Eolienne Dynamo et LED multicolore

[m4oo]

Bonjour à tous,
je suis un jeune étudiant en design qui s'amuse à créer des luminaires.
Mais voilà j'ai besoin d'aide car mes compétences en matière d'électronique sont assez maigres.
Pour ma nouvelle lampe je voudrais créer une dynamo assez rudimentaire, c'est à dire un aimant fixe et une bobine qui tourne autour grâce à la force du vent (une éolienne donc).
Le but est d'alimenter deux leds multicolores dont voici les caractéristiques :

Diode LED 5 mm à éclairage fantaisie intégrant 3 diodes haute luminosité (rouge, vert, bleu) et un circuit de clignotement des 3 diodes par combinaison. Succession de couleurs agréables : Rouge, vert, bleu, jaune, magenta, blanc, etc...
• Aucun composant externe.
• Circuit de clignotement intégré
• Alim.: 4,5 VDC typ. / 5 VDC maxi.
• Consommation : 25 à 100 mA suivant la ou les diodes allumées
• Boîtier standard 5 mm.

Mes questions sont les suivantes :
- La couleur de la diode change-t-elle en fonction de la vitesse de l'éolienne ?
- La dynamo est elle réalisable ? si oui combien de spires doivent composer la bobine? et quel serait la force de l'aimant ?

Merci d'avance
Vivien Muller
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[PA5CAL]

Bonsoir


En ce qui concerne la première question, la couleur de la diode ne changera pas en fonction de la vitesse de l'éolienne. Il ne peut y avoir de relation entre les deux. En effet, l'éolienne devra être animée d'une vitesse minimale correspondant à la puissance nécessaire au fonctionnement du système, et pour des vitesses supérieures, la puissance supplémentaire ne pourra être exploitée et sera perdue. Si la vitesse est trop faible, la diode cesse de fonctionner.


La puissance électrique maximale que va pouvoir développer la dynamo va grosso-modo dépendre de la vitesse du vent et de la surface balayé par les pales de l'éolienne.

Les caractéristiques aérodynamiques et mécaniques de l'éolienne d'une part, et la vitesse minimal du vent d'autre part, fixent la vitesse de rotation minimale de la dynamo en charge.

Le nombre de spires de la dynamo devra être ajusté en fonction de cette vitesse de rotation minimale, de la force de l'aimant, et de l'efficacité du flux magnétique variable au travers de la bobine en déplacement, dans le but d'obtenir au moins la tension (et la puissance) requise par le système lumineux, soit 4,5V (et 450mW). Il faudra également prévoir un redressement, une accumulation et une régulation de l'énergie électrique produite par la dynamo, afin notamment de parer aux problèmes de son intermittence et de sa possible surproduction.

On a intérêt à choisir un aimant puissant, à concentrer son flux sur le passage de la bobine, et à maximiser sa période d'influence à chaque tour sur cette dernière, le but étant d'obtenir le maximum de variation dans le temps du flux magnétique traversant la bobine.

Le fonctionnement du système repose sur l'adéquation des paramètres évoqués, sachant que l'augmentation d'un de ces paramètres peut compenser la faiblesse des autres.

La faisabilité du projet dépend des limites qu'on fixe à ces paramètres (sachant toutefois que certains sont par nature limités, comme par exemple l'efficacité de la concentration du flux magnétique dans la bobine, qui ne peut atteindre ni dépasser 100%).

Il faudrait plus de précisions afin de déterminer si c'est réalisable (vitesse du vent, encombrement limite de l'éolienne...)

[m4oo]

Merci pour cette réponse si complète, je n’en attendais pas autant.
Concernant la diode je me faisais la douce illusion de croire que ça pouvait marcher, cela aurai amené un peu plus de poésie à l’idée, mais n’y a-t-il vraiment aucun moyen de faire varier la couleur de la led en fonction de la vitesse ?
En fait ce projet est à l’origine une idée qui me trotte dans le tête depuis un certain moment, en effet j’ai commencé par faire des luminaires en origami avec le principe du papier sandwich ( une feuille de papier + un circuit primitif en aluminium alimentaire+ une feuille de papier) une led et une pile bouton. Mais voilà j’ai vite dérivé vers des pliages volants et notamment des hélices, le seul problème c’est que je déteste la perte d’énergie et la pile boutons n’est pas vraiment viable sur le long terme, donc je me suis posé la question comment utiliser le mouvement de l’hélice pour alimenter la led, et voilà que eurêka je venais de réinventer l’éolienne.
Le but est de créer la structure la plus légère et la plus minimaliste possible.
Voici quelques croquis rapides :

Sachant que l’on peur orienter et redimensionner les ailes sans aucun problème,
est ce vraiment réalisable ou plutôt une perte de temps ?

[PA5CAL]

Bonjour

Avant de continuer, il faudrait connaître la vitesse du vent, car je suppose qu'on a toute de même des contraintes sur les dimensions des pales de l'éolienne (on ne va tout de même pas pouvoir atteindre la cinquantaine de mètres ?).

S'il est possible d'avoir une structure minimaliste, en revanche je ne pense pas qu'on puisse trop compter sur une trop grande légèreté, du fait de la nécessaire rigidité du pivot et de la dynamo.

Par ailleurs, la bobine de cette dernière ne peut pas se trouver dans la configuration de ton croquis. En effet, pendant sa rotation, elle doit pouvoir s'approcher et s'éloigner alternativement des pôles de l'aimant (ou tout au moins d'un des deux). Elle doit donc être bobinée avec son axe de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation.

Pour faire varier la lumière en fonction de la rotation de l'éolienne, il est tout-à-fait possible d'imaginer d'autres montages électroniques. Simplement les composants indiqués dans le cas présent ne le permettent pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[m4oo]

Merci énormément pour votre aide,
en ce qui concerne la vitesse du vent, je pense qu’elle est comprise entre 10 et 20 km/h, pour la taille des pales je dirais 25 cm maximum chacune ( je préfèrerai 10 cm d’un point de vue formel mais ça m‘a l‘air un peu trop petit pour le montage), pour la rigidité de la structure il suffit d’augmenter le diamètre de fil de cuivre ( si je voulais la structure très légère c’était pour que l’éolienne tourne plus vite).
Par contre le plus gros problème à mon sens est l’axe de rotation de la bobine, car dans ce cas cet axe doit transpercer la bobine et contenir l’aimant ce qui devient bien plus difficile à réaliser.
(En réfléchissant à la structure d’une dynamo, je suis arrivé à l’évidence que l’aimant faisait circuler les électrons dans la bobine d’où mes croquis et là je n‘arrive pas à mettre le doigt sur mon erreur, mais pour l‘instant ce n‘est pas bien grave, je comprendrai plus tard).
En tout cas je vais réfléchir à un système de rotation ( peut être un genre de papillote au coeur d’aimant).
Sur le variation de la lumière quel serait le montage le plus approprié ? Car rien de m’empêche de souder quelques composants à la structure.

[PA5CAL]

Oups ! On donne dans des dimensions assez faibles. Ça risque d'être juste pour la partie dynamo, qui devra être assez miniaturisée.

Pour la vitesse du vent et les dimensions des pales, c'est ok. Cela permet bien d'obtenir une puissance mécanique suffisante (après, il s'agit de ne pas la gaspiller). Compte tenu des dimensions, il faut peut-être s'attendre à des vitesses de rotation de l'ordre de 4 tours par secondes. C'est rapide et ça suppose un montage mécanique soigné et une structure rigide et robuste.

Concernant la configuration de la bobine, je crois me rappeler que certaines pouvaient être axiales. Mais elles sont alors pouvues d'un circuit magnétique en tôle en forme de double cage, dont chaque élément passe alternativement devant les pôles de l'aimant, et qui canalise le flux magnétique jusqu'au bobinage.

Pour le variateur de lumière, tout est possible. Il suffit de définir ce que l'on veut obtenir comme effet, afin de concevoir un circuit de commande qui piloterait des LEDs 3 couleurs sans clignoteur intégré.

[abracadabra75]

Bonjour.
Il existe des leds bicolore, rouge et vert, et aussi des leds tricolores, rouge, vert, bleu.
En alimentant alternativement chaque diode avec des temps différents (mais très rapidement, temps inférieurs à la durée de la persistance rétinienne), on peut faire varier la couleur perçue par l'oeil.
J'ai vu un montage, mais ça fait longtemps...
Je vais essayer de te le retrouver, mais je ne te promets rien!

[abracadabra75]

En alimentant alternativement chaque diode avec des temps différents (mais très rapidement, temps inférieurs à la durée de la persistance rétinienne), on peut faire varier la couleur perçue par l'oeil.

Je précise pour être un peu(?) clair et lumineux (c'est de rigueur, vu le sujet): chaque led comporte en interne deux ou trois diodes, dont la cathode (en général) est commune, et les 2 ou 3 anodes leur connexion particulière.
Pour être complet, il existe aussi des leds bicolores à 2 fils, le changement de couleur se faisant par inversion de polarité.
Pour me remémorer ce qui existe, je viens de consulter le catalogue de Sélectronic où je viens de voir qu' il existe aussi une diode tricolore qui clignote toute seule: sa référence 60.0708-1. Va voir sur leur site...
Pour leur commande, prends des circuits intégrés CMOS dont la consommation est quasi nulle, ton éolienne ne devant pas être très généreuse en Coulombs...

[popoye]

salut
Il y a une multitude de solutions niveau mécanique, tout dépend de l'utilité de ton montage et surtout des myens que tu as.
pour moi le plus facile est d'utiliser une dinamo de vélo ou un alternateur de voiture (mes la il te faudra des super grandes pales)

tu utilise des DEL classique commandé par un transistor tout pourri, genre 2N2222, le tout piloté par le µC de ton choix. un truc basic devrai suffire pour faire quelque anim pas trop mal.


Si tu veux des réponses plus concraites, il faudrai donner plus de précisions sur ton pojet comme le budget, le but, dans quel cadre...

[popoye]

Au niveau générateur, ça sert srictement à rien d'essayer de te faire ton propre alternateur, tu peut en récupérer n'importe-ou, ou à la limite en acheter un pas cher d'occase.Tu économiseras des tunes, du temps, et tu es sur du résultat, surtout que le déjà fait est obtimisé, réalisé avec du matériel que je supose tu n'a pas en ta pocession...

[m4oo]

Bonjour,
La bobine axiale m’intéresse, mais il me faudrait un schéma ou un croquis pour que je comprenne son fonctionnement. Pour la réalisation je serai le plus précis possible, de toute façon il me faudra une bonne dizaine de protos avant d’arriver à quelque chose.

Pour les leds ça serait parfait si elles pouvaient s’allumer à 10 km/h en violet par exemple et atteindre 20 en rouge en passant par toute la gamme chromatique entre ces 2 vitesses limites.

Toujours en ce qui concerne les leds multicolores, les caractéristiques présentes dans mon premier post proviennent du site de sélectronique où je vais me fournir régulièrement en diode blanches et piles boutons. Les diodes bicolores ne m’intéressent pas car il faut changer la polarité pour changer de couleur.

Mon but est de créer un objet autonome, plutôt poétique et écolo sur les bords. Ce « luminaire » pourrait très bien ce vendre dans les boutiques des musées si le projet abouti (même si c‘est un peu utopique), je suis étudiant et il me faut quelques objets persos pour agrémenter mon book et me faire connaître. C’est pour cela que je ne peux pas me permettre d’utiliser de la récup si jamais une production se fait, et puis j’aime me lancer des défis, par contre si vous pensez que le montage est objectivement impossible à réaliser alors je passerai à autre chose.

[abracadabra75]

Vu d' ici, ton projet comporte 3 parties bien distinctes:
1) créer une éolienne
2) lui ajoindre une dynamo
3) créer une commande électronique des leds, fonction du nombre de tr/mn de l' éolienne.
Il est évident que les parties 1 et 2 sont connexes.
Une fois ton éolienne crée, aura-t-elle la force (le couple) nécessaire pour entrainer la dynamo?
n' étant pas spécialiste de l'aérodynamique, je ne suis pas capable de répondre valablement, mais je me rappelle les dynamos montés sur les vélos d'antan où pour obtenir une chiche lumière il fallait pédaler comme un fou....ce qui veut dire que 1) il fallait faire tourner la dynamo très vite, et 2) que le courant fourni était bien maigre!
Un autre c^té de ton projet me pose aussi problème: l' électronique n'aime pas du tout de tensions variables. Pour avoir une tension stable, il faut en avoir une plus haute que celle qui sera utilisée, et la tension initiale est fonction de la vitesse de rotation. Que se passera-t-il lorsque le vent sera faible?

J' espère ne pas être de trop mauvaise augure....
et que tu réussiras à vaincre tous ces obstacles.

Bon courage.

[PA5CAL]

Voici un schéma donnant le principe de la bobine axiale (vue de dessous et vue en coupe).

J'ai représenté en jaune et en cyan les deux cages correspondant aux deux pôles du noyau de la bobine, la bobine étant en rouge.

Dans la pratique les deux cages sont réalisées en une seule fois, dans une même tôle.

L'aimant (ou l'inducteur) tourne dans la partie droite, passant alternativement devant les deux cages, inversant chaque fois le flux passant dans la bobine.

[invite3a019cd8]

j' ai un debut d' idee mais je ne suis pas sur que cela fonctionne...
Les moteurs à courant continu peuvent etres utilises à "l' envers" c' est à dire qu' ils fournissent une tension et un courant lorsq' on fait tourner leur axe......
J' ai pas encore eut le temps de tester ca chez moi mais je m ' y penche cette semaine. le courant necessaire pour eclairer une diode etant relativement faible, ca devrait fonctionner.
En +, il n' y a pas besoin de beaucoup de couple pour faire tourner cet axe contrairement à une dynamo de velo....
En prenant un moteur 12V genre lecteur de CD ( celui qui entraine la rotation du CD ), il est possible q' on obtienne une tension et un courant suffisant pour allumer 2 leds...

Je vais essayer ca cette semaine... Je te dirais si c' est possible...

A++

[PA5CAL]

Bonsoir

L'idée d'utiliser un moteur à courant continu et aimant permanent est une bonne idée. Il existe des modèles très petits et assez puissants.

Le choix devra se porter vers des modèles tournant à des vitesses très faibles (en mode moteur), et sous des tensions élevées.

En effet, l'éolienne ne fournit pas une vitesse très grande (dans les 250tr/mn).

Si on utilise un moteur 6V @ 5000tr/mn, on ne va pouvoir tirer que dans les 0,3 V en sortie, autant dire rien !

Avec un moteur 24V @ 3000tr/mn, on pourra tirer 2V. Ce n'est pas génial, mais on peut commencer à faire quelque chose (avec un élévateur de tension électronique).

[abracadabra75]

Je viens d' avoir une idée pour ton générateur, mais faudrait voir si c'est exploitable...
dans les lecteurs de disquettes, il y a un moteur multipoles(18, si j' ai bonne mémoire)., avec une couronne portant un (ou plus?)aimant.
Peut être en y collant d'autres, pourrais tu en faire un générateur...
Tiens nous ... au courant!

[m4oo]

Merci pour le schéma de la bobine axiale, d’ailleurs j’en ai crobardé quelques structures, mais je ne sais pas si elles sont juste.



L'idée d'utiliser un moteur pour faire un générateur me séduit de plus en plus, une direction à explorer ...

[PA5CAL]

Bonjour

Non, ça ne marche pas. Le principe de la bobine axiale, c'est que les pôles de la bobine sont menées à l'extérieure de celle-ci à l'aide du circuit magnétique (la tôle) et présentés alternativement devant les pôles de l'inducteur (de l'aimant) tour à tour pendant la rotation.

[m4oo]

C'est ce que je redoutais, il est vrai que recréer un générateur est beaucoup plus complexe que ce que j'imaginais, La solution du moteur me paraît plus abordable, mais il reste toujours mes lacunes du point de vue électronique, quel moteur choisir et ensuite quel montage faire pour obtenir un résultat satisfaisant ? Ensuite voir s’il est possible de faire varier la couleur de la diode.

Le seul moteur DC ayant ses caractérisques présentes sur le site de séléctronique est celui ci :

Moteur économique
• Alimentation : 6 - 18 V.
• Vitesse : 18.000 tr/mn.
• Puissance max : 20 W - à vide 3W.
• Ø 28 x 38 mm ( hors axe ).
• Axe : Ø 2,3 x 10 mm.

Pour le reste Black-out total. Quel serait le moteur idéal à utiliser ?

[m4oo]

Edit: je viens de trouver la page du catalogue correspondant aux moteurs:
Catalogue SELECTRONIQUE P42

[PA5CAL]

Les caractéristiques à regarder sont la tension et la vitesse à vide correspondante.

Si par exemple un moteur tourne à 5167tr/mn sous 12V (type RE-800), alors on peut s'attendre à ce qu'en mode dynamo, il fournisse 12x250/5167 = 0,58V à vide. Là, c'est un tension inexploitable car bien trop faible.

Il faudrait un moteur construit pour tourner beaucoup plus lentement, ou fonctionnant sur des tensions plus élevées.

Le rapport Tension/Vitesse minimum devrait être de 3/250 = 0,012 V/(tr/mn) (par exemple 1000tr/mn sous 12V, ou 4000tr/mn sous 48V), le nec plus ultra étant d'atteindre des rapport aussi élevés que 0,04 V/(tr/mn).

[m4oo]

je viens de faire une petite recherche rapide :

Moteur réducteur COP-02 Lynxmotion


Numéro de produit: RB-Lyn-98

• Voltage = 6vdc
• RPM = 210
• Torque = 4.86 oz-in (350 g-cm)
• Poids = .864 oz (24.49 g)
• Réduction = 60:1
• Longueur (moteur et essieu) = 1.57" (3.99 cm)
• Longueur (shaft) = .3" (0.76 cm)
• Diamètre (moteur et essieu) = .63" (1.6 cm)
• Diamètre (shaft) = 3mm
• Diamètre extérieur = 16mm
• Courant (6v no load) = 90mA
• Courant (6v locked shaft) = 1.3A


OU ALORS

GM11 - Moteur à Engrenages Sanyo 75.7:1 Solarbotics


Numéro de Produit: RB-Sbo-15

Ces moteurs Sanyo NA1S 75.7:1 à engrenage réduction sont seulement 29mm (1.14") de long, 10mm (0.39") d'épais, et 12mm (0.47") de large et sont construit avec des engrenages en métal. Ces moteurs à engrenage sont très bien construits!

Ces moteurs pèsent que 8.2 grammes (0.29oz) et sont cotés à 246 RPM, tirant 120mA @ 5V, produisant 800gf/cm de couple (11 pouce/once) et stallent à 580mA. L'axe de 3mm est parfait pour les roues avec un trou de 1/8" tel que nos roues haute performance RB-Sbo-10!

Note: Ces moteurs servent pour le hobby seulement et ne doivent pas êtres utilisés dans des applications ou un échec du moteur peut causer des blessures physiques ou la mort.

[m4oo]

A mon avis la recherche précédente est inutile car ces moteurs vont être impossible à faire tourner.

[m4oo]

Pas simple de trouver le bon moteur, je viens de trouver ce site :
avec un petit exemple :

[PA5CAL]

Effectivement, ce n'est pas simple. Mais malgré le réducteur 1:60 qui risque d'être un peu dur à lancer, le premier moteur (RB-Lyn-98) n'est pas si mauvais que ça.

D'après les données fournies, le réducteur ne fait perdre que 0,54W à 210tr/mn et la résistance électrique du moteur est de 4,6 ohms. C'est très bon, même !

Il n'y a plus qu'à espérer que c'est assez solide pour supporter l'éolienne dans le vent.

[m4oo]

je viens de voir qu'il y avait celui ci aussi :

Numéro de produit: RB-Lyn-97

• Voltage = 6vdc
• RPM = 310
• Torque = 3.47 oz-in (250 g-cm)
• Poids = .864 oz (24.49 g)
• Réduction = 30:1
• Longueur (moteur et essieu) = 1.46" (0.371 cm)
• Longueur (shaft) = .3" (0.76 cm)
• Diamètre (moteur et essieu) = .63" (1.6 cm)
• Diamètre (shaft) = 3mm
• Diamètre extérieur = 16mm
• Courant (6v no load) = 90mA
• Courant (6v locked shaft) = 1.3A

[PA5CAL]

Il est moins intéressant que le premier (310tr/mn pour les mêmes caractéristiques). En revanche, j'ai trouvé ça chez le même fourniseur:
http://www.lynxmotion.com/Product.as...&CategoryID=71

Planetary Gear Motor - 12vdc 51:1 117rpm (4mm shaft)

Specifications
Weight = 3.04 oz
Reduction = 51:1
Stall Torque = 79.69 oz-in
Length (motor and gear) = 60.0mm
Length (shaft only) = 11.0mm
Diameter (shaft) = 4.0mm
Outside Diameter = 24.0mm
Current (at 12v no load) = 50mA
Current (at 12v locked shaft) = 750mA

[m4oo]

J'irai faire un tour à ROBOpolis sur le Boulevard Beaumarchais pour aller voir les moteurs, en plus c'est pas très loin de chez moi.
En ce qui concerne le deuxième moteur, le RB-Lyn-97 à 310 tr/min, l'autre différence c'est qu'il a une réduction de 30:1, c'est peut être mieux pour lancer l'éolienne ?
J'aimerai utiliser si possible le plus petit moteur, car dans mon idée l'axe est fixe et les ailes sont soudées sur le moteur, tout est une question de compromis mais après lequel est le plus juste ?

[m4oo]

Après de longues heures de réflexion, de dessins, de maquettes en papier, de recherches sur internet et la découverte des éoliennes dites Savonius :


J’en ai déduis une forme intéressante :

Il n’y a plus qu’une seule LED, ce qui change quelques paramètres et maintenant mon problème est de trouver les meilleurs proportions pour le rotor, car je n’arrive pas à trouver la formule adéquat.
Pour fabriquer le rotor je pense partir d’un tube pvc (ou autre plastique) d’un diamètre proche de celui du moteur, l’extruder légèrement pour que sa surface augmente, le scier sur la hauteur et excentrer les demi cylindres en les modelant quelque peu.
Le nouveau challenge est de créer la plus petite éolienne possible, pouvant démarrer avec peu de vent ( environ 3 m/s si possible) pour alimenter une LED tricolore. C’est à dire trouver le moteur idéal, la forme adéquat, et le circuit pour faire varier la couleur de la diode, bref du travail en perspective.

[PA5CAL]

Bonsoir

J'ai quelques craintes concernant la puissance récupérable par ce type d'éolienne, parce que la surface balayée par les pales n'est pas très grande.

Quand je disais que ça pouvait passer avec des pales de 25cm de long, c'était dans l'optique d'avoir une surface balayée de
(2 x PI x 0,25^2) = 0,4 m2 !