglage des aubes 5 capables d'agir sur la position angulaire ou la forme desdites aubes de sorte à modifier leurs conditions d'exposition au vent.

Si de tels systèmes donnent généralement satisfaction, ils peuvent toutefois souffrir d'inconvénients non négligeables.

En particulier, de tels systèmes font parfois appel à des mécanismes 10 relativement complexes, et par conséquent lourds et encombrants.

Ils sont donc susceptibles d'augmenter le coût de fabrication de l'éolienne, et de conférer à cette dernière une inertie élevée qui peut être à la fois dangereuse pour l'utilisateur et préjudiciable à ses performances, notamment par vent faible.

15 En outre, le déploiement dynamique des aubes alors que l'éolienne est en mouvement a pour effet de modifier aléatoirement le volume balayé par lesdites aubes, ce qui peut présenter un danger pour les objets ou les personnes se trouvant dans l'environnement immédiat de l'éolienne.

Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à remédier aux 20 inconvénients susmentionnés et à proposer un nouveau dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide dont le fonctionnement soit particulièrement régulier et sûr. B80489/FR Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide présentant une bonne efficacité énergétique.

Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de 5 captage de l'énergie d'un courant de fluide présentant une structure simple, compacte, légère, robuste, et peu onéreuse à fabriquer.

Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide apte à assurer de manière autonome et sûre une production d'énergie.

10 Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide comprenant un stator ainsi qu'un rotor destiné à être entraîné par ledit courant de fluide et monté mobile par rapport audit stator autour d'un axe de rotation (Z-Z'), ledit dispositif étant pourvu d'un système de régulation de l'admission du courant de fluide au 15 niveau du rotor, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit système de régulation comprend au moins un élément d'interposition, du genre volet réglable, destiné à être interposé entre le courant de fluide incident et le rotor et dont au moins une partie est apte à se déplacer selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z') pour modifier la configuration 20 d'admission du fluide au niveau du rotor.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :

- La figure 1 représente, selon une vue schématique en perspective, une 25 variante de réalisation de dispositif de captage d'énergie conforme à l'invention.

B80489/FR - La figure 2 illustre, selon une vue en coupe sagittale, la variante de réalisation de dispositif représentée sur la figure 1.

- Les figures 3 et 4 représentent respectivement en vue de dessus et en coupe une variante de réalisation d'élément d'interposition pouvant être mis en oeuvre au sein d'un dispositif conforme à l'invention.

- Les figures 5 et 6 représentent, selon des vues schématiques de côté, deux configurations d'une même variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention représentant les éléments d'interposition dans différentes configurations d'admission du fluide.

La présente invention concerne de manière générale un dispositif 1 de captage de l'énergie d'un courant de fluide F, ledit dispositif 1 comprenant un stator 2, qui peut avantageusement comporter une embase 20 pourvue de moyens de fixation destinés à fixer le dispositif 1 à un site d'implantation quelconque, dit référentiel , tel que le sol, un bâtiment, une toiture, un mât, un véhicule à l'arrêt etc. Le dispositif 1 comprend également un rotor 3 destiné à être entraîné par ledit courant de fluide F et monté à cet effet mobile par rapport au stator 2 autour d'un axe de rotation (Z-Z').

Bien entendu, le dispositif 1 peut être adapté à des fluides de différentes natures, tel que l'air (vent), l'eau liquide (cours d'eau, courants marins) ou encore un gaz quelconque tel que de la vapeur d'eau.

En particulier, le dispositif 1 peut constituer une éolienne ou une hydrolienne.

Au sens de l'invention, le courant de fluide F peut aussi bien être naturel que généré artificiellement par un moyen quelconque. B80489/FR Avantageusement, le dispositif 1 peut ainsi se présenter sous la forme d'une machine tournante, du genre turbine, dont le rotor 3 est apte à convertir la pression et/ou l'énergie cinétique du courant de fluide F en un mouvement de rotation de vitesse w autour de l'axe de rotation (Z-Z').

A cet effet, le rotor 3 peut être pourvu d'une ou plusieurs aubes 4, 5.

De surcroît, le dispositif 1 conforme à l'invention est de préférence conçu pour être disposé transversalement par rapport au courant de fluide F, de telle sorte que ledit courant de fluide F aborde le dispositif latéralement et entraîne le rotor de manière sensiblement tangentielle par un effort de poussée comportant au moins une composante sensiblement normale à l'axe de rotation (Z-Z').

De façon particulièrement préférentielle, le dispositif 1 peut ainsi constituer une éolienne à axe vertical et sera assimilé dans ce qui suit, par commodité de description, à une telle éolienne.

Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif 1 est pourvu d'un système de régulation 10 destiné à réguler l'admission du courant de fluide F au niveau du rotor 3.

Plus particulièrement, ledit système de régulation 10 peut être agencé pour sélectionner ou modifier, parmi une pluralité de configurations prédéterminées possibles, la configuration d'amenée du courant de fluide incident au niveau du rotor, et notamment permettre un réglage du débit, de la section de passage et/ou de l'orientation de la direction du courant de fluide lorsque celui-ci est admis au sein du dispositif pour entraîner le rotor 3.

Selon une caractéristique importante de l'invention, le système de 25 régulation 10 comprend à cet effet au moins un élément d'interposition 11, B80489/FR du genre volet réglable, qui est destiné à être interposé entre le courant de fluide incident F et le rotor 3, et dont au moins une partie 11A est apte à se déplacer selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z') afin de modifier la configuration d'admission du fluide au niveau du rotor 3.

Ainsi, il est possible de modifier la position et/ou l'orientation de l'élément d'interposition 11, en déplaçant tout ou partie de la matière constitutive de ce dernier le long d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z'), et de préférence essentiellement voire exclusivement selon ledit axe, afin de modifier le taux de couverture du rotor 3 par ledit élément d'interposition 11 dans un plan de projection P sensiblement normal à la direction d'écoulement du courant de fluide incident F et sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z').

En d'autres termes, la mobilité contrôlée de l'élément d'interposition 11 permet d'ajuster l'encombrement projeté de ce dernier, c'est-à-dire l'étendue dans le plan de projection P de la surface projetée correspondant audit élément d'interposition 11, et plus particulièrement de faire varier la proportion de la surface projetée du rotor dans ledit plan de projection P, et notamment la surface des aubes 4, 5, qui est masquée par ledit élément d'interposition 11, c'est-à-dire non directement visible ou accessible au fluide incident selon la direction d'approche latérale initiale de ce dernier.

Bien qu'il soit envisageable que la partie libre 11A de l'élément d'interposition 11 soit libre de se déplacer, par exemple sous l'effet direct des contraintes aérodynamiques qui s'exercent sur elle lorsque le fluide circule à son contact, les déplacements de ladite partie mobile 11A sont de préférence commandés et contrôlés par un moyen de positionnement 12 conçu pour manoeuvrer l'élément d'interposition 11. B80489/FR De préférence, ledit moyen de positionnement 12 sera donc apte à contraindre le déplacement de la partie mobile 11A de l'élément d'interposition 11 selon au moins une composante de translation sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z') et/ou à maintenir la position de réglage dudit élément d'interposition 11, notamment à l'encontre des efforts mécaniques exercés par le fluide sur ce dernier.

Selon une variante de réalisation non représentée, le ou les éléments d'interposition 11 peuvent former des organes étrangleurs ou des obturateurs capables de rétrécir la section globale de passage que doit franchir le courant de fluide F arrivant de l'extérieur du dispositif pour parvenir au rotor 3.

Selon cette variante non représentée, le stator peut comporter un carter entourant le rotor, ledit carter étant percé, en vis-à-vis dudit rotor, d'orifices d'admission tels que des fentes, le ou les éléments d'interposition 11 pouvant alors être formés par des écrans sensiblement verticaux, éventuellement formés par des plaques droites ou incurvées, montés mobiles à translation par rapport au carter selon une direction parallèle à l'axe de rotation (Z-Z'), de telle sorte que lesdits écrans coopèrent avec les orifices, par exemple par chevauchement, pour alternativement, selon leur position, augmenter ou réduire en tout ou partie la section du ou des passages que le fluide incident peut emprunter pour franchir le stator.

Toutefois, selon une variante de réalisation préférentielle illustrée sur les figures 1, 2, 5 et 6, le moyen de positionnement 12 est conçu pour autoriser le réglage en basculement de l'au moins un élément d'interposition, de sorte à permettre l'ajustement de l'angle d'inclinaison a de ce dernier, ledit angle d'inclinaison étant celui mesuré entre un plan transverse T normal à l'axe de rotation (Z-Z') d'une part et la droite Dl, éventuellement fictive, joignant le B80489/FR bord d'attaque 14 dudit élément d'interposition 11 au bord de fuite 15 de ce dernier d'autre part.

Par bord d'attaque 14, on désigne l'extrémité de l'élément d'interposition 11 qui est située vers l'extérieur du dispositif 1 et qui reçoit en premier le 5 courant de fluide incident.

Par bord de fuite 15, on désigne la partie opposée de l'élément d'interposition 11, située à l'intérieur du dispositif en vis-à-vis du rotor 3, au niveau de laquelle le courant de fluide F quitte de système de régulation 10 pour pénétrer au coeur du dispositif 1 afin d'entraîner le rotor 3.

10 De préférence le bord de fuite 15 correspond sensiblement à la partie mobile 11A de l'élément d'interposition 11.

De façon particulièrement préférentielle, le moyen de positionnement 12 permettra de placer et de maintenir l'élément d'interposition 11 dans une configuration particulière choisie parmi une pluralité de configurations 15 spatiales possibles, de préférence comprises entre d'une part une configuration dite d'ouverture maximale dans laquelle l'angle a est voisin de 0°, c'est-à-dire dans laquelle le bord d'attaque 14 et le bord de fuite 15 sont sensiblement situés dans le même plan transverse T, tel que cela est illustré sur la figure 5, et d'autre part une configuration d'ouverture 20 minimale dans laquelle le bord de fuite 15 est décalé longitudinalement par rapport au bord d'attaque 14 selon l'axe (Z-Z'), l'angle a pouvant alors par exemple être compris sensiblement entre 10° et 90°, tel que cela est illustré sur la figure 6.

Bien entendu, l'homme du métier sera à même d'apprécier et de combiner le 25 cas échéant les effets de rétrécissement de la section de passage du fluide lorsque l'élément d'interposition est utilisé comme obturateur d'une part, et

B80489/FR de déviation de la direction d'écoulement dudit fluide lorsque l'élément d'interposition 11 est utilisé comme déflecteur d'autre part.

En particulier, il est envisageable que le moyen de positionnement 12 puisse autoriser l'obturation totale ou quasi-totale du dispositif, c'est-à-dire la constitution d'un écran sensiblement imperméable au niveau du système de régulation 10, ledit écran isolant alors le rotor 3 de l'environnement du dispositif, par exemple en concevant l'élément d'interposition 11 et ledit moyen de positionnement 12 de telle sorte que ce dernier autorise le basculement dudit élément d'interposition 11 jusqu'à un angle d'inclinaison a de l'ordre de 80° à 90°.

Par ailleurs, le moyen de positionnement 12 est préférentiellement conçu pour autoriser le basculement de l'au moins un élément d'interposition 11 uniquement dans un sens qui tend à rapprocher le bord d'attaque 14 dudit référentiel 21 et/ou à éloigner le bord de fuite 15 dudit référentiel 21.

En d'autres termes, l'élément d'interposition 11, lorsque celui-ci agit comme déflecteur, est de préférence agencé pour ne pouvoir dévier le courant de fluide incident qu'en l'éloignant de l'embase, c'est-à-dire en le dirigeant sensiblement à l'opposé du référentiel 21, c'est-à-dire vers le haut sur les figures 1 et 3.

Avantageusement, en déviant ainsi le souffle du courant de fluide vers le haut, en particulier dans le cas où le dispositif constitue une éolienne à axe vertical, et en prévoyant des orifices d'évacuation appropriés au sommet dudit dispositif, on peut assurer simplement et rapidement l'évacuation du surplus d'énergie du fluide incident en minimisant les perturbations aérodynamiques au sein du dispositif, ce qui contribue au fonctionnement régulier et sûr de ce dernier. B80489/FR Selon une variante de réalisation préférentielle, l'au moins un élément d'interposition 11 est porté par le stator 2.

En effet, bien qu'il soit envisageable que le ou les éléments d'interposition 11, ainsi que le moyen de positionnement 12, soient embarqués sur le rotor 3, c'est-à-dire portés par les parties mobiles du dispositif entraînées par le courant de fluide F, il peut être préférable de faire supporter le ou les éléments d'interposition 11, ainsi que le moyen de positionnement 12, par le stator, afin de limiter l'inertie du dispositif 1.

Un tel agencement permet en effet non seulement d'accroître les performances de l'éolienne 1, notamment par vent faible, mais également d'améliorer sa sécurité de fonctionnement du fait que le rotor 3 est encagé à l'intérieur d'un stator 2 qui forme ainsi une sorte de carter fixe de protection, lequel permet d'éviter tout contact entre les parties en mouvement du dispositif et les personnes ou les objets évoluant dans l'environnement de ce dernier. Au demeurant, bien que les éléments d'interposition 11 et de moyen de positionnement 12 ne soient de préférence pas entraînés avec le rotor, il n'est toutefois pas exclu que le stator 2 ne soit pas strictement immobile par rapport au référentiel 21, et puisse notamment être orientable, par exemple en azimut (lacet) autour de l'axe vertical de rotation (Z-Z').

En particulier, il est envisageable de prévoir un dispositif d'orientation, continu ou par paliers angulaires, du stator en fonction de la direction du fluide incident, et plus particulièrement en fonction de la direction du vent.

De préférence, la couverture angulaire fonctionnelle du stator 2 autour de l'axe (Z-Z'), c'est-à-dire l'ouverture du secteur angulaire selon lequel un fluide incident peut potentiellement être accepté par le dispositif 1 et

B80489/FR traverser ledit stator 2 pour parvenir audit rotor 3, sera supérieure ou égale à 90°, de préférence supérieure ou égale à 180°, voire sensiblement égale à 360°.

En particulier, le dispositif 1 pourra présenter sensiblement une géométrie de révolution, de sorte à pouvoir capter le fluide incident quelle que soit sa direction d'approche autour de l'axe de rotation (Z-Z').

De façon particulièrement préférentielle, le stator 2 présentera une forme sensiblement cylindrique, de préférence de base sensiblement circulaire et de génératrice correspondant à l'axe de rotation (Z-Z').

De surcroît, le rotor pourra comprendre une pluralité d'aubes 4, 5, par exemple formées par deux demi-cylindres agencés pour former une éolienne de type Savonius, ou encore ordonnées en étoile et s'étendant sensiblement parallèlement audit axe de rotation (Z-Z').

Bien entendu, le nombre de rotor et/ou d'aubes n'est nullement limité, le dispositif 1 conforme à l'invention pouvant par exemple comporter au moins deux rotors coaxiaux superposés, comportant chacun deux aubes, lesdits rotors étant déphasés d'une valeur de 90° autour de l'axe de rotation (Z-Z').

Avantageusement, le ou les éléments d'interposition 11 pourront alors être formés par une ou des couronnes entourant le rotor 3, tel que cela est illustré notamment sur les figures 1 et 3.

De préférence, lesdites couronnes présenteront une géométrie sensiblement circulaire et plane, de sorte à se trouver sensiblement dans le plan transverse T lorsque le moyen de positionnement 12 les maintient dans la configuration d'ouverture maximale illustrée sur la figure 5. B80489/FR Selon une variante de réalisation non représentée, le ou les éléments d'interposition 11, et plus particulièrement la ou les couronnes, s'articulent avec le stator 2 au moyen d'un système de fixation adaptatif, par exemple un pivot à excentrique, ou à doigt de fixation coopérant avec une rainure longitudinale orientée selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe de rotation (Z-Z'), de telle sorte que la variation de diamètre de la couronne induite par le basculement angulaire de la section transverse de celle-ci soit compensée.

Toutefois, selon une variante préférentielle particulièrement simplifiée, qui peut constituer une invention à part entière, le ou les éléments d'interposition 11 sont formés par une ou des lames déformables.

De façon particulièrement préférentielle, ces lames présentent une géométrie annulaire et sont réalisées à base d'un matériau souple capable d'absorber la déformation de leur section transverse en torsion et/ou en traction radiale lorsque le moyen de positionnement 12 impose le basculement de l'élément d'interposition 11.

En particulier, tel que cela est illustré sur les figures 3 et 4, la lame déformable pourra se présenter sous la forme d'un disque évidé dont le périmètre externe correspond au bord d'attaque 14 et le périmètre interne au bord de fuite 15, dont l'âme 22 est réalisée partiellement ou totalement dans un matériau souple, simple ou composite, tel qu'un alliage métallique super-élastique ou un élastomère, et dans laquelle sont noyés un ou plusieurs éléments de renfort toriques 23, 24 concentriques et disposés sensiblement en regard du périmètre intérieur et du périmètre extérieur de la couronne.

De préférence, tel que cela est illustré sur les figures 1, 2, 5 et 6, le dispositif 1 comporte une pluralité d'éléments d'interposition 11, 111, 211, 311, 411, 511 qui sont étagés selon l'axe de rotation (Z-Z').

B80489/FR De façon préférentielle, lesdits éléments d'interposition sont sensiblement identiques entre eux, distincts les uns des autres et disposés de façon sensiblement parallèle à distance axiale les uns des autres, au moins lorsque le dispositif se trouve en configuration d'ouverture maximale tel que cela est illustré sur la figure 5.

De préférence, les dimensions des éléments d'interposition 11, 111, 211, 311, 411, 511, ainsi que le débattement maximal possible desdits éléments parallèlement à l'axe de rotation (Z-Z') sont choisis de telle sorte que, lorsque le dispositif 1 se trouve en configuration d'ouverture minimale, il subsiste un jeu vertical J entre deux éléments d'interposition voisins 11, 111.

Ainsi, le rotor n'est pas totalement occulté par lesdits éléments d'interposition 11, 111 voisins lorsque l'on considère leur projection dans le plan de projection P.

Selon une variante de réalisation préférentielle, le stator 2 comporte une première cage cylindrique 30, dite cage externe , et une seconde cage cylindrique 31 dite cage interne qui sont emboîtées de façon sensiblement concentrique et montées mobiles à coulissement l'une par rapport à l'autre selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z').

Avantageusement, le ou les éléments d'interposition 11, 111, 211, 311, 411, 511 peuvent alors être reliés à la cage externe 30 au niveau de leurs bords d'attaque respectifs 14, 114 d'une part, et à la cage interne 31 au niveau de leurs bords de fuite 15, 115 respectifs d'autre part.

Avantageusement, on peut ainsi créer une structure articulée à parallélogrammes multiples, l'angle d'inclinaison a des éléments d'interposition étant avantageusement définis par le positionnement relatif le

B80489/FR long de l'axe de rotation (Z-Z') de la cage interne 31 par rapport à la cage externe 30, l'arrangement télescopique des cages pouvant ainsi former le moyen de positionnement 12 conforme à l'invention.

Plus particulièrement, en choisissant la valeur de décalage longitudinal desdites cages interne et externe, on peut régler l'angle d'inclinaison a des éléments d'interposition en basculant et/ou en étirant les couronnes au sein d'une sorte de store vénitien qui présente une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation (Z-Z').

De façon particulièrement avantageuse, la fixation des éléments d'interposition sur les cages 30, 31 pourra être réalisée au niveau des éléments 23, 24 de renfort des lames souples.

Avantageusement, la structure décrite ci-dessus permet avantageusement de commander simultanément un déplacement d'ensemble identique, en l'occurrence un déplacement angulaire en pivotement vertical captif de même amplitude, de tous les éléments d'interposition reliés aux cages.

Toutefois, il est également envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que le moyen de positionnement 12 soit sélectif et puisse agir séparément de manière différenciée sur divers éléments d'interposition ou sous-groupes d'éléments d'interposition afin d'autoriser le réglage indépendant de chacun d'eux.

Bien que le système de régulation 10 conforme à l'invention, et notamment le moyen de positionnement 12, puissent être manuel, ceux-ci sont de préférence conçus pour adapter automatiquement la configuration spatiale du ou des éléments d'interposition 11 en fonction de la vitesse de-rotation du rotor 3. B80489/FR A ce titre, il est remarquable que, de manière générale et selon une caractéristique qui peut constituer une invention en tant que telle, la présente invention concerne donc un moyen de régulation automatique, par le stator, de l'admission d'air au sein d'une éolienne.

Plus particulièrement, le moyen de positionnement 12 est de préférence agencé pour augmenter l'angle d'inclinaison a du ou des éléments d'interposition 11 lorsque la vitesse de rotation w du rotor 3 augmente, et plus particulièrement lorsque la vitesse de rotation w dépasse un seuil prédéterminé, ou valeur nominale wo.

Ainsi, en limitant le débit du courant de fluide et/ou la résultante de poussée efficace de l'effort exercé par ledit courant de fluide sur les aubes 4, 5, le système de régulation 10 empêche la vitesse de rotation w de croître sensiblement au-delà de ladite valeur nominale.

Avantageusement, le dispositif 1 étant de préférence couplé à un dispositif mécanique ou électromécanique 40 d'adaptation ou de conversion d'énergie, du type réducteur/multiplicateur, ou générateur de courant électrique (alternateur), par exemple logé dans l'embase 20, la vitesse nominale de rotation du dispositif 1 sera préférentiellement choisie comme sensiblement égale à la vitesse de rotation optimale dudit dispositif mécanique ou électromécanique 40.

Plus particulièrement, la saleur seuil de vitesse de rotation wo à partir de laquelle le système de régulation 10 entre en action pour modérer l'énergie du fluide incident correspond de préférence à la vitesse de rotation, le cas échéant corrigée par le coefficient de réduction ou de multiplication applicable, qui confère au générateur son rendement optimal, et notamment à une vitesse de rotation inférieure à la vitesse de coupure dudit générateur. B80489/FR Selon une variante de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 2, le système de régulation 10, et plus particulièrement le moyen de positionnement 12, comporte à cet effet un régulateur centrifuge 41 apte à provoquer le déplacement relatif de la cage interne 31 par rapport à la cage externe 30 sensiblement selon l'axe de rotation (Z-Z').

De préférence, le régulateur centrifuge 41 comprend un disque de base 42 qui est solidaire du rotor 3 et qui présente une forme conique dans laquelle circulent des billes 43 aptes à venir en appui contre la cage interne 31, laquelle repose initialement sur des butées 44, pour repousser cette dernière, de préférence, au niveau de son extrémité inférieure.

Grâce à ce régulateur de conception simple et éprouvée, la force centrifuge exercée sur les billes 43, qui dépend naturellement de la vitesse de rotation w, est convertie, dès que ladite vitesse de rotation atteint la valeur seuil wo, en un effort de déplacement axial de la cage interne 31 au fur et à mesure que lesdites billes 43 gravissent les rampes formées par le disque conique 42.

Ainsi, lorsque la vitesse de rotation w du rotor 3 tend à dépasser la valeur nominale de fonctionnement du générateur, le système de régulation provoque le soulèvement progressif des bords de fuites 15, 115 des éléments d'interposition 11, 111.

Le rappel vertical descendant de la cage interne 31 jusqu'à sa mise en butée peut être assuré soit sous le seul effet de la gravité, soit au moyen d'un ou plusieurs ressorts de rappel 45 qui ont un effet sensiblement antagoniste à celui des billes 43.

Avantageusement, les ressorts de rappel 45 peuvent être pourvus d'un dispositif de tarage (non représenté), par exemple à vis, qui permet de régler

B80489/FR la force minimale que doivent exercer les billes 43 pour soulever la cage interne 31, et par conséquent de déterminer mécaniquement la valeur seuil wo de déclenchement du système de régulation 10.

Par ailleurs, il est remarquable que la structure à double cage 30, 31 du dispositif 1 conforme à l'invention, éventuellement grillagée, forme avantageusement une barrière physique de séparation entre les parties mobiles du dispositif 1 et l'environnement de ce dernier, ce qui garantit la sécurité de son fonctionnement et prévient notamment toute intrusion de corps étranger volumineux dans le système de régulation 10 ou les partie mobiles du rotor 3.

Ainsi, selon une caractéristique qui peut constituer une invention à part entière, le dispositif 1 peut être pourvu d'une barrière matérielle de sécurité externe conçue pour empêcher l'accès de corps solides ou d'être vivants, tels que des personnes ou des animaux, aux parties mobiles dudit dispositif, et en particulier au rotor 3.

Avantageusement ladite barrière matérielle peut être intégrée au système de régulation 10, peut constituer le stator 2, et notamment peut être formée par la cage externe 30 entourant et recouvrant le rotor.

Il est ainsi possible d'installer et de faire fonctionner sans risque le dispositif 1 conforme à l'invention dans des lieux directement accessibles et/ou fréquentés, tels que jardins, balcons, terrasses, etc.

En outre, le stator 2, et plus particulièrement la cage externe 31 peut avantageusement former une structure de renfort, de type haubanage, qui contribue à la stabilité et à la rigidité du dispositif 1, notamment en cas de vent fort. B80489/FR Bien entendu, la présente invention concerne également un système de régulation 10 en tant que tel, et notamment un système de régulation 10 formé par un sous-ensemble comprenant au moins un élément d'interposition 11 ainsi qu'un moyen de positionnement 12 conçu pour déplacer au moins une partie 11A dudit élément d'interposition 11 selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z') du dispositif de captage d'énergie d'un courant de fluide auquel ledit système de régulation 10 est adapté. Avantageusement, le système de régulation 10 tel que décrit plus haut peut 10 être adapté en rattrapage sur différents dispositifs de captage d'énergie, et notamment sur des éoliennes à axe vertical existantes.

Bien entendu, la présente invention s'étend en outre à un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide, et notamment à un procédé de régulation de la 15 vitesse de rotation d'éoliennes telles que des éoliennes à axe vertical.

En particulier, la présente invention peut concerner un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide par contrôle de l'admission, ledit procédé comprenant au moins une étape de déplacement axial, et notamment de basculement, d'au moins un 20 élément d'interposition 11 selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (Z-Z') dudit dispositif 1, en particulier à l'aide d'un système de régulation 10 tel que décrit précédemment.

Le fonctionnement du dispositif 1 conforme à l'invention va maintenant être décrit en détails, et en référence à un dispositif 1 formant une éolienne à axe 25 vertical. B80489/FR Au départ, et en l'absence de vent, le rotor 3 est immobile, à l'arrêt, et le système de régulation 10 se trouve en configuration d'ouverture maximale, l'angle d'inclinaison a étant sensiblement égal à 0°, tel que cela est illustré sur la figure 5.

Lorsque le vent se lève et crée ainsi un courant aérien F qui aborde le dispositif 1 par le côté, selon une direction sensiblement normale à son axe de rotation (Z-Z'), ledit courant aérien rencontre le dispositif 1 au niveau du bord d'attaque 14, 114 des éléments d'interposition 11, 111, et traverse la première cage externe 30, en longeant la face desdits éléments d'interposition entre lesquels il est canalisé, selon une direction sensiblement radiale, sans être dévié.

Le flux d'air dépasse ensuite le bord de fuite 15, 115 desdits éléments d'interposition 11, 111, en franchissant l'enceinte de la seconde cage interne 31 pour venir frapper les aubes 4, 5 du rotor, au niveau desquelles il crée un couple moteur qui entraîne ledit rotor 3 en rotation, dans le sens horaire sur la figure 1.

Une fois l'inertie du rotor 3 et celle du système mécanique ou électromécanique de type générateur 40 qui lui est associé est vaincue, ces derniers sont entraînés en rotation autour de l'axe (Z-Z').

Bien entendue, la vitesse de rotation w du rotor 3 peut fluctuer, et notamment augmenter selon les variations d'intensité du vent.

Tant que la vitesse de rotation w du rotor 3 reste inférieure ou égale à la valeur seuil wo, la cage interne 31 repose sur ses butées 44, la force centrifuge exercée sur les billes 43 étant suffisante pour décoller lesdites billes et les chasser radialement jusqu'à les amener au contact de la cage interne 31, mais insuffisante pour provoquer le soulèvement de ladite cage.

B80489/FR En revanche, lorsque la vitesse de rotation w du rotor 3 atteint et franchit la valeur seuil wo suffisante, le système de régulation 10 se déclenche automatiquement du fait que les billes 43 sont soumises à une force centrifuge suffisamment intense pour poursuivre leur progression sur les rampes ascendantes formées par le disque conique 42 en repoussant la cage interne 31 à l'encontre des ressorts de rappel 45.

Ce faisant, la cage interne 31 s'élève progressivement en entraînant dans son mouvement, à la manière d'une tringle dans un mécanisme de type embiellage, les extrémités internes des éléments d'interposition 11, 111, tandis que les extrémités externes desdits éléments d'interposition sont retenues dans leur position initiale par la cage externe 30.

Le moyen de positionnement 12 provoque par conséquent un basculement vertical ascendant desdits éléments d'interposition, et plus particulièrement une flexion élastique des lames souples. Ce faisant, les lames souples s'étirent radialement, dans le sens de leur largeur, pour compenser la variation d'écartement entre leurs points d'attache qui est imposée par le mouvement relatif des cages interne et externe. Lesdits moyens d'interposition 11, 111 agissent alors comme des déflecteurs orientés vers le haut du dispositif 1 vis-à-vis du flux d'air incident.

Ils forment ainsi des chicanes qui canalisent et contrarient l'écoulement du courant de fluide incident, en interdisant progressivement l'accès direct au rotor 3, au fur et à mesure que la vitesse de rotation w de celui-ci augmente.

Le courant de fluide est alors dévié, en l'espèce vers le haut, sensiblement selon l'axe de rotation (Z-Z') tel que cela est illustré par la flèche F2 sur la figure 6, ce qui se traduit par une perte d'intensité de la poussée motrice dudit fluide au niveau des aubes 4, 5.

B80489/FR Avantageusement, le surplus de fluide est évacué par le sommet de l'éolienne, après avoir longé verticalement la surface des aubes, en apportant une contribution moindre à l'effort de poussée, et en minimisant les perturbations préjudiciables à la régularité de fonctionnement du rotor.

Ainsi, plus la vitesse de rotation w est élevée, plus l'angle d'inclinaison a des éléments d'interposition 11, 111 s'accroît, et plus l'action du fluide sur le rotor est limitée, voire supprimée.

En raison de la charge supportée par le rotor 3, cette limitation de l'effet moteur du fluide aérien se traduit par une réduction progressive de la vitesse de rotation w sensiblement jusqu'à un retour à sa valeur de consigne nominale.

Bien entendu, à l'inverse de ce qui a été décrit précédemment, la décroissance de la vitesse de rotation w se traduit par un retour centripète des billes 43, et par conséquent par un abaissement de la cage interne 31 qui a pour effet de réduire l'angle d'inclinaison a des éléments d'interposition 11. Le système de régulation ouvre ainsi plus largement et plus directement l'accès du rotor 3 au courant de fluide incident F, au fur et à mesure que la vitesse de rotation instantanée décroît, et ce jusqu'à ce que ladite vitesse de rotation passe sous le seuil wo et que la cage interne 31 soit re-déposée sur ses butées 44.

Ainsi, dès lors que la vitesse du vent est suffisante, on obtient une régulation sensiblement automatique et continue, qui peut être purement mécanique et particulièrement simple, de la vitesse de rotation de l'éolienne 1 conforme à l'invention autour de la valeur nominale wo. Cela permet avantageusement de maintenir la production d'énergie sensiblement dans la plage de rendement optimale du générateur. B80489/FR Le dispositif 1 conforme à l'invention permet donc avantageusement, à l'aide d'une structure simple, compacte et légère d'exploiter et de convertir efficacement l'énergie d'un courant de fluide, en bénéficiant d'un rendement optimal et relativement constant.

En outre, le système de régulation automatique 10 assure un asservissement simple et fiable qui garantit avantageusement le fonctionnement régulier, préservé et optimisé du dispositif 1, ainsi que des dispositifs mécaniques ou électromécaniques de production d'énergie qui peuvent lui être associés, sensiblement quelles que soient la vitesse, la fréquence et l'amplitude des variations d'intensité du courant de fluide. B80489/FR

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1 - Dispositif (1) de captage de l'énergie d'un courant de fluide (F) comprenant un stator (2) ainsi qu'un rotor (3) destiné à être entraîné par ledit courant de fluide et monté mobile par rapport audit stator autour d'un axe de rotation (ZZ'), ledit dispositif étant pourvu d'un système de régulation (10) de l'admission du courant de fluide (F) au niveau du rotor (3), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que ledit système de régulation (10) comprend au moins un élément d'interposition (11), du genre volet réglable, destiné à être interposé entre le courant de fluide (F) incident et le rotor (3) et dont au moins une partie (11A) est apte à se déplacer selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ') pour modifier la configuration d'admission du fluide au niveau du rotor.
2. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'au moins un élément d'interposition (11) est porté par le stator (2).
3. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de positionnement (12) conçu pour autoriser le réglage en basculement de l'au moins un élément d'interposition (11), de sorte que l'on peut ajuster l'angle d'inclinaison (a) de ce dernier mesuré entre la droite joignant son bord d'attaque (14) à son bord de fuite (15) et un plan transverse (T) normal à l'axe de rotation (ZZ')
4. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que, le stator (2) étant pourvu de moyens de fixation permettant d'arrimer le dispositif à un site d'implantation (21) dit référentiel , le moyen de positionnement (12) est conçu pour autoriser le basculement de l'au moins un élément d'interposition (11) uniquement dans un sens tendant B80489/FRà rapprocher le bord d'attaque (14) dudit référentiel (21) et/ou à éloigner le bord de fuite (15) dudit référentiel (21). - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'au moins un élément d'interposition (11) est formé par une 5 couronne entourant le rotor (3). 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'au moins un élément d'interposition est formé par une lame déformable. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments d'interposition (11, 111, 211, 311, 411, 511) étagés selon l'axe de rotation (ZZ') 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le stator (2) comporte une première cage cylindrique (30) dite cage externe et une seconde cage cylindrique (31) dite cage interne qui sont emboîtées de façon sensiblement concentriques et montée mobiles à coulissement l'une par rapport à l'autre selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ'), le ou les éléments d'interposition (11, 111) étant reliés à la cage externe (30) au niveau de leur bord d'attaque (14, 114) et à la cage interne (31) au niveau de leur bord de fuite (15, 115). 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le système de régulation (10) est conçu pour adapter automatiquement la configuration spatiale de l'au moins un élément d'interposition (11) en fonction de la vitesse de rotation (co) du rotor (3). B80489/FR10 - Dispositif selon les revendications 8 et 9 caractérisé en ce que le moyen de positionnement (12) comporte un régulateur centrifuge (41) apte à provoquer le déplacement relatif de la cage interne (31) par rapport à la cage externe (30) sensiblement selon l'axe de rotation (ZZ'). 11 -Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que le régulateur centrifuge (41) comprend un disque de base (42) solidaire du rotor (3) et présentant une forme conique dans lesquelles circulent des billes (43) aptes à venir en appui contre la cage interne (31) pour repousser cette dernière. 12 Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est pourvu d'une barrière matérielle de sécurité conçue pour empêcher l'accès de corps solides ou d'être vivants, tels que des personnes ou des animaux, aux parties mobiles dudit dispositif. 13 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue une éolienne à axe vertical. B80489/FR