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Fabrication d'un générateur électrique à flux axial

Discussion dans 'Énergies renouvelables' créé par Titou16, 4 Janvier 2014.

  1. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Bonjour à tous,

    Je viens vous présenter mon tout premier générateur électrique. Il est de type à flux axial. il s'agit d'un essai (concluant) destiné à valider le processus de fabrication et à acquérir le savoir faire nécessaire à la fabrication d'un générateur pour mon futur projet d'éolienne maison. Le succès n'étant pas garanti dès le départ, j'ai choisi de le réaliser de petite dimension pour minimiser les coûts. D'autant plus que j'avais besoin de créer un banc de puissance pour mesurer les performances de mes Stirling et l'efficacité de certaines modifications.

    N'étant pas spécialiste de électromagnétisme (je ne connais que les principes de base), j'étais incapable de calculer la puissance qu'il allait sortir pour une vitesse donnée. Je l'ai donc conçu totalement au pif. J'ai choisi arbitrairement de faire un générateur de 6 bobines chacune composées de 300 spires (car j'avais pas assez de fil pour faire plus), le tout logeant dans un ø100mm. Les aimants sont des néodymes ø20 épaisseur : 5 dont la force de décollement est de 5,5Kgs. Le tout donne finalement une puissance d'env 45W à 2000 tr/mn. Je ne pense pas, cependant que cette puissance soit tenable en continue en raison de la section du fil (0,35mm) qui ne supporterait d'après le descriptif que 0,35A max (ce qui me parait peu). Une autre source donne 2,45A ce qui me parait énorme là en revanche. C'est peut être vrai pour un fil aéré sur toute ça surface, mais dans une bobine où la chaleur peut difficilement être évacuée, d'autant plus qu'elle est surmoulée dans de la résine, je pense qu'il vaut mieux rester sur 0,35A. Ce qui donne une puissance max en continu de 22W. C'est peu mais suffisant pour mes Stirling pour l'instant. Et grâce au résultats mesurés sur ce premier générateur, je peux désormais extrapoler pour fabriquer les suivants. Sachant que je peux doubler le nombre de spires dans l'encombrement actuel à ø de fil égal et qu'il existe des aimants 2x plus puissants, je peux en construire un qui obtiendra la même puissance mais à un régime bien moindre. Ce qui peut être intéressant pour une éolienne. Ensuite on peut multiplier la puissance en multipliant le nombre de générateur le long de l'axe de rotation, ce qui permet de rester dans un diamètre réduit du rotor. Je peux aussi augmenter la section du fil en mettant autant de spires (voire un peu plus) je peux obtenir plus de puissance en continue. Et enfin je peux obtenir beaucoup plus de puissance en sortant de l'encombrement de 100mm (pour l'éolienne je pense plus à un ø 200mm). Bref, à partir des résultats de ce premier générateur, il est possible d'estimer assez simplement quelle puissance on peut attendre d'un futur générateur en faisant varier les paramètres (nombre de spires, puissance des aimants, nombre de bobine, vitesse relative des aimants par rapport aux bobines).

    Ci dessous, la vidéo de la fabrication :

     
    Dernière édition par un modérateur: 4 Mai 2015
  2. patduf33

    patduf33 Administrateur

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Bonjour

    Ton sujet est super intéressant, et la vidéo de préparation et de montage est tip top, bravo :-D

    Je ne suis pas non plus un pro dans les calculs pour valider tes extrapolation sur un modèle plus grand, mais je suis sur que d'autres apporterons des éléments.

    Combien de temps de réalisation ?

    Pat
     
  3. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Merci. Content que ça plaise, j'étais pas trop sur que ça intéresse grand monde.

    J'ai pas trop compté mon temps. En plus j'ai fait de nombreux essais pour le surmoulage avec la résine. Ça faisait des bulles tous le temps en suivant le mode d'emploi. Au départ je pensais pas usiner la résine. Mais en fait elle a un tel retrait que c'est pas possible de faire autrement. Là c'est de la polyester cristal mais j'ai essayé aussi avec de l'epoxy. Pas mieux et plus cher. Une précision, la résine est fragile. A la fois cassante comme du verre et ductile comme du plomb. Dans mon prochain générateur elle n'encaissera pas les efforts mécanique du palier, car elle n'est pas suffisamment résistante pour ça. Là ça va encore car il n'y a pas trop d'effort. J'ai fait des essais aussi en la chargeant avec de la fibre de 6mm comme celle qu'on met dans les bétons. Pas concluant, ça reste fragile quand même.

    Au final je pense que sans tout ces essais, pour fabriquer bobines, support, volants, puis assembler tout ça il faut entre 35 et 40h.

    Pour l'extrapolation, je suis d'accord avec toi, ça reste sujet à caution. je n'ai pas encore suffisamment d’expérience pour être catégorique. Les calculs électromagnétisme étant hors de ma portée j'ai cherché une méthodes plus simple sur le net, mais sans succès. C'est pourquoi je vous livre celle que je tente de mettre au point afin qu'elle soit discutée, confirmée ou infirmée par des qui ont les compétences en la matière. A défaut, mon prochain générateur dira si je suis sur la bonne voie ou pas.

    @+
     
  4. patduf33

    patduf33 Administrateur

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Si ça vas intéressé du monde, le temps que les gars lise le sujet :wink:

    Pour la résine je vois que tu a un max d'essais :-D

    Pour le palier central effectivement pour un modèle plus gros il faut pensé un autre système de support, intégré avec ton coulage une pièce métallique que tu puisse usiné après, une idée comme ça :wink:

    Pat
     
  5. pierreiqc

    pierreiqc Apprenti

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    dans une résine on peut incorporer de la silice et de la poudre d'aluminium qui rend la rend plus solide il y a des gelcots qui servent a faire des outils d'emboutissage
    une question ne pourrait on pas mettre des noyaux métallique dans les bobines pour augmenter le rendement ?
     
  6. wika58

    wika58 Modérateur

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Bonjour,

    GENIAL le sujet. :supz:
    Et ton reportage est Top ! :smt023

    C'est un domaine qui m'intéresse bcp et j'ai en projet futur de faire une éolienne à axe vertical et donc il me faudra un générateur plan.
    J'ai déjà trouvé pas mal d'info sur le net qui se rapprochent de ce que tu as fait.
    Le problème que j'aurai est la vitesse de rotation, mais par contre j'envisage un générateur de 400-450 mm.
    J'ai aussi comme idée de faire de l'hexaphasé... Mon but est de faire du 12 VDC (donc redressement par 2 ponts tri).

    Ton générateur commence à donner vers les 2000 t/min.
    Comptes-tu mettre une système d'engrenages pour augmenter la vitesse du rotor du générateur par rapport au rotor de l'éolienne?

    Pour augmenter la puissance, il faut dissiper la chaleur. Ailettes sur le stator. Et le fait de mettre des particules d'Alu dans la résine devrait aussi améliorer la conduction thermique vers l'enveloppe du stator... :roll:


    J'ai trouvé ton mandrin à bobiner très judicieux... :-D

    Je vais suivre ton post avec bcp d'intérêt. :wink:
     
  7. ATV325

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    joli travail de présentation.

    cette affirmation est quelque peu optimiste, un certain nombre de chose comme le frottement vont interférer.

    à wika58, un projet de plus en somme :smt033
     
  8. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Ben non il n'y a pas de frottement. Les volants comportant les aimants sont solidaire de l'axe de rotation relié à l'hélice. Les bobines elles, sont statiques. L'idée pour éviter d'aller vers de très grand diamètres, c'est de faire plusieurs stators aligné le long de l'axe avec un volant entre chaque. En plus l'avantage c'est que les aimants servent sur 2 statorts au lieux de ne servir sur qu'un. Bien sûr il faudra toujours un volant à chaque extrémité. On peut donc avoir 3 volants pour 2 stators. Le volant qui est entre les deux stators induit dans les 2. On peut avoir 3 stators et 4 volants et ainsi de suite. Autre avantage, en fonction des condition de vent on peut équilibrer plus facilement. Si le vent et faible, on produit sur un seul stator. Si le vent augmente on connecte le deuxième et etc. Ce qui fait une page d'utilisation plus importante.

    Pour la multiplication de vitesse je suis pas pour. Vaut mieux à mon avis étudier un générateur qui tourne produit à la bonne vitesse. Evidemment, celui là étant tout petit il faut qu'il tourne vite. Y a pas de secret, pour réduire la vitesse de rotation faut monter en diametre. Mais dans mon cas je voudrais éviter d'exceder 250mm.

    C'est vrai qu'en matière de résine je débute et j'ai beaucoup à apprendre. Il y a certainement bien mieux à faire.
     
  9. ATV325

    ATV325 Compagnon

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    pas de frottement ... eh bien ma foi

    le poids de l'arbre n'est plus le même.
     
  10. stanloc

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Bonjour,
    Au niveau usinage : chapeau c'est mené de main de maître
    Au niveau conception du générateur et de son architecture j'ai des doutes sur le choix de celle-ci
    Quelques pistes de réflexion :
    TOUS les générateurs du type électromécanique basés sur le principe d'un conducteur qui se déplace dans un champ magnétique ils répondent tous à la même loi de l'électromagnétisme qui indique que la puissance électrique produite dépend du nombre de conducteurs qui passent dans le champ magnétique (donc le nombre de spires la plupart du temps) de la longueur utile de ces conducteurs donc plus le champ magnétique sera de grande surface pour contenir la longueur de chaque fil mieux ce sera et de la vitesse de déplacement des conducteurs dans le champ magnétique. Ensuite pour optimiser le rendement tout doit être fait pour diminuer la résistance électrique des conducteurs et en particulier diminuer la longueur parasite c'est à dire la longueur de fil qui n'est pas placée de façon optimale car "c'est le retour de la spire".
    Enfin et c'est sur ce point que j'ai le plus gros doute sur l'architecture retenue il faut que le flux magnétique soit le plus fort possible et comme les aimants permanents ont des limites intrinsèques (on ne peut pas leurs donner une taille au dessus d'un seuil sinon ils se démagnétisent d'eux-mêmes) il faut concentrer le flux utilement en installant des pièces polaires dans un matériau à perméabilité magnétique la plus élevée possible qui est courament du fer pur ou du moins un alliage de fer dont la composition et le traitement sont optimisées pour cela. Alors attention aussi que si le flux magnétique n'est pas constant dans une pièce polaire il va y développer des courants de Foucault qui ont vite fait déjà de chauffer celles-ci.
    Je ne sais pas sur quel modèle de générateur tu as travaillé mais il me fait penser à des moteurs électriques que j'aime beaucoup qui sont les moteurs disques à rotor sans fer qui sont aussi appelés moteurs homopolaires. Grasso modo c'est un peu cette configuration sauf que le rotor est constitué de pistes en cuivre gravées et surtout que des aimants sont placés en face des premiers que tu as déjà. Mais il y a un problème avec cette configuration c'est que le montage/démontage de ces moteurs entraine une désaimantation des aimants donc c'est écrit dessus qu'il ne faut surtout pas les démonter.
    Il est clair que dans ton montage tu gagnerais déjà en puissance (toute chose restant identique par ailleurs) si le champ magnétique de chaque aimant se refermait sur lui-même c'est à dire que chaque aimant serait inséré dans une pièce polaire en forme de C pour que le flux soit le plus concentré possible.
    Stan
     
  11. lion10

    lion10 Compagnon

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    Fabrication d'un générateur électrique à flux axial
    Bonjour

    Réalisation très propre, je suis surpris par la qualité des bobines, elles sont vraiment bien faites avec des moyens simples mais très astucieux.
    Pour les faire vous avez fait le trancannage à la main, même s'il n'y avait que 300 spires cela ne devait pas être évident.

    Les bobines ne sont pas circulaires mais c'est ce qui permet de les loger sans perte de place , bravo.

    Mais de mémoire la tension produite dépend de la surface du flux magnétique coupée, hors elle serait plus grande avec une bobine circulaire il me semble. :?:

    Quelle est la référence de votre résine ?

    cdlt lion10
     
  12. ilfaitvraimentbeau

    ilfaitvraimentbeau Compagnon

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  13. Charly 57

    Charly 57 Compagnon

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    +1 sur tout ce qui est dit.
    Très beau prototype
    En restant sur ta conception:
    Pour augmenter la tension, il faut augmenter le nombre de spires.
    Pour augmenter le rendement il faut plus de fer : limaille de fer noyée dans la résine au centre des bobines (mettre un aimant fort sous le moule pendant la coulée de résine pour orienter la limaille)
    et rotor réalisé avec des U en fer insérés dans les flasques du rotor, l'aimant étant collé sur le bout du U. voir croquis.
    Pour augmenter la puissance magnétique, tu peux doubler le nombre d'aimants : en mettre un sur le haut du U et un sur le bas du U. (ta génératrice donnera plus à basse vitesse)
    Pour limiter les pertes de flux, faire des bobines de la forme de l'aimant ( diamètre intérieur bobine = diamètre de l'aimant et les aligner au mieux) ; laisser le moins d'espace possible entre les aimants et la bobine.

    Voilà pour les grands principes, mais ce n'est pas moi qui passe du temps dessus ....

    U.JPG
     
  14. Charly 57

    Charly 57 Compagnon

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    Un ajout de dernière minute:
    Les U peuvent être réalisés avec la partie magnétique de contacteurs faits pour des bobines en alternatif ( limitation des pertes par courant de Foucault)
     
  15. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Stan, je vois que tu t'y connais largement plus que moi. Je n'ai pas tout compris dans tes explications. C'est pourquoi j'aurais quelques précisions à te demander :

    Dans mon cas, les spires s’arrêtent à raz des bobines et ensuite, les deux extrémités de chaque bobine sont reliées à des fils plus gros qui conduisent le courant hors du générateur. Après il faut bien conduire le courant jusqu'au consommateur et là il faut du fil on a pas le choix. Comment peut on faire mieux?

    Les néodymes que j'utilise sont pourtant très loin des plus gros quon puisse trouver sur le marché (du particulier). Ceux ci viennent de chez supermagnete.fr. Dans le même diametre, il en existe des 2 fois plus puissants (11 kg au décollement). je sais que les puristes prefereront parler en tesla mais mes compétences m'interdisent d'enarriver là. Toutefois je sais qu'il y a une relation directe entre la force de décollement et le magnetisme de l'aimant. Il me semble fort que la surface de celui ci est directement concerné. C'est pour ça que je dit "dans le même diametre". Car après il en existe jusqu'à une centaine de kilos chez supermagnete, mais après vu le prix d'un seul aimant c'est plus envisageable.

    Effectivement, ça je l'avais lu dans un tutoriel en Anglais sur le sujet. C'est pour ça que j'ai fais mais volant en acier. Certes c'est pas du fer pur mais ce dernier ne se trouve pas aisément. Cependant le magnetisme semble pas mal contenu par l'epaisseur d'acier des volants car un morceau de ferraille balladé à leur proximité n'est pas attiré. Ceci dit ça ne veut peut être rien dire, je ne suis pas assez compétent en la matière pour savoir si cela importe ou non.
    Pour ce qui est de chauffer, je n'ai rien constaté de tel dans le mien. Mais peut être suis je en fait loin de ça puissance maxi. Il aurait fallu que je l'essaye à une plus haute vitesse mais j'ai eu peur de le griller bien qu'aucune manifestation de surchauffe ne soit apparue. Dans mon prochain générateur j'ai prévu d’intégrer un thermocouple contre les spires d'une des bobines pour surveiller la température. Quand ce sera monté sur une éolienne ça permettra de couper en cas de surchauffe.

    C'est pourtant ce que semble faire l’épaisseur d'acier des volants non? Un petit schéma m'aiderait mieux à comprendre. Je suis preneur de ce qui peut améliorer le rendement. pierreiqc a notamment parlé d'inserer des noyaux de fer dans les bobines. Est ce judicieux?

    Oui le trancannage est assez fastidieux. Il faut parfois "tricher" pour avoir des rangs réguliers. Sur la vidéo on peut voir cependant que sur le dernier rang, les spires ne sont pas jointives. C'est du au fait qu'il fallait que mon extrémité de fin arrive du même coté que mon extrémité de début.

    Pour la forme des bobines je sais pas ce qui est le mieux. Mais d'après ce que dit Stan sur la réduction des longueurs inutiles il est fort probable que vous ayez raison.

    La résine c'est celle là :
    http://www.rougier-ple.fr/resine-gts-500g-catalyseur.r.html

    C'est de la résine pour inclusion. Pas mal mais gros retrait. Il ne le précise pas dans leur mode d'emploi. Pour réduire au max l'entrefer entre les aimants et les bobines il faut donc en couler plus puis usiner pour avoir une surface plane.
     
    Dernière édition par un modérateur: 16 Avril 2015
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