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Sujet: Dalle génératrice à aimants permanents

Contact:

Lin Laurent: laurent.lin@etu.sorbonne-universite.fr

Tanguy Le Nagard: tanguy.le_nagard@etu.sorbonne-universite.fr

Loris: loris.henry@etu.sorbonne-universite.fr

Lucas Jessel: lucas.jessel@etu.sorbonne-universite.fr

Dan Perez: dan.perez@etu.sorbonne-universite.fr

Description du projet:

Séance du 10/02:

Une dalle se déplace sur un axe vertical quand elle subit une pression, elle entraîne un vilebrequin qui transforme la translation verticale en rotation autour d'un axe horizontale. Ce vilebrequin entraîne un système de rouages transformant la rotation autour de l'axe horizontal en rotation autour d'un axe vertical. Cet axe entraîne un plateau sur lequel on place des aimants en cercle qui tourneront au dessus de bobines fixes placées en cercle également.

( Projet inspiré par une technologie existante https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-pavegen-produit-electricite-chacun-vos-pas-63447/ et prototype inspiré de https://heliciel.com/helice/eolienne%20hydrolienne/fabriquer%20generateur%20eolienne.html )

Séance du 17/02:

Lors de cette deuxième séance, on a réalisé une première ébauche de notre générateur à aimant permanent avec le matériel disponible à l'université pour avoir un ordre de grandeur de la tension qu'on pourrait obtenir en sortie. Dans un premier temps, on a vérifié la loi de Faraday sur l'induction E = − dΦ / dt avec un aimant et une bobine de 60 spires et on obtenait sur le voltmètre une tension de l'ordre de 10^-3 V ce qui est très faible. Par conséquent, on a augmenté le nombre de spire n~100 qui expérimentalement satisfaisait nos contraintes physiques.

Dans un second temps, après avoir réalisé notre ébauche de générateur avec 4 aimants et 2 bobines (pour éviter le gaspillage de fil de cuivre) on a obtenu à vitesse maximale une tension de l'ordre de 10^-1 V et on peut donc s'attendre à 3*10^-1 V pour 6 bobines en série.

Pour conclure cette deuxième séance, dans l'optique de pouvoir charger un téléphone on aurait besoin de 5 V et 1 A ce qui est insuffisant avec notre premier générateur. C'est pourquoi on a commandé de meilleurs aimants en néodyme et on va améliorer notre système de rotation.

Séance du 03/03

Lors de la 3e séance, nous avons testé plusieurs configuration pour les aimants afin de déterminer l'orientation donnant le meilleur rendement ( en tension et ampérage) : les aimants doivent être placés en cercle, alignés selon les tangentes de ce cercle et alternés dans leur polarisation. Toutefois, nous avons fait ce test en tournant le rotor à la main, donc les vitesses n'étaient pas parfaitement constantes, nous l'avons donc refait un nombre suffisant de fois pour négliger cette erreur. Nous avons également testé à plusieurs vitesses, et nous avons conclu qu'il nous faut une vitesse maximale pour le rotor ( comme nous l'attendions) pour obtenir la tension et l'ampérage le plus important.

Nous avons également commencé à travailler sur le système bielle-manivelle permettant de transformer la translation verticale de la dalle en rotation autour de l'axe verticale du rotor. Nous avons réalisé un premier prototype modélisé en 3D de ce système.

Séance du 10/03

On a récupéré les aimants qu'on avait commandé et on a commencé à réfléchir sur la forme finale du stator,rotor. On a décidé de travailler avec du bois de par sa maniabilité.

Dans un premier temps, on a réalisé notre bobineur avec un axe fixe sur lequel on enroule. Par ailleurs on a fait en sorte de faire des bobines (~120 spires) de plus grande dimension que nos aimants pour maximiser le flux de champ magnétique qui rentre dans la bobine.

Dans un second temps, on a cherché la distance minimale pour laquelle les aimants n'interagissent plus entre eux ce qui nous a permis de fixer les dimensions de notre rotor en forme d'octogone. Pour autant pour plus de stabilité, on encastrera nos aimants dans le rotor. Concernant le stator, on a décidé de faire un coffrage 40x40x5 cm ce qui nous permet d'avoir une certaine marge pour le système mécanique à venir.

Séance du 17/03

Durant cette séance, on a fait les 4 dernières bobines et on a commencé à se familiariser avec les logiciels pour la découpeuse laser (inkscape). Notamment, on a commencé le coffrage de notre stator mais la découpeuse laser étant trop petite en terme de dimension on est obligé de faire 2 coffrages 20*20*5cm puis d'emboiter. Par ailleurs, on a eu l'idée d'encastrer un roulement à bille dans notre rotor dont la partie fixe serait collé à un cylindre plein rattaché au stator pour apporter de la stabilité et ce qui nous permettrait de plus d'avoir un mouvement rotatif même si l'axe qui coupe le stator rotor s'arrête avec notre système bielle manivelle.

Séance du 24/03

On a finit de faire le coffrage de notre stator avec les aimants relié en série. De plus, on a redimensionné les mesures de nos différentes pièces mécaniques.

Séance du 31/03

On a eu le rendez-vous référent avec Ganaël Roeland ce qui nous a permis de mieux comprendre les enjeux et objectifs du projet, les phénomènes physiques impliqués. Par ailleurs, on aurait voulu imprimer nos pièces mais le fablab étant fermé on s'est tourné sur le circuit électronique.

On a donc un pont de diode pour redresser le courant alternatif en sortie de notre générateur en courant continue puis un condensateur, qui va permettre de lisser le courant pour éviter les chutes de tension trop brusques et enfin un régulateur 5V pour avoir la tension voulue en sortie.

Séance du 14/04

Au cours de cette séance nous avons poursuivi et terminé la confection du rotor:

Pour créer les encoches dans lesquelles sont encastrés les aimants nous avons eu plusieurs idées:

1-percer des trous dans le bois à l'aide d'une visseuse puis limer et scier de l'intérieur de ce trou afin d'obtenir l'encoche rectangulaire.

2-percer un trou dans le bois à l'aide de la visseuse et utiliser une scie à chantourner afin d'esquisser les contours rectangulaires de l'encoche.

l'utilisation de la scie à chantourner fut quelque peu litigieuse donc nous nous sommes rabattus sur la première idée bien que plus longue et plus fastidieuse. On a donc commencé par percer des trous dans les futures encoches qui étaient dessinées sur le bois au crayon :

À partir de ces trous on a limé l'intérieur avec une lime ronde puis lorsque le trou fut assez grand on a prit une lime plate qui avait la même largeur que l'aimant :

Enfin, nous avons logé un aimant et après quelques retouches à la lime, il s'est encastré parfaitement. On a donc réitéré cette technique pour les huit autres encoches afin d'obtenir notre rotor. Cependant certains aimant sont mieux encastrés que d'autres même si la structure reste tout de même unie.

Séance du 15/04

Vérification du circuit électrique, confection du système mécanique et impression des vérins :

On a utilisé un GBF pour remplacer le générateur encore en construction afin de tester le circuit. On lui a fait envoyer 1V, 3V, 6V, 8V et 9.5V en alternatif et le voltmètre a mesuré aux bornes de la sortie (au niveau du régulateur) respectivement 0V, 0V, 5V, 5V, et 5V en continu. On en a donc conclut que le circuit de transition de courant (d'un alternatif à un continu) fonctionnait.

On a réfléchi à la conception et aux dimensions des différents composants du dispositif mécanique : axe vertical, roues dentées, bielle-manivelle.

Et on a aussi lancé l'impression de 4 vérins qui seront positionnés aux 4 coins du stator ainsi que sur une dalle de 40*40cm que nous avons découpé et qui sera donc la fameuse “Dalle” ou seront exercé les forces de pressions (marcher dessus). On a choisi une dalle moins épaisse que le rotor, environ deux fois moins, car il faut le moins de “poids initial” exercé sur les ressorts au repos afin de pouvoir utiliser leur compression au maximum.

Séance du 19/04

Séance du 20/04

On a imprimé en 3D un nouveau système mécanique sur le même principe qu'une essoreuse à salade c'est à dire avec une vis torsadé et un socle sur lequel la vis peut se translater.