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La pr~sente invention se rapporte à un moteur
entra~né par l'énergie cin~tique d'un fluide tel l'air ou
l'eau. L'inven~ion trouve des applications dans la
construction d'éoliennes, de turbines hydrauliques ou
autres dispositifs ~emblables.
La conversion efficace de l'énergie cinétique du vent
en énergie mécanique ou électrique présente des problèmes
techniques sérieux qui à ce jour n'ont toujours pas été
résolus. Plusieurs types de génératrices électrlques
~oliennes ont été propos~s par le passé, cependant, à
cause de leur faible efficaclté, elles ne peuvent en aucun
cas remplacer les dlsposltifs classiques de production de
masse d'énergie ~lectrique tel les centrales hydro-
électriques, thermiques ou nucléaires.
Le but de la présente lnvention est un moteurentrainé par l'énergie cinétlque d'un flulde tel l'alr ou
l'eau, dont l'efficacité est supérieure aux dispositlfs
connus.
Le moteur selon l'invention comporte, de façon
générale, un rotor auquel est fixé au moins une pale
concue de façon à présenter une surface variable selon la
position de la pale par rapport à la direction du flulde
moteur. Plus particulièrement, la pale comporte deux
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panneaux principaux mobiles pouvant être amenés dans une
premi~re position dite "fermée" dans laquelle ces derniers
sont plac~s l'un contre l'autre dans un plan généralement
parallèle ~ la direction d'~coulement du fluide, et dans
une position dite "ouverte" dans laquelle les panneaux
sont orient~s généralement transversalement à la direction
d'écoulement du fluide.
Ce système fait en sorte que la pale, en position
ouverte lorsqu'elle se déplace dans la direction
d'écoulement du fluide, offre une bonne prise à celui-ci
pour accélérer le moteur tandis que la pale offre une
faible prise au d~placement en sens contraire, réduisant
l'effet d'a~rofrein qui contribue à ralentir le moteur.
En outre, la pale comporte au moins un panneau
secondaire monte à angle par rapport à l'axe longitudlnal
de celle-ci dans le but d'offrlr une prise à la masse de
fluide en mouvement lorsque sa direction est quasi
parallèle à l'axe longitudinal de la pale. Dans une
réalisation préférentielle, deux panneaux secondaires sont
prévus montes de part et d'autre de l'ensemble formé par
les panneaux principaux, le fluide moteur exerc~ant une
poussée sur la pale lorsque la direction d'écoulement est
sensiblement parallèle a l'axe longitudinal de la pale, et
ce peu importe le sens de l'écoulement.
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Dans une r~alisation pr~f~rentielle de l'inventlon,
le moteur est muni d'un certain nombre de systèmes
auxiliaires qui permettent d'obtenir des caract~ristiques
d'op~ration int~ressantes. Notamment, on prevoit un
dispositif de freinage du type a frottement pour soit
immobiliser le rotor ou réduire sa vitesse, un syst~me de
synchronisation des mouvements d'ouverture et de fermeture
des panneaux principaux de la pale, ainsi que
l'utilisation de volets de declenchement commandant
l'ouverture des panneaux principaux de la pale. Chaque
volet de déclenchement est monté au bord de fuite du
panneau principal respectif à un angle obtus. En outre,
on utilise un ou plusieurs organes d'amortissement
limitant les chocs causés par des mouvements vlolents
d'ouverture ou de fermeture des panneaux, ainsi que
l'utilisation de contre-poids sur ceux-ci pour en
faciliter la manoeuvre.
Une autre caractéristique préférentielle consiste à
utiliser des but~es ajustables sur les pales pour régler
le degr~ d'ouverture des panneaux principaux. Bn limitant
l'ouverture des panneaux principaux, on ajuste à la baisse
la vitesse du moteur. Le contrôle des butées s'effectue
par un syst~me hydraulique.
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De pr~f~rence, on pr~voit aussi un autre dispositlf
de contr~le de vitesse ~ous forme d'une série de masses
articulées au rotor pour en augmenter l'inertie et, de ce
fait, empêcher les variations brusques de vitesse.
Une r~alisation préférentielle de l'invention sera
maintenant d~crite en référence aux dessins annexes dans
lesquels~
- la Figure 1 est une vue en plan du moteur selon
l'invention;
- la Figure 2 est une coupe verticale du moteur
illustré a la Figure 1, certalns éléments étant omis pour
clarifier l'illustration;
- la Figure 3 est une vue schématique d'une partie de
la pale utilisée dans le moteur illustré aux Figures 1 et
2;
- la Figure 4 est une vue en coupe selon les lignes
4-4 dans la Figure 3;
- la Figure S est une vue schématique d'une partie de
la pale selon une variante;
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- la Figure 6 es~ une vue en coupe selon les lignes
5-5 dans la Figure 5;
- la Figure 6a est une vue schématique de la pale de
la Flgure 6, illustrant une butée ajustable pour régler
l'angle d'ouverture maximum de la pale;
- la Eigure 7 est une vue en plan d'une composante de
la pale illustrée à la Figure 3;
- la Figure 8 est une vue en élévation de la
composante illustrée à la Figure 7;
- la Figure 9 est une vue schématique de la
transmission utlllsée pour entrainer un compresseur
pneumatique, lllustré dans le moteur illustré à la Flgure
1 ;
- la Figure 10 est une vue partlelle du moteur
lllustrant des masses d'lnertle;
- la Figure 11 est une vue de coté agrandle
illustrant en détail la structure de chaque masse
d'lnertle; et
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- la Figure 12 est une vue de haut d'une masse
d'inertie.
Se r~f~rant aux Figures 1 et 2, le moteur identifié
par la r~férence numérique 10 comporte un rotor principal
12 dont l'extrémité inférieure est retenue dans un socle
14 au moyen d'un palier 16 permettant la libre rotation
du rotor. L'extrémité supérieure du rotor 12 est
maintenue en position par un syst~me de support 18
constitué d'un ensemble de poutres 20 et de bras radiaux
respectifs 22 portant un palier 24 dans lequel le rotor
tourne.
Un volant principal 26, de forme généralement
circulaire, est fixé à mi-chemin entre les deux extrémités
du rotor 12. Le volant 26 sert de support à six pales 28
servant à entrainer le moteur. La structure des pales 28
sera décrite en détall un peu plus loin.
Pour permettre au rotor 12 de ralentir sa vite~se de
rotation ou lorsque l'on désire l'immobiliser
complètement, on prévolt un disposltif de freinage 30
monté près du socle 14. Le frein 30 comporte un disque 32
fixé solidement au rotor ainsi qu'un jeu de sabots 34
pouvant être déplac~s dans une direction radiale par des
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cylindres hydrauliques 36. Ces derniers ~ont montés sur
des structures de support respectives 38 appropriées.
Faisant maintenant réf~rence aux Figures 3 et 4,
chaque pale 28 comporte une tige principale 40 à sec~ion
généralement circulaire a laquelle sont montés les divers
organes permettant l'opération de la pale. Plus
spécifiquement, la pale est pourvue a une de ses
extrémit~s d'un bord d'attaque 42 conique en section,
assurant une pénétration en douceur de la pale dans le
fluide moteur, soit de l'air ou de l'eau. Le bord
d'attaque 42 est une structure creuse dans le but de
limiter le poids de l'ensemble.
Deux panneaux principaux 44 sont montés a la tige
centrale 14 au moyen de pivots 46. Chaque panneau
principal 44 pré~sente une surface légèrement concave 48
rigidifiée par une membrure perforée 50 qui constitue un
~upport pour un contre-polds 52 calculé de façon à
équilibrer le panneau 44 par rapport aux pivots 46.
Les mouvements des panneaux principaux 44 sont
synchronisés par un organe 54 comportant un patin 56 apte
à glisser librement sur la tige 40, et à partir duquel
partent des bras de commande 58 reliés aux panneaux
principaux 44 respectifs. La structure de chaque bras de
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commande 58 est illustr~e en d~tail aux Figures 7 et 8, le
bras ayant une forme en Y percé en son extr~mité
inf~rieure en 60 pour recevoir un pivot 62 effectuant le
lien avec le patin 56. Une articulation similaire est
prévue ~ l'extrémit~ supérieure du bras 58 pour effectuer
la liaison avec le panneau principal 44 respectif.
La course du patin 56 sur la tige 40 est limitée
entre deux organes d'amortissement 64 et 66, chacun ~tant
constltué par un ressort hélicoidal entourant la tige 40.
Ces ressorts hélicoïdaux permettent de limiter les chocs
lorsque le patin 56 cogne en fin de butée au cours des
mouvements d'ouverture et de fermeture des panneaux
principaux 44.
Une variante de la pale est illustrée aux Figures 5,
6 et 6a. Plus spécifiquement, la pale 28' comporte deux
cylindres hydrauliques 500 qui déplacent une butée 502 sur
la tige 40 pour ajuster l'angle maximum d'ouverture entre
les panneaux principaux 44. Plus on approche la butée 502
de l'amortisseur 66 (non-illustré aux Figures 6 et 6a)
plus on réduit l'angle maximum d'ouverture, diminuant
d'autant la prise de la pale au fluide moteur. Ce
dispositif permet de controler à la baisse la vitesse du
moteur.
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La commande de l'ouverture de chaque panneau
principal 44 est effectuée par un volet de déclenchement
72 mont~ au bord de fuite du panneau 44 par un pivot 74.
Un ressort 76 oriente le volet de déclenchement 72 a un
angle obtu par rapport au panneau principal 44 respectif.
Cependant, le vole~ de déclenchement 72 peut etre ramené
dans le plan du panneau principal 44 contre la force de
rappel exercée par le ressort 76, tel qu'illustré dans la
Figure 6.
Des panneaux lat~raux articulés 76 sont mont~s de
part et d'autre de la structure formée par les panneaux
principaux 44 faisant en sorte que le fluide moteur exerce
une poussée sur la pale lorsque sa direction d'écoulement
est quasi parallèle à l'axe longitudinal de celle-ci. Tel
qu'illustré aux Figures 3 et 5, chaque panneau latéral 76
est constitué par un ensemble de plaques 78 articulées les
unes aux autres ainsi qu'aux panneaux principaux 44 par
des charnières 80.
Lorsque la pale est en position ouverte, tel
qu'illustré à la Figure 4, les panneaux 76 sont déployes
et présentent une surface relatlvement plane orientée a un
angle par rapport à l'axe longitudinal de la pale 28,
approchant 90~. Une masse de fluide se déplaçant dans la
direction identifiée par la flèche 82 dans la Figure 3 Ya
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créer une zone de turbulence derri~re le panneau lat~xal
76, et cette zone de turbulence va exercer une pouss~e sur
la pale.
Les panneaux lateraux 76 sont orientés dans les
directions convergentes, tel qu'illustré à la Figure 1,
pour prendre avantage de chaque sens de déplacement du
fluide moteur lorsque celui-ci s'écoule quasi
parallèlement à l'axe longitudinal de la pale. Plus
particullèrement, lorsque la masse d'air se dirige dans
une direction identifiée par la flèche 84, le panneau
latéral externe 76 offrira une prise faisant tourner le
rotor dans le sens giratoire prédéterminé. Tandis que si
le fluide se déplace dan~ une direction contraire, tel
qu'illustré par la flèche 86, le volet interne 76
permettra la poussée.
Les cylindres hydrauliques 500 sont alimentés en
fluide pressurisé par une pompe 92 entra~née par un moteur
électrique 94. Les conduites hydrauliques entre ces
composantes sont identifiées en traits pointillées à la
Figure 1.
L'alimentation en fluide pressurisé peut aussi être
assurée par un système mécanique 95 du type illustré
schématiquement à la Figure 9. Ce système comporte une
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pompe 96 montée ~ l'intérieur du volant principal 26,
entra~n~e par une roue 98 et une courroie d'entrainement
100. La roue 98 est montée au volant principal 26 par une
structure mob~le 102 pourvue de bras convergents 104 et
106 rejoignant un pivot 108 relié au volant principal 26.
L'autre extrémité des bras 104 et 106 est reliée
respectivement par des pivots à l'axe de la roue 98 ainsi
qu'à la tige extensible d'un cylindre hydraulique 110. Un
tendeur 112 comprenant un galet 11~ mont~ à l'extrémité
d'un ressort 116 est placé sur le bras 110. Le but du
tendeur 112 est de maintenir une certaine tension dans la
courroie 110 lors du mouvement vertical de la roue 98
produit par le cylindre hydraulique 110.
La pompe 96 est reliée par des conduites (non-
illustrées) aux cylindres 500 des pales 28'.
Le fluide pressurisé n~cessaire au fonctionnement des
cylindres hydrauliques de freinage 3g et 36, est produit
par une pompe 118 à structure identique au système 95,
excepté que le système 118 est fixe sur la table 37 au-
dessus du frein 30.
Une autre variante du moteur 10 est illustrée aux
Figures 10, 11 et 12. Sur le volant 26 sont articulées
une série de masses 600 qui servent à augmenter l'inertie
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du rotor 12, de ce fait, permettant de stabiliser sa
vitesse. Plus par~iculièrement, chaque masse 600 comporte
un poids 602 monté pivotant au volant 26 par un bras 604.
Chaque poids 602 est sous forme allongée avec les bords
arrondis pour faciliter sa pénétration dans l'air loræ de
la rotation du rotor 12. Chaque bras 604 est relié au
volant 26 par un amortisseur 606 con~cu pour offrir peu de
résistance lors de la montée du ~ras et une résistance
supérieure à la tombée, limitant les chocs de la masse 602
contre le volant 26 en cas d'arrêt brusque du rotor 12.
L'opération du moteur 10 est la suivante. Pour la
mise en marche du moteur 10, on desserre le système de
freinage 30 et on rétracte la butée 502 pour obtenir
l'angle d'ouverture maximum des panneaux princlpaux 44.
Le fluide pressurisé pour effectuer cette opération est
produit par la pompe 92 entrainée par le moteur électrique
94.
Le fluide moteur, soit de l'alr ou de l'eau par
exemple, va exercer une poussée sur les pales pour
entrainer le rotor 12 dans le sens giratoire prévu. Plus
particulièrement, la pression du fluide créée derrière les
volets de déclenchement 72 aura pour effet de commandex
l'ouverture des panneaux principaux 44 tel qu'illustr~ à
la Figure 4. Dans cette position, la pale 28 a une bonne
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prise permettant de transmettre un couple assez
considérable au volant 26. Pass~ une certaine position
angulaire à partir de laquelle la pale entame un mouvement
contre la direction d'~coulement du fluide moteur, la
pression de fermeture de celui-ci exercée sur les panneaux
principaux 44 aura pour effet de les ramener l'un contre
l'autre, dans la position illustr~e à la Figure 6. Dans
cette position, les volets de déclenchement sont abaissés
par la pression du fluide dans le plan des panneaux
princlpaux 44 respectifs (tel qu'illustré en llgnes
polntillées) de sorte que la pale présente une falble
surface diminuant considérablement l'effet d'aérofrein qul
a tendance à ralentir le mouvement du rotor 12.
Lorsque le moteur 10 a atteint une vitesse de
rotation pr~déterminée, l'on peut allonger la butée 502
pour limiter l'angle d'ouverture des panneaux principaux
44 et, de ce fait, réduire la vitesse du moteur.
~orsque le moteur est en opération, le système pompe
95 sert à fournir le fluide pressurisé nécessaire à
l'opération des cylindres hydrauliques 500. Dans le mode
actif, le bras du cyllndre hydraullque 110 est allongé
malntenant la roue 98 en contact avec la surface 39 de la
table 37 recouvrant le système de freinage 30. La
rotation de la roue 98 entra~ne le compresseur 96 par le
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biais de la courroie 100. Lorsque on désire désactiver le
systeme g5, une commande du type conventionnel (non-
illustr~e) retracte le bras du cyllndre 110 ce qui a pour
effet de soulever la roue ~8 de la table 37.
Le moteur 10 peut être utilis~ pour entrainer
diverses charges notamment une génératrice ~lectrique, une
pompe ou tout autre dispositif similaire. Dans la Figure
2, on illustre de façon schématique une transmission qui
pourrait être utilisée pour entrainer une génératrice
électrlque. On prévoit un ~ystame d'engrenage 200
entrainé par le rotor 12 et couplé à une génératrice 300
par un embrayage 202 ainsi qu'un réducteur 204. La
génératrice 300 fournit du courant au réseau de
distribution d'énergie (non-illustré~ par le biais d'un
ensemble de batteries 400 qui permettent d'assurer
l'alimentation du moteur électrlque 94 au démarrage du
moteur 10.
Le moteur peut être entrainé par divers types de
fluide notamment le vent et, à cet effet, 11 sera installé
de préférence en hauteur pour tirer profit des mouvements
quasi-constants de la masse d'air. Bien entendu, on peut
aussi envisager d'utiliser une masse d'eau pour entra~ner
le moteur tel une rivière, par exemple. Dans ce dernler
cas, l'installation variera selon l'application.
