fabrication d'un aimant permanent pour éolienne

[généon-briko]

Salut tout le monde,
Dans le but de réaliser une éolienne et disposant d'un moteur triphasé dont je veux modifier le rotor, je fait appel à votre lumière. Ce dernier fait environ 100 mm de diamètre et 160mm de long usiné dans un rond d'acier, avec deux cornes polaires à magnétiser. Ma question est comment magnétiser la partie mobile : quelle intensité de courant et la durée faut-il ?

merci

[Tropique]

Hello,

De l'acier normal fait un très mauvais matériau pour des aimants. Il vaudrait mieux usiner le rotor, pour pouvoir y rapporter des aimants de qualité décente, au néodyme p.ex. Tu perdras quelque peu en volume efficace, mais ce sera bien plus que compensé par l'augmentation de l'induction, de la rémanence et du produit d'énergie.

[généon-briko]

Hello,

De l'acier normal fait un très mauvais matériau pour des aimants. Il vaudrait mieux usiner le rotor, pour pouvoir y rapporter des aimants de qualité décente, au néodyme p.ex. Tu perdras quelque peu en volume efficace, mais ce sera bien plus que compensé par l'augmentation de l'induction, de la rémanence et du produit d'énergie.

Salut Tropique,
Dis voir, tu t'y connais en magnétisme. Moi j'ai vu ça il y a déjà plusieurs décennies et je dois t'avouer que j'ai tout perdu. Le problème est que le rotor actuel est une cage d'écureuil, dont une partie en tôles ferromagnétiques traversées sur la longueur et en périphérie par des conducteurs (alu ou cuivre) reliés entre eux aux extrêmités et que l'usiner me permettrait certainement pas de retrouver autant de performances.

[Tropique]

Tu n'arriveras pas à magnétiser ton rotor s'il est en cage d'écureuil à l'origine: c'est un matériau doux, à faible hystérésis pour limiter les pertes.
Si tu n'arrives pas à insérer des aimants de façon valable, il faudra que tu repartes de 0, et que tu t'inspires de designs d'alternateurs à aimant permanent pour refaire un rotor convenable.
En tous cas, je te déconseille d'essayer de faire toi-même ton matériau magnétique: tu n'obtiendras que de résultats ridicules par rapport à des alliages produits industriellement.
Tu peux à la limite magnétiser toi-même un assemblage, mais je te le déconseille aussi, tu vas te rendre la vie difficile, voire impossible si tu t'attaques à des matériaux vraiment performants.
Si Chatelot passe par ici, demande lui son avis, il pourra sans doute te donner des idées réalisables pour ton rotor.

[polo974]

Bonjour,
L'autre solution est d'utiliser la machine tournante en génératrice asynchrone. donc la sans modifier.
Il faut au choix:

imposer une tension (tri) à une fréquence légèrement inférieure à la fréquence de l'alternateur, le moteur devient alors générateur. il faut pouvoir adapter la fréquence à la vitesse de rotation du bourin. lourd et sûr

mettre des condos de façon "astucieuse" sur le moteur, légèrement magnétiser le rotor pour amorcer la chose.
quand le moteur tourne, la faible magnétisation va générer de façon synchrone, faire résonner les LC stator-condo, ce qui auto excite la bête (si elle n'est pas trop chargée, que les condos soient bien choisis, etc..) léger et pas très sûr, il y a risque de surtension par ex si la charge est trop faible.

la 2ème solution est souvent décrite dans les sites de construction d'éolienne amateur. si on met un redresseur et des bateries, les risques sont minimisés, car la charge ne consomme qu'à partir d'un certain niveau de tension, ce qui permet l'ammorçage et ensuite la charge des bateries empêche (normalement) les surtensions.

[barbouilleur]

Bonjour à tous

Intégrer des aimants perm. à un rotor de moteur asynchrone est ce que j'envisage. Mais la mise en oeuvre soulève des questions en tenant compte du coût des aimants néodymes pour peu qu'il faille les faire faire sur mesures et de forme complexes avec des courbures précises par ex.

J'imagine que l'idéal d'efficacité serait des fractions d'anneau correspondant exactement au diamètre et la courbure du rotor, et réduisant l'entrefer au minimum.... mais dans ce cas, j'appréhende le devis de telles pièces....

D'un point de vue économique, la solution ne serait-elle pas de composer chaque pôle de plusieurs bloc rectangulaires étroits côte à côte ? Hélas leur répulsions est telle que la mise en oeuvre est presque impossible - en tout cas extrêmement difficile.

Mais ce que je redoute le + est que le flux d'un pôle composé de la sorte soit de mauvaise qualité, bien moins "net" et pur que celui d'un pôle monobloc.

Selon vous, est-ce fondé ?
De votre éxpérience, que suggèreriez-vous de faire ?
Quelle serait la meilleure méthode ?

[verdifre]

bonjour,
tes aimants ne sont pas forcés d'etre pile à la bonne forme, il suffit de les "prolonger" par une pièce polaire qui elle s'usinera facilement
fred

[Tropique]

De votre éxpérience, que suggèreriez-vous de faire ?
Quelle serait la meilleure méthode ?

Je n'ai pas d'expérience.... mais je vois deux solutions praticables sans gros moyens en partant du rotor existant (à discuter et remettre en cause):

1/ Usiner des encoches axiales aussi profondes que possible (compte tenu de la résistance du matériau) dans le rotor, et y insérer des aimants. Les parties de rotor intactes serviront de pôles.
2/ Usiner la totalité du rotor pour réduire son diamètre; créer des encoches de façon à insérer à mi-épaisseur des aimants barreau magnétisés dans l'épaisseur. Ici, ce sont les aimants qui servent de pôle, le rotor ne servant que de culasse magnétique.

Il faut voir comment tout cela sera compatible avec la cage d'écureuil (en général en alu coulé), mais ce sont des problèmes essentiellement techniques.

[barbouilleur]

Merci pour vos idées

Il se trouve que....... ce sont des solutions auxquelles j'avais pensé mais écarté pour leur complexité de mise en oeuvre : usinage compliqué d'encoches au cordeau (Tropique), de "calottes" arrondies (verdifre), ...
Avec mon tour improvisé, je ne pourrai faire guère plus que réduire le diamètre proprement. Et j'exclue le recourt à 1 pro qui réduira aussi mon porte-monnaie déjà bien maigre.

Je viens de réaliser un schéma rapide des qq types de modifica° que l'on a abordé.
1) Simple réduc° du diamètre du rotor. Mais complications pour les aimants aux courbes précises. Un anneau long et fin (aux dim. du rotor usiné) magnétisé radialement conviendrait mais serait très coûteux, la surface entre les pôles pourrait être inefficace.
Ceci ne marcherait que pour un moteur bi polaire (3000t/m) .
Pour les 1500 et moins, complications & coût maximums, inenvisageable.

2) la + confortable & économique. Usinage simple.
Reste a avoir la confirmation de connaisseurs que le flux de pôles composés ainsi de plusieurs barreaux est d'assez bonne qualité.
J'ai mené une petite expérience avec de la limaille de fer. Le résultat serait à 1e vue satisfaisant : flux semble régulier et porte beaucoup + loin que celui d'un seul barreau.
Mais je reste très prudent sur mes observations par principe.

3) (verdifre) Usinage complexe d'encoches profondes ou réduc° du rotor à 1 parallélépipède parfait ; peut-etre pas insurmontable.
Mais galère pour les calottes.

4) (Tropique) Usinage d'encoches régulières pas insurmontables ; mais je doute que le rotor d'orig. puisse servir efficacement de pôle avec ses gros barreaux d'alu (amagnétique) qui occupe tant de volume, ne laissant guère de fer pour guider le flux.
....est-ce que je me trompe ?
Autre chose m'est apparu : l'axe Nord-Sud des aimants devant être (si j'ai bien compris) à plat et non pas dirigé vers extérieur, n'y aura-t-il pas une perte de flux (voir mon schéma : une partie du flux émit par un aimant lui revient directement par le fer rotor et sans avoir été utile)

N.B : En bleu : le fer.
En hachuré : les aimants.

Quelle est la nécessité d'insérer l'aimant dans l'acier à la moitié de son épaisseur ? La tenue ? La canalisation du flux?

[potain]

Bonjour mesieurs ,pour moi c'est la premeiere foie que je particique a votre forum , que je trouve fort s'impatique
Pour ce qui est du sujet , je pense que pour la realisation d'un rotor a aimant permanent il se pose differents autres problemes :
- l'equilibrage
- le fretage des differents aimants
- les pertes fer
Ensuite il y a le probleme de la vitesse de rotation , 3000 tr/min c'est enorme pour une eolienne , multiplication de la vitesse :
- par engrennages (onereux, voir bruyant)
- par courroie (entretient + usure)
- par chaine ( entretient + usure +bruyant )
Salutation ,et bon courage .

[verdifre]

bonsoir,
je peux quand même te conseiller une saine lecture
http://www.scoraigwind.com/download/index.htm
des alternateurs efficaces et simples a faire ( qui de plus ont déja été fabriqués à plusieurs centaines d'exemplaire)
fred

[Tropique]

4) (Tropique) Usinage d'encoches régulières pas insurmontables ; mais je doute que le rotor d'orig. puisse servir efficacement de pôle avec ses gros barreaux d'alu (amagnétique) qui occupe tant de volume, ne laissant guère de fer pour guider le flux.
....est-ce que je me trompe ?
Autre chose m'est apparu : l'axe Nord-Sud des aimants devant être (si j'ai bien compris) à plat et non pas dirigé vers extérieur, n'y aura-t-il pas une perte de flux (voir mon schéma : une partie du flux émit par un aimant lui revient directement par le fer rotor et sans avoir été utile)

N.B : En bleu : le fer.
En hachuré : les aimants.

Quelle est la nécessité d'insérer l'aimant dans l'acier à la moitié de son épaisseur ? La tenue ? La canalisation du flux?

Je peux enfin voir ta pièce jointe...

Par rapport au schéma 4, quelques remarques:
Les encoches pour les aimants devraient être beaucoup plus étroites et profondes: avec des aimants Nd, une faible épaisseur est suffisante pour générer un champ adéquat, et il faut laisser suffisamment de fer pour avoir des pôles de taille correcte.
D'autre part, la profondeur des encoches est nécéssaire pour ne pas shunter le champ magnétique en-dessous de l'aimant: celui-ci doit rester quasiment affleurant, avec beaucoup d'espace dégagé dessous. C'est pour ça que j'ai parlé d'encoches aussi profondes que possible.

Pour ton schéma 2, je pense que tu as intérêt à insérer les aimants dans le rotor, peut-être pas exactement jusqu'à mi-hauteur d'ailleurs, parce que, comme tu le montres sur ton dessin, un champ magnétique est toujours bipolaire, et tu as intérêt à minimiser la réluctance sur le trajet de retour du flux, celui qui ne passe pas directement par le stator.
D'autre part, ça facilitera la fixation, parce qu'un simple collage sur une face risque de ne pas supporter la force centrifuge, et enfin, le champ des aimants Nd est suffisamment élevé pour saturer du fer courant, et il vaut mieux avoir un épanouissement de la pièce polaire pour répartir ce champ sur une plus grande surface.

Enfin, pour la fixation, je ne crois pas que les aimants Nd supporteraient bien un vrai frettage: c'est un matériau fritté plutot fragile, et il faudrait utiliser des colles haute performances en plus d'un frettage doux.

[barbouilleur]

Bonsoir

A verdifre : Merci pour l'info. Je connaissais depuis qq années les travaux de H Piggott, et me suis même offert il y a qq mois son manuel "Autoconstruire son éolienne" que j'étudie toujours.
Hautement instructif pour un bleu de mon genre
J'étais tenté jusqu'il y a peu par les avantages de ces types d'alternateurs ; la main d'oeuvre non négligeable ne m'effraie pas. Mais ils sont très couteux en matériaux, en aimants particulierement. Avant de tenter cette aventure, je vais me contenter d'une modifica° de mot.asynchr.

A Tropique : Concernant le schema 2, tu as soulevé un point qui me chagrinait, a savoir la tenue des aimants llors des grandes vitesses de rota°. J'avais pensé à un frettage avec de la fibre de verre de 1 mm ou + (adieu la finesse de l'entrefer) avec aimants noyés dans de la résine de polyester, dans l'espoir (sans trop d'illusion à 1500t/m) d'une bonne cohésion........

Inser° des aimants : une bonne image vaut mieux que tout le discours que je pourrais faire maintenant ; jette un oeil sur le schéma 2 du fichier joint. En bleu le fer, en rouge, les aimants.
Est-ce, grosso modo, ce que tu expliquais ?

Mais la révélation vient de tes précisions sur le schéma 4 : la mise en oeuvre qui me parraissait le moins intéressante, semble devenir, à la lumière de tes explica° probablement la + intéressante.
Je viens de tracer un nouveau schéma (1) en suivant tes paramètres (les proportions des aimants ne sont qu'une approche.... tu les verrais plus fins ? )

Pas mal d'avantages ; les inconvénients ou les faiblesses des autres procédés paraissent évités ou minorés largement :
La tenue des aimants ne pose plus de problème majeur.
L'entrefer est celui d'origine, idéalement fin & tout prêt.
Faire bien attention tout de même à l'approche de l'axe du rotor...

Seul demeure ce fait que la périphérie du rotor contient beaucp d'alu.
Il serait peut-être pas mal de vider tout l'alu contenu dans les encoches et y insérer un matériau conducteur.
J'ai imaginé les remplir d'un amalgame de résine polyester (ou du même genre) contenant une forte part de limaille de fer.
Ce n'est peut-être pas hautement efficace, mais toujours mieux que...l'alu, c'est à dire rien du tout...
Qu'en dis-tu ?

[barbouilleur]

C'est curieux, il semble que ma pièce jointe n'a pas été transmise avec mon dernier post........
Je la dépose à nouveau ici, tant pis si ça fait double emploi.

[Tropique]

J'ai modifié tes schémas: pour le 1, s'il est bien nécéssaire d'avoir une pénétration maximale de l'encoche, il n'est par contre pas utile que l'aimant occupe tout l'espace: le flux dans la partie inférieure serait shunté, et n'apporterait de toutes manières qu'une contribution mineure au niveau de la surface des pôles.
Pour le 2, il ne fait pas de doute qu'un encastrement apportera une amélioration par rapport à un simple collage en surface, par contre, j'ai "l'intime conviction" que la hauteur optimale doit être un peu inférieure à la mi-hauteur de l'aimant. Ne demandes pas pourquoi, je serais incapable de le démontrer, et essaye d'avoir des confirmations plus étayées. Tout le monde peut se planter....