LU84702A1 - CYCLIC STEP CONTROL SYSTEM FOR THE BLADES OF A PANEMONE WIND TURBINE - Google Patents

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    • F03D3/06—Rotors
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    • 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
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Description

SYSTEME DE COMMANDE DU PAS CYCLIQUE DES PALES D'UNE EOLIENNE DU TYPE PANEMONECYCLIC STEP CONTROL SYSTEM FOR THE BLADES OF A PANEMONE WIND TURBINE

L'invention concerne un système de commande du pas cyclique des pales d'une éolienne du type panémone, en par-5 ticulier à axe vertical.The invention relates to a system for controlling the cyclic pitch of the blades of a wind turbine of the panemone type, in particular with a vertical axis.

Les éoliennes du type panémone à axe vertical ou horizontal sont bien connues. Aussi a-t-on déjà proposé en vue d'améliorer le rendement de ces machines d'ajuster l'angle d'attaque ou pas cyclique des pales d'une éolienne à 10 axe vertical de sorte que l'angle d'attaque se trouve toujours dans la position optimum en tout point sur le chemin parcouru pendant chaque rotation autour de l'axe vertical de l'éolienne. Cependant ces systèmes de commande du pas cyclique des pales ne prennent pas en considération la direc-15 tion variable du vent.Wind turbines of the panemone type with vertical or horizontal axis are well known. It has therefore already been proposed in order to improve the efficiency of these machines to adjust the angle of attack or non-cyclical of the blades of a wind turbine with a vertical axis so that the angle of attack is always found in the optimum position at any point on the path traveled during each rotation around the vertical axis of the wind turbine. However, these systems for controlling the cyclic pitch of the blades do not take into account the variable direction of the wind.

Le but de la présente invention est de fournir un système de commande du pas cyclique pour une éolienne du type panémone qui permet une position optimum de l'angle d'attaque des pales pendant toute leur rotation autour de l'axe, 20 en particulier vertical de l'éolienne. Un autre but est celui de rendre cet ajustage du pas cyclique optimum indépen-demment de la direction du vent.The object of the present invention is to provide a cyclic pitch control system for a panemone type wind turbine which allows an optimum position of the angle of attack of the blades during their entire rotation around the axis, in particular vertical. of the wind turbine. Another goal is to make this adjustment of the optimum cyclic step independently of the wind direction.

Selon l'invention ce but est réalisé par un système de commande comprenant une roue centrale, une roue planétaire 25 pour chaque pale fixée à l'axe de rotation de la pale correspondante et un moyen de transmission sans fin pour chaque pale passant autour de la roue centrale et de la roue planétaire de la pale correspondante, le diamètre des roues planétaire étant le double du diamètre de la roue centrale.According to the invention, this object is achieved by a control system comprising a central wheel, a planetary wheel 25 for each blade fixed to the axis of rotation of the corresponding blade and an endless transmission means for each blade passing around the central wheel and the planetary wheel of the corresponding blade, the diameter of the planetary wheels being twice the diameter of the central wheel.

30 Une girouette solidaire de la roue centrale rend l'an gle d'attaque des pales optimum pour toute direction du vent.30 A wind vane integral with the central wheel makes the angle of attack of the blades optimum for any direction of the wind.

L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple ou limitatif avec référence au dessin annexé qui représente d'une façon schématique une projection horizontal d'une ëo-35 lienne du type panémone avec une commande du pas cyclique selon l'invention.The invention will now be described by way of example or limitation with reference to the appended drawing which schematically represents a horizontal projection of an ëo-35 link of the panemone type with a control of the cyclic pitch according to the invention.

L'éolienne du type panémone comprend un rotor 10 représenté dans le dessin annexé comme comprenant p.ex. six pales A,B,C,D,E,F, montées sous forme de cage d'écureuil au- - 2 - tour de l'axe de rotation, en particulier vertical, de l'éolienne. Chaque pale A-F peut tourner autour d'un axe également vertical logé à ses deux extrémités dans une structure 5 circulaire solidaire de l'axe vertical de l'éolienne et identifiée par le numéro de référence 12.The panemone type wind turbine comprises a rotor 10 shown in the appended drawing as comprising, for example, six blades A, B, C, D, E, F, mounted in the form of a squirrel cage around the tower. the axis of rotation, in particular vertical, of the wind turbine. Each blade A-F can rotate around an equally vertical axis housed at its two ends in a circular structure 5 integral with the vertical axis of the wind turbine and identified by the reference number 12.

Dans la figure unique les pales A-F sont représentées pour deux directions du vent différentes identifiées par "VENT 1" et "VENT 2" respectivement, le symbole "noir" de 10 chacune des pales A-F valant pour la direction du vent "VENT 1" et le symbole "blanc" valant pour la direction du vent "VENT 2".In the single figure, the AF blades are represented for two different wind directions identified by "WIND 1" and "WIND 2" respectively, the "black" symbol of each of the AF blades representing the wind direction "WIND 1" and the "white" symbol valid for the wind direction "WIND 2".

L'ajustage de l'angle d'attaque ou pas cyclique des pales §era maintenant décrit pour la direction du vent "VENT 1" a-15 vec référence à la pale A et vaut pour chacune des pales sur son chemin circulaire du point de la figure où est représentée la pale A, en passant par les différents endroits où sont représentées les pales B à F, pour retourner au point de la pale A.The adjustment of the angle of attack or not cyclic of the blades will now be described for the wind direction "WIND 1" a-15 with reference to the blade A and is valid for each of the blades on its circular path from the point of the figure where the blade A is represented, passing through the different places where the blades B are represented F, to return to the point of the blade A.

20 Lorsque le rotor 10 de l'éolienne tourne dans le sens indiqué par la flèche 14, la pale A remonte le vent avec un maître-couple minimum. Dès que la pale A a franchi l'axe xx', elle commence à s'incliner (vers la droite dans le dessin) et subit de la part du vent un effort transversal qui se traduit 25 compte-tenu du bras de levier par un couple moteur sur l'axe de rotation. En position D la pale subit un effort relatif maximum. Sur son chemin imposé par le rotor 10, la pale A continue à s'incliner et tourner pour arriver en A de nouveau dans la position indiquée, après avoir tournée un demi-30 tour sur elle-même sur son déplacement de A par D en A. Des positions intermédiaires sont ^représentées par les pales B à F.When the rotor 10 of the wind turbine rotates in the direction indicated by arrow 14, the blade A goes upwind with a minimum master torque. As soon as the blade A has crossed the axis xx ', it begins to tilt (to the right in the drawing) and undergoes on the part of the wind a transverse force which results, given the lever arm, by a motor torque on the axis of rotation. In position D the blade undergoes a maximum relative force. On its path imposed by the rotor 10, the blade A continues to tilt and turn to arrive at A again in the position indicated, after having turned a half-30 turn on itself on its movement from A by D in A. Intermediate positions are represented by blades B to F.

Le mouvement de la pale A qui vient d'être décrit est provoqué par une roue Rg centrale dentée ou crantée montée coax-35 ialement à l'axe de rotor et mobile autour d'elle, une roue planétaire Rp dentée ou crantée montée sur 1'axe de rotation de la pale A et solidaire de celui-ci, et une chaîne 16, Galle ou maritime, ou une courroie 16 dentée, sans fin, qui passe autour de la roue centrale Rg et de la roue planétaire Rp 40 dentée. Le diamètre nominal de la roue planétaire Rp est le - 3 - double du diamètre nominal de la roue centrale R . Ainsi la y vitesse de rotation cyclique des pales est la moitié de la vitesse de rotation de la roue centrale R et du rotor 10.The movement of the blade A which has just been described is caused by a central toothed or toothed wheel Rg mounted coaxially with the rotor axis and movable around it, a planetary toothed or toothed wheel Rp mounted on 1 'axis of rotation of the blade A and integral therewith, and a chain 16, Galle or maritime, or a toothed belt 16, endless, which passes around the central wheel Rg and the planetary wheel Rp 40 toothed. The nominal diameter of the planetary wheel Rp is double the nominal diameter of the central wheel Rp. Thus, the cyclic speed of rotation of the blades is half the speed of rotation of the central wheel R and of the rotor 10.

y 5 La pale A, ainsi que les autres pales B-F, est consti tuée d'un profil mince dont la forme est étudiée pour obtenir une bonne stabilité aérodynamique, surtout lorsque la pale remonte le vent. La forme des pales n'est pas l'objet de 1'invention.y 5 The blade A, like the other blades B-F, is made up of a thin profile whose shape is studied to obtain a good aerodynamic stability, especially when the blade goes upwind. The shape of the blades is not the subject of the invention.

10 Lors de l'assemblage du rotor, les pales A-F doivent prendre les positions relatives qui sont p.ex. représentées en symboles "noir^' sur le dessin, afin que pour la direction du vent "VENT 1", p.ex. la pale D se retrouve dans la position réprésentée de la pale A après une demi révolution du rotor. 15 Tout comme la pale A, les pales B-F sont munies de la même façon d'une roue planétaire R^.10 When assembling the rotor, the blades AF must take the relative positions which are eg represented in symbols "black ^ 'on the drawing, so that for the direction of the wind" WIND 1 ", eg the blade D is found in the represented position of the blade A after half a revolution of the rotor 15 Just like the blade A, the blades BF are provided in the same way with a planetary wheel R ^.

Une girouette G est fixée à la roue centrale R . Lors- y que la girouette est placée dans le lit du vent, au-dessus de l'éolienne, elle oriente la roue centrale en fonction de 20 la direction du vent et pilote ainsi la commande du pas cyclique des pales de manière à obtenir un effort maximum sur les pales.A wind vane G is fixed to the central wheel R. When the wind vane is placed in the wind bed, above the wind turbine, it orients the central wheel according to the wind direction and thus controls the control of the cyclic pitch of the blades so as to obtain a maximum force on the blades.

Tout déplacement angulaire oC de la girouette change l'orientation des pales d'un angle cK/2 dû au rapport des diamè-25 très de la roue centrale R^ et des roues planétaires R^. Ce changement de 11 orientation des pales pour le changement de la direction du vent de "VENT 1" à "VENT 2", c-à-d du déplacement de la girouette G de la position Gl vers la position G2 est représenté dans le dessin par les symboles "blancs" 30 pour les pales. Par cet ajustage l'angle d'attaque des pales est en tout endroit sur leur chemin circulaire autour de l'axe du rotor toujours ajusté de façon optimum pour toute = ' direction du vent.Any angular displacement oC of the vane changes the orientation of the blades by an angle cK / 2 due to the ratio of the diameters of the central wheel R ^ and the planetary wheels R ^. This change in the orientation of the blades for the change of the wind direction from "WIND 1" to "WIND 2", that is to say the movement of the vane G from position Gl to position G2 is shown in the drawing. with the "white" symbols 30 for the blades. By this adjustment the angle of attack of the blades is in any place on their circular path around the axis of the rotor always adjusted optimally for all = 'wind direction.

La commande du pas cyclique décrite peut aussi être uti-*· 35 lisé sur une éolienne à axe horizontal. Dans ce cas il n'y a pas de girouette qui agit sur le pas cyclique, mais elle agira plutôt sur le rotor de façon à placer son axe horizontal toujours perpendiculairement à la direction du vent.The cyclic step control described can also be used on a horizontal axis wind turbine. In this case there is no wind vane which acts on the cyclic step, but it will act rather on the rotor so as to place its horizontal axis always perpendicular to the direction of the wind.

Sans girouette ce fonctionnement, parfait dans la direction 40 des vents dominants et opposés (machine réversible), reste - 4 - correct pour les vents qui s'écartent meme fortement du plan principal.Without a wind vane this operation, perfect in the direction 40 of the dominant and opposite winds (reversible machine), remains - 4 - correct for the winds which even deviate strongly from the main plane.

Un frein de service et de sécurité est réalisé simple-5 ment, sur le moyeu principal, par un frein à tambour, à disque ou à bande.A service and safety brake is produced simply on the main hub by a drum, disc or band brake.

Les avantages du système de commande du pas cyclique pour éolienne du type panémone et d'une éolienne équipée d'un tel système sont 10 -démarrage par vent très faible -puissance illimitée -encombrement réduit -vitesse de rotation peu élevée -mécanisme d'orientation simple, fiable et peu coûteux 15 -absence de vibrations -bruit de fonctionnement très faible -entretien facile -transmission mécanique directe du couple -transmission électrique directe sans collecteur 20 -pylône de hauteur modérée -pour les machines de puissance élevée, accouplement direct de la roue du générateur de type volant (grand diamètre, faible épaisseur, grand nombre de paires de pôles sur le rotor.The advantages of the cyclic pitch control system for wind turbines of the panemone type and of a wind turbine equipped with such a system are 10 -starting in very low winds-unlimited power-reduced dimensions-small rotation speed-orientation mechanism simple, reliable and inexpensive 15 - absence of vibration - very low operating noise - easy maintenance - direct mechanical transmission of the torque - direct electrical transmission without collector 20 - pylon of moderate height - for high power machines, direct coupling of the flywheel type generator wheel (large diameter, small thickness, large number of pole pairs on the rotor.

Claims (4)

1. Système de commande du pas cyclique des pales d'une éolienne du type panémone, en particulier à axe vertical, 5 dont les pales peuvent tourner chacune autour d'un axe de rotation propre, caractérisé par une roue (Rg) centrale, une . roue planétaire (Rp) pour chaque pale fixée à l'âxe de rota tion de la pale (A-F) correspondante et un moyen de transmission (16) sans fin pour chaque pale passant autour de la 10 roue centrale et de la roue planétaire de la pale correspondante, et en ce que le diamètre des roues planétaires (Rp) est le double du diamètre de la roue centrale (Rg).1. Control system for the cyclic pitch of the blades of a wind turbine of the panemone type, in particular with a vertical axis, 5 the blades of which can each rotate around a proper axis of rotation, characterized by a central wheel (Rg), a . planetary wheel (Rp) for each blade attached to the axis of rotation of the corresponding blade (AF) and an endless transmission means (16) for each blade passing around the central wheel and the planetary wheel of the corresponding blade, and in that the diameter of the planetary wheels (Rp) is twice the diameter of the central wheel (Rg). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par une 15 girouette solidaire de la roue centrale (Rg).2. System according to claim 1, characterized by a vane integral with the central wheel (Rg). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la roue centrale et les roues planétaires ;sont des roues dentées et que le moyen de transmission est une chaîne.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the central wheel and the planetary wheels are toothed wheels and that the transmission means is a chain. 4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en 20 ce que la roue centrale et les roues planétaires sont des roues crantées et que le moyen de transmission est une courroie crantée. u4. System according to claim 1 or 2, characterized in that the central wheel and the planetary wheels are toothed wheels and that the transmission means is a toothed belt. u
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