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WO2001048395A1 - Dispositif de transmission de couple a haut rendement, notamment pour eolienne - Google Patents

Dispositif de transmission de couple a haut rendement, notamment pour eolienne Download PDF

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WO2001048395A1
WO2001048395A1 PCT/FR2000/003657 FR0003657W WO0148395A1 WO 2001048395 A1 WO2001048395 A1 WO 2001048395A1 FR 0003657 W FR0003657 W FR 0003657W WO 0148395 A1 WO0148395 A1 WO 0148395A1
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WO
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casing
output shaft
support beam
blades
planetary gear
Prior art date
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PCT/FR2000/003657
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English (en)
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Jean-Pierre Tromelin
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Individual
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Publication date
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Priority to AU28575/01A priority patent/AU2857501A/en
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Definitions

  • the present invention relates to a high efficiency torque transmission device, in particular for an eohenne
  • an eohenne consists of a tower carrying at its top a movable head according to the orientation of the wind on which are mounted blades, free to rotate under the influence of the wind, intended to provide a torque, i.e. a certain driving force in rotation to a transmission shaft connected to a multiplier in order to increase this torque before being transmitted to a generator
  • the object of the invention is to propose a high-efficiency torque transmission device for an eohenne which makes it possible to solve all or part of the aforementioned drawbacks, in particular a device capable of transmitting high torque without inducing excessive stresses in the various links. drive
  • the subject of the present invention is a high-efficiency torque transmission device, in particular for an eohenne, comprising an envelope mounted to rotate freely around a support beam on which the blades of the wind turbine are fixed and inside which is housed a mechanism for multiplying the nominal speed of said blades which cooperates on the one hand with the casing and on the other hand with the output shaft intended to be coupled in particular to a generator, characterized in that the envelope is mounted to rotate freely around the support beam by means of a tapered bearing disposed at each end of the envelope, said envelope resting on the outer ring of the bearings
  • a high-efficiency torque transmission device in particular for an eohenne, comprising an envelope freely mounted in rotation around a support beam on which the blades of the wind turbine are fixed and to the inside which is housed a mechanism for multiplying the nominal speed of said blades which cooperates on the one hand with the casing and on the other hand with the output shaft intended to be coupled in particular to a generator, characterized in
  • this mechanism consists of at least one planetary gear train comprising three satellites spaced angularly in a regular manner and each carried by a shaft parallel to the output shaft on which is mounted a driving pinion which meshes with a pinion integral with said output shaft,
  • the casing is mounted to rotate freely around the support beam by means of a tapered bearing disposed at each end of the casing
  • the multiplication mechanism advantageously consists of a succession of at least three planetary gear trains, preferably four,
  • each of the support shafts of the planetary gear trains is fixed to the support beam
  • the drive ring is produced by internal machining of the casing
  • Another object of the present invention relates to an eohenne characterized in that it comprises a torque transmission device conforming to any of the characteristics mentioned above
  • FIG. 1 is a side view of the head of an eohenne provided with the device according to the invention
  • FIG. 2 is a partial section view of the device according to the invention.
  • FIG. 3 is a sectional view along the line III-III of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a sectional view along line IV-IV of FIG. 2,
  • FIG. 5 is a sectional view along the line V-V of FIG. 2, and
  • FIG. 6 is a sectional view along line VI-VI of Figure 2
  • This device 2 comprises a casing 3 mounted to rotate freely around a support beam 4 by means, for example, of a tapered bearing C disposed at each end of the latter, and a speed multiplication mechanism 5 nominal of the blades 1 which is connected to an output shaft 6 and housed inside said casing
  • This output shaft 6, also designated drive shaft, is conventionally coupled to a generator, not shown, disposed in the movable head of wind
  • the casing 3 is provided at its outer periphery with fastening means 7 for the blades 1 and at its internal periphery with a drive ring 8, as visible in FIG. 2, which is coupled with the mechanism multiplication 5 thus forming the input ring of the torque to be transmitted to the generator, this torque is formed by the recovery of the induced rotary movement of the blades of the wind turbine
  • the drive ring is advantageously made by internal machining of the casing 3
  • the multiplication mechanism 5 consists of a succession of four planetary gear trains T1, 12,
  • the first tram T1 as visible in FIG. 3, meshes with the drive ring 8 and the last train T4 meshes with a pinion 9 secured to the output shaft 6
  • this output shaft 6 is arranged coaxially inside the support beam 4 thus offering a reduced bulk to the device according to the invention. Furthermore, this support beam 4 supports each planetary gear tram, as visible in Figure 1, thus ensuring by adequate sizing thereof a high resistance
  • the drive ring 8 meshes with the first planetary gear tram T1 consisting of three satellites 10 angularly spaced at regular intervals, as visible in FIG. 3, so as to balance the forces on the envelope 3
  • the satellite 10 of the first planetary gear T1 is carried by a first shaft 11 parallel to the output shaft 6 and meshes on the one hand with the drive ring 8 and on the other hand with a pinion 12 secured to a second shaft 13 also parallel to the output shaft 6
  • This second shaft 13 carries, moreover, the driving pinion 14 of the second planetary gear tram T2 which meshes with a driven pinion 15 carried by a third support shaft 16, as visible in FIG. 4
  • the third shaft 16 carries the driving pinion 17 of the third planetary tram T3 (FIG. 5) which meshes with a driven pinion 18 carried by a fourth shaft 19 on which is also arranged the driving pinion 20 of the fourth planetary tram T4 which meshes with the single pinion 9 integral with the output shaft 6 ( Figure 6)
  • the drive ring can mesh with a satellite of a first planetary gear train mounted on a first shaft also carrying the pinion leading from the second planetary gear train eliminating with respect to the first embodiment an intermediate pinion
  • this envelope consists, for example, of an annular part and of two flanges disposed at each end each resting on the outer ring of said tapered bearing, thus offering a simple and inexpensive embodiment of the envelope.
  • This simple architecture also makes it possible to support heavy loads on the envelope.
  • the device of the present invention is relatively simple to produce and makes it possible to dispense with the blade support of the input shaft of the multiplier and its bearing for supporting the structures. of traditional eohennes This device makes it possible to considerably reduce the head load for high power eohennes It can also be applied to lower power wind systems

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éolienne, comprenant une enveloppe (3) montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien (4) sur laquelle sont fixées les pales (1) de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication (5) de la vitesse nominale desdites pales (1) qui coopère d'une part avec l'enveloppe (3) et d'autre part avec l'arbre de sortie (6) destiné à être accouplé notamment à un générateur, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien (4) par l'intermédiaire d'un roulement conique (C) disposé à chaque extrémité de l'enveloppe (3), ladite enveloppe (3) reposant sur la bague externe des roulements (C).

Description

Dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour éo enne
La présente invention concerne un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éohenne
D'une manière générale, une éohenne est constituée d'une tour portant à son sommet une tête mobile en fonction de l'orientation du vent sur laquelle sont montées des pales, libres en rotation sous l'influence du vent, destinées à fournir un couple, c'est-à-dire une certaine force d'entraînement en rotation à un arbre de transmission relié à un multiplicateur afin d'augmenter ce couple avant d'être transmis à un générateur
Dans ce type de structure d'éolienne, il s'avère que l'arbre de transmission, soutenu par un palier, supporte un couple important, c'est-à-dire plusieurs centaines de kilos newton de sorte que celui-ci doit offrir une forte résistance, entraînant par conséquent un diamètre de l'arbre très important de l'ordre de 450 mm et un poids excessif voisin des 12 Tonnes
Par ailleurs de telles caractéristiques nécessaires pour transmettre un couple important, imposent une charge en tête importante et par voie de conséquence une architecture de dimensionnement de la tour excessive
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de transmission de couple à haut rendement pour une éohenne qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités, notamment un dispositif capable de transmettre un couple élevé sans induire des contraintes excessives dans les différentes liaisons d'entraînement
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éohenne, comprenant une enveloppe montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien sur laquelle sont fixées les pales de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est loge un mécanisme de multiplication de la vitesse nominale desdites pales qui coopère d'une part avec l'enveloppe et d'autre part avec l'arbre de sortie destiné a être accouplé notamment à un générateur, caractérisé en ce que l'enveloppe est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien par l'intermédiaire d'un roulement conique disposé à chaque extrémité de l'enveloppe, ladite enveloppe reposant sur la bague externe des roulements Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éohenne, comprenant une enveloppe montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien sur laquelle sont fixées les pales de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication de la vitesse nominale desdites pales qui coopère d'une part avec l'enveloppe et d'autre part avec l'arbre de sortie destiné à être accouplé notamment à un générateur, caractérisé en ce que l'enveloppe est pourvue à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement qui engrène avec le mécanisme de multiplication , ce mécanisme étant constitué d'au moins un train d'engrenage planétaire comprenant trois satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie et sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire de l'arbre de sortie
Suivant quelques dispositions intéressantes de l'invention associé à l'un des deux objets
- l'enveloppe est pourvue a sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement qui engrène avec le mécanisme de multiplication , ce mécanisme est constitué d'au moins un train d'engrenage planétaire comprenant trois satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire dudit arbre de sortie ,
- l'enveloppe est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien par l'intermédiaire d'un roulement conique disposé à chaque extrémité de l'enveloppe
- le mécanisme de multiplication est, avantageusement, constitué d'une succession d'au moins trois trains d'engrenage planétaire, de préférence quatre ,
- chacun des arbres de support des trains d'engrenage planétaire est fixé à la poutre de soutien ,
- la couronne d'entraînement est réalisée par un usinage interne de l'enveloppe ,
- l'arbre de sortie est disposé coaxialement a l'intérieur de la poutre de soutien , Un autre objet de la présente invention concerne une éohenne caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de transmission de couple conforme à l'une quelconque des caractéristiques mentionnées ci-dessus
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue de côté de la tête d'une éohenne pourvue du dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif selon l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne lll-lll de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2,
- la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 2, et
- la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 2
On a représenté à la figure 1 l'extrémité de la tête mobile d'une éohenne, constituée en partie par des pales 1 fixées directement sur le dispositif de transmission de couple 2, selon la présente invention
Ce dispositif 2 comprend une enveloppe 3 montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien 4 par l'intermédiaire, par exemple, d'un roulement conique C disposé à chaque extrémité de cette dernière, et un mécanisme de multiplication 5 de la vitesse nominale des pales 1 qui est relié à un arbre de sortie 6 et logé à l'intérieur de ladite enveloppe Cet arbre de sortie 6, également désigné arbre de transmission, est classiquement accouplé à un générateur, non représenté, disposé dans la tête mobile de l'éolienne
Selon la présente invention, l'enveloppe 3 est pourvue à sa périphérie extérieure de moyen de fixation 7 des pales 1 et à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement 8, comme visible à la figure 2, qui est accouplée avec le mécanisme de multiplication 5 formant ainsi la couronne d'entrée du couple à transmettre au générateur , ce couple est formé par la récupération du mouvement rotatif induit des pales de l'éolienne
On notera que la couronne d'entraînement est avantageusement réalisée par un usinage interne de l'enveloppe 3
Selon un mode de réalisation préférentiel, le mécanisme de multiplication 5 est constitué d'une succession de quatre trains d'engrenage planétaire T1 , 12,
T3 et T4, décrits plus en détail dans la suite de la description, dont le premier tram T1 , comme visible à la figure 3, engrène avec la couronne d'entraînement 8 et le dernier train T4 engrène avec un pignon 9 solidaire de l'arbre de sortie 6
De manière avantageuse, cet arbre de sortie 6 est disposé coaxialement à l'intérieur de la poutre de soutien 4 offrant ainsi un encombrement réduit au dispositif selon l'invention Par ailleurs, cette poutre de soutien 4 supporte chaque tram d'engrenage planétaire, comme visible sur la figure 1 , assurant ainsi par un dimensionnement adéquat de celle-ci une forte résistance
Comme mentionné ci-dessus, la couronne d'entraînement 8 engrène avec le premier tram d'engrenage planétaire T1 constitué de trois satellites 10 espacés angulairement de manière régulière, comme visible à la figure 3, de manière à équilibrer les efforts sur l'enveloppe 3
Afin de faciliter la description de chaque tram d'engrenage planétaire, nous ne décrirons dans ce qui suit que les différents liaisons ou accouplements existant à partir d'un satellite, ceux-ci étant similaires pour les autres satellites d'un même tram
Ainsi, le satellite 10 du premier train planétaire T1 est porté par un premier arbre 1 1 parallèle à l'arbre de sortie 6 et engrène d'une part avec la couronne d'entraînement 8 et d'autre part avec un pignon 12 solidaire d'un deuxième arbre 13 également parallèle à l'arbre de sortie 6
Ce deuxième arbre 13 porte, en outre, le pignon menant 14 du deuxième tram d'engrenage planétaire T2 qui engrène avec un pignon mené 15 porté par un troisième arbre support 16, comme visible à la figure 4 De manière similaire au deuxième arbre 13, le troisième arbre 16 porte le pignon menant 17 du troisième tram planétaire T3 (figure 5) qui engrène avec un pignon mené 18 porté par un quatrième arbre 19 sur lequel est également disposé le pignon menant 20 du quatrième tram planétaire T4 qui engrène avec l'unique pignon 9 solidaire de l'arbre de sortie 6 (figure 6)
Selon le rapport de multiplication désiré, c'est-à-dire la vitesse maximale pouvant être délivrée par l'arbre de sortie, le nombre de dents de chaque pignon ainsi que le nombre de trains d'engrenage planétaires sont déterminés par le calcul des rapports d'engrenage Ainsi, selon une variante, la couronne d'entraînement peut engrener avec un satellite d'un premier train d'engrenage planétaire monté sur un premier arbre portant également le pignon menant du second train d'engrenage planétaire supprimant par rapport au premier mode de réalisation un pignon intermédiaire
On notera que la couronne d'entraînement, de par son diamètre important permet de réduire considérablement le couple transmis par les pales Par ailleurs, cette enveloppe est constituée, par exemple, d'une partie annulaire et de deux flasques disposes à chaque extrémité reposant chacun sur la bague externe dudit roulement conique offrant ainsi une réalisation simple et peu coûteuse de l'enveloppe Cette architecture simple permet en outre de supporter les fortes charges sur l'enveloppe
Le fonctionnement du dispositif ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenant expliqué
Le mouvement de rotation induit par les pales est directement transmis a l'enveloppe et au mécanisme de multiplication de par la structure particulière de l'enveloppe selon l'invention La vitesse de rotation de cette enveloppe est augmentée progressivement par la succession des trains planétaires jusqu'à l'arbre de sortie qui est relié, par exemple, au générateur On a représenté sur la figure 2, par des flèches en gras la transmission du couple au travers du mécanisme de multiplication
On comprend a la lecture de la description ci-dessus que le dispositif de la présente invention est relativement simple à réaliser et permet de s'affranchir du support de pales de l'arbre d'entrée du multiplicateur et de son palier de soutien des structures d'éohennes traditionnelles Ce dispositif permet ainsi de réduire considérablement la charge en tête pour des éohennes de forte puissance Elle peut également être appliquée aux systèmes éoliens de plus faible puissance
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec deux modes de réalisation particuliers elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits

Claims

REVENDICATIONS-
1 Dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éohenne, comprenant une enveloppe (3) montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien (4) sur laquelle sont fixées les pales (1 ) de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication (5) de la vitesse nominale desdites pales (1) qui coopère d'une part avec l'enveloppe (3) et d'autre part avec l'arbre de sortie (6) destiné à être accouplé notamment à un générateur, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien (4) par l'intermédiaire d'un roulement conique (C) disposé à chaque extrémité de l'enveloppe (3), ladite enveloppe (3) reposant sur la bague externe des roulements (C)
2 Dispositif de transmission de couple à haut rendement, notamment pour une éohenne, comprenant une enveloppe (3) montée libre en rotation autour d'une poutre de soutien (4) sur laquelle sont fixées les pales (1 ) de l'éolienne et à l'intérieur de laquelle est logé un mécanisme de multiplication (5) de la vitesse nominale desdites pales (1 ) qui coopère d'une part avec l'enveloppe (3) et d'autre part avec l'arbre de sortie (6) destiné à être accouplé notamment à un générateur, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est pourvue à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement (8) qui engrène avec le mécanisme de multiplication (5) , ce mécanisme (5) étant constitué d'au moins un tram d'engrenage planétaire comprenant trois satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie (6) et sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire de l'arbre de sortie (6)
3 Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est pourvue à sa périphérie interne d'une couronne d'entraînement (8) qui engrène avec le mécanisme de multiplication (5) , ce mécanisme (5) étant constitué d'au moins un train d'engrenage planétaire comprenant trois satellites espacés angulairement de manière régulière et portés chacun par un arbre parallèle à l'arbre de sortie (6) et sur lequel est monté un pignon menant qui engrène avec un pignon solidaire de l'arbre de sortie (6)
4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est montée libre en rotation autour de la poutre de soutien (4) par l'intermédiaire d'un roulement conique (C) disposé à chaque extrémité de l'enveloppe (3).
5. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le mécanisme de multiplication (5) est constitué d'une succession d'au moins trois trains d'engrenage planétaires (T1 , T2, T3).
6. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le mécanisme de multiplication (5) est constitué d'une succession de quatre trains d'engrenage planétaires (T1 , T2, T3, 14).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chacun des arbres de support (11 , 13, 16, 19) des trains d'engrenage planétaires (T1 , 12, 13, 14) est fixé à la poutre de soutien (4).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la couronne d'entraînement (8) est réalisée par un usinage interne de l'enveloppe (3)
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (6) est disposé coaxialement à l'intérieur de la poutre de soutien (4).
10. Eohenne, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de transmission de couple conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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