Turbina Eólica Rotatoria Bi-Plana  (ROBIPLAN®)

De acuerdo con la Patente ROBIPLAN® dejado en el 26/11/2007 por Pascal HA PHAM

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION :

La présente invention est une évolution notable du concept de l’éolienne. Une éolienne exploite l’énergie du vent au travers d’un ensemble mobile actionné par les courants d’air naturels, cet ensemble est constitué d’au moins deux pales identiques et équilibrées montées sur un axe de rotation situé « bout au vent », c’est l’incidence de ces pales en forme d’hélice qui provoque la rotation. L’axe de rotation est en général fixe et situé dans une position horizontale par rapport au sol et il est perpendiculaire au plan de rotation de l’hélice. La puissance optimale est obtenue en ajustant les réglages de 2 paramètres majeurs : l’incidence des pales et l’orientation de l’ensemble mobile vis-à-vis de la direction du vent.


DESCRIPTIF GENERAL DE L’INVENTION :

A la différence de l’éolienne et de l’ensemble des autres machines existantes alimentées en flux naturels, le mobile à flux élémentaires à double plan de rotations imbriqués s’anime selon deux rotations simultanées : la rotation d’un bipales -couple de pales- (BPA) dans un premier plan générique perpendiculaire à son axe de rotation (AXR), et la rotation de l’axe de rotation du bipales dans un deuxième plan générique perpendiculaire au premier (fig 1 et 2). La rotation de l’axe du bipales (BPA) s’effectue autour de son point d’intersection avec le plan générique de rotation du couple de pales (fig 2 et 3). Lors de sa révolution, l’axe du bipales tourne sur lui-même porté et guidé par une potence (POT). Les 2 pales constituant le bipales sont orthogonales l’une par rapport à l’autre et fixées symétriquement de chaque côté sur leur axe de rotation. Ces pales ne sont pas en forme d’hélice mais taillées selon un profil à section de préférence constante avec deux bords d’attaque symétriques, les pales peuvent d’ailleurs être parfaitement planes. Ainsi, les rotations du bipales s’effectuent selon un axe dont la position varie constamment au cours du cycle rotatif de la potence, présentant alternativement au vent une des faces et un des bord d’attaque, puis l’autre face et l’autre bord d’attaque, ce pour l’une puis l’autre des pales dont les plans sont toujours en décalage angulaire de 90° (l’un par rapport à l’autre). Les deux rotations imbriquées sont réalisées par une cascade de pièces, pignons, chaîne et couple conique (CAS) assurant la cinématique des déplacements relatifs requis en simultané. C’est la rotation des pales qui pilote la rotation de l’axe du bipales - sur lui-même - via la potence et la cascade de pièces cinématiques. Un des pignons du couple conique est fixé/solidaire au support de l’ensemble. Cette arrangement nouveau permet un fonctionnement assurant un cycle de passages alternatifs de chaque pale du bipales bout au vent, puis travers au vent, tous les quarts de cycle, et inversement. Chaque pale passent régulièrement d’une incidence nulle à une incidence maxi (orthogonale au flux) dans sa phase d’engagement au vent, puis d’une incidence maxi à une incidence zéro dans sa phase de dégagement du vent (fig 1).

DEFINITION DES PIECES CONSTITUANTES :

Définition du bipales (BPA) :
C’est un ensemble monolithique de deux pales identiques fixées de façon équilibrée de part et d’autre d’un axe de rotation, les surfaces des 2 pales constituant le bipales (BPA) sont orthogonales l’une par rapport à l’autre et fixées symétriquement de chaque côté sur leur axe de rotation (AXR) Définition de l’axe de rotation du bipales (AXR) :
C’est l’axe qui supporte et guide en rotation le bipales, il reçoit aussi le premier pignon de commande de la cascade cinématique et il est supporté par une potence.
Définition de la potence (POT) :
C’est le support tournant assurant la deuxième rotation imbriquée de la machine.
Elle est pilotée par la rotation du bipales via la cascade cinématique pignon/chaîne/couple conique. Elle peut prendre une forme simplifiée mono bras en « L » inversé, ou plus solide en « U » inversé si la puissance à transmettre est importante. Elle doit être à la fois résistante et suffisamment ajourée/profilée pour ne pas opposer trop de résistance à la veine du flux élémentaire qui alimente la machine (fig 2 et 3).

Définition de la cascade cinématique (CAS) :
Elle assure la rotation par quart de tour de la potence pour chaque quart de cycle moteur du bipales. Les axes de ces deux éléments étant perpendiculaire, il y a lieu d’utiliser au moins un premier pignon monté sur l’axe du bipales, un deuxième pignon avec le même nombre de dent sur un axe intermédiaire supérieur (AIN), une chaîne pour relier les deux pignons (rapport 1/1) et un couple conique final (rapport 1/1) avec renvoi à 90°. L’un des éléments du couple conique final est solidaire de l’axe intermédiaire, l’autre est fixé sur le support de la machine, lequel est matérialisé par un axe de sortie qui guide en rotation la potence.
Définition du support de la machine (SUP) :
C’est la pièce qui assure le guidage en rotation de la potence et sur lequel est fixé le deuxième/dernier élément du couple conique de la cascade cinématique.
Cette pièce assure le support de l’ensemble et permet entre autres de fixer la machine sur un socle


RESUME DU FONCTIONNEMENT :

Un schéma scinde le cycle en 4 phases et permet de visualiser les positions successives des pièces constituantes. Ce dessin illustre l’exécution complète d’une rotation et permet de comprendre que le mouvement de cette nouvelle machine soumis à un flux éolien est assuré et bien pérenne : la cascade cinématique (CAS) assure la rotation par quart de tour de la potence pour chaque quart de cycle moteur du bipales (fig 2).
En résumé, le mobile à flux élémentaires à deux plans de rotation imbriqués fonctionne en pleine veine de flux en délivrant un fort couple moyen, le bipales évolue cycliquement dans les 3 dimensions. Les plages d’utilisations sont très étendues au regard des vitesses de fluide acceptées et des implantations offertes par la nature. Il n’y a aucun point mort de motricité au cours du cycle.

La machine peut aussi fonctionner face à un flux hydraulique, ou encore de façon réversible en compresseur/ventilateur lorsque sa potence est entraînée en rotation par un moteur externe. Dans chaque cas, les surfaces, dimensions et matériaux des pièces constituantes doivent être re- étudiées, dimensionnées, et adaptés à l’utilisation requise.
Sur un cycle (un tour de potence), la moyenne de surface motrice du bipale exposé au flux (en équivalence orthogonale) est identique à la surface d’une pale.
Sur un cycle, la Surface maxi balayée par un bipales asymétrique type « une pale carrée et une pale demi lune » est inférieure à 2 fois les maîtres couple ajoutés des 2 pales.

C’est donc plus de la moitié de la surface balayée par le bipale qui peut être constamment active, (équivalence orthogonale au flux). En cas d’utilisation de pales asymétriques, un équilibrage dynamique est nécessaire. Le taux de compacité maxi de cette machine éolienne peut donc être supérieur à 50 % (ratio entre la surface active équivalence orthogonale et la surface balayée par le bipale sur un cycle). Deux prototypes/démonstrateurs fonctionnels ont été construits fin 2007 début 2008.