Transformer le mouvement d'un aimant en électricité

[JeanCanada]

Bonjour,
Ma question peut sembler basique.
Je sais produire un courant électrique en déplaçant un aimant permanent près d'une bobine.
Mais j'aimerais savoir comment optimiser mon dispositif.
J'ai un aimant permanent cylindrique mobile en translation dans un tube vertical. En plus de la gravité, cet aimant mobile subit une force verticale vers le bas lorsqu'il entre dans le champ d'attraction d'un aimant de même nature, fixé au bas du tube. Cette force croît de manière exponentielle lorsque l'aimant mobile se rapproche de l'aimant fixe.
Quelle est la meilleure configuration du bobinage pour produire le maximum d'énergie électrique à partir du travail des forces en présence? (Directement autour du tube ou déporté par un système de câble et poulies). Est-il possible de ralentir voire d'arrêter le mouvement à l'aide d'un bobinage approprié? Quel pourcentage de l'énergie mécanique peut on envisager transformer en énergie électrique?

J'espère que ma question est claire.
Merci d'avance pour vos réponses et suggestions.

Jean
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[XK150]

Bonjour ,
Ben non , pas très clair … Un aimant mobile et un autre fixe ??? Des câbles et des poulies ???
Vous ne pouvez pas nous dessiner le principe de votre générateur ?
Basique ? … Bon courage à celui qui veut entreprendre des calculs .

[phuphus]

Bonjour JeanCanada,

il faut chercher à maximiser le mouvement "utile" de la bobine (le but n'est pas de bouger la masse de la bobine mais de produire un courant) tout en diminuant les pertes dans le système. Je n'ai pas l'expérience de tels systèmes, mais en première approche je dirais qu'il faut chercher le ratio BL/Rdc le plus élevé possible (ou BL^2/Rdc comme dans les haut-parleurs, à voir). Le BL représente l'intégrale de la composante normale de la densité de flux magnétique sur la longueur du fil. La Rdc est la résistance au courant continu.

Tu pourras à la fin modéliser ton système complet dans le domaine électrique, dans ce cas la charge sera vue comme une résistance électrique : si elle est grande devant la résistance de la bobine l'optimisation du ratio BL/Rdc est peu importante (diviseur de tension débitant principalement dans la charge). Si la résistance de charge n'est pas grande devant la résistance du système alors une grande partie des efforts mécaniques dépensés sera dissipée dans la bobine : l'optimisation du BL pourras alors te faire gagner en rendement global.

Reste simple, avec une bobine directement plongée dans un champ magnétique. Le reste (poulies, etc.) n'est que de l'optimisation d'impédance mécanique, mais dis-toi bien que tous ces systèmes mécaniques ne font que générer des pertes mais n'améliorent pas le rendement : il ne font qu'adapter "ce qu'il y a derrière" à "ce qu'il y a avant".

Si ta charge a une impédance élevée, il n'y a pas de raison de ne pas viser un rendement supérieur à 80%.

Est-il possible de ralentir voire d'arrêter le mouvement à l'aide d'un bobinage approprié

Non, car la force de réaction de la bobine sera proportionnelle à la vitesse...

[bobflux]

Pour convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique, la rotation est bien plus efficace que la translation... c'est pourquoi tous les alternateurs tournent au lieu d'utiliser des pistons avec des aimants au bout.

Quelles raisons as-tu pour envisager ce système si compliqué ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[phuphus]

Bonjour,

Pour convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique, la rotation est bien plus efficace que la translation...

Elle n'est pas plus efficace, elle est plus pratique : on revient "naturellement" au point de départ et on peut générer du continu sans électronique derrière.

[JeanCanada]

Merci pour vos réponses!

Quelles raisons as-tu pour envisager ce système si compliqué ?

J'ai souvent des idées farfelues qui me traversent la tête alors j'expérimente.

À votre avis, si je crée une bobine autour de mon tube, sera t'elle plus efficace si je la fais très épaisse?
En fait, je voudrais connaître la distance limite de l'induction électromagnétique dans la bobine (jusqu'a quelle épaisseur de bobine faut-il aller pour optimiser le courant produit) et si la vitesse de l'aimant à un impact sur cette distance.

Bonne journée,
Jean

[Dynamix]

J'ai souvent des idées farfelues qui me traversent la tête alors j'expérimente.

C' est très bien .
Et si tu expérimentes , tu peux faire des mesures et trouver tout seul les réponses à tes questions .

[bobflux]

Elle n'est pas plus efficace, elle est plus pratique

Je parlais d'efficacité globale du système en ne considérant pas que son rendement par rapport à la puissance mécanique en entrée, mais aussi par rapport aux autres paramètres : prix, poids, effort pour le construire, quantité de matériaux, etc. En plus on peut avoir du triphasé. Plus pratique à construire = moins cher

À votre avis, si je crée une bobine autour de mon tube, sera t'elle plus efficace si je la fais très épaisse?

Voir la Loi de Lens-Faraday.

La tension produite est proportionnelle au nombre de spires et à la vitesse de variation du flux magnétique dans une spire (donc vitesse de déplacement de l'aimant). Le flux est l'intégrale du champ sur la surface de la spire.

> En fait, je voudrais connaître la distance limite de l'induction électromagnétique dans la bobine (jusqu'a quelle épaisseur de bobine faut-il aller pour optimiser le courant produit)

Là je pense que l'aimant est une barre avec les pôles aux bouts, qui se promène dans un tube avec la bobine autour. Les lignes de champ font le tour de l'aimant, donc une bobine trop large va intercepter du flux positif et du négatif qui vont s'annuler. Au pif, je dirais que la bobine ne doit pas être trop épaisse par rapport à l'aimant.

> et si la vitesse de l'aimant à un impact sur cette distance.

Non (par contre la tension est proportionnelle à la vitesse)

Un des problèmes de cette façon de faire c'est que seules les spires qui voient une variation de flux produisent de l'électricité. Ici ce sera donc les spires proches des deux bouts de l'aimant, mais pas celles proches du milieu de l'aimant ou éloignées des bouts. Les spires qui ne produisent pas ne servent qu'à gaspiller de l'énergie dans leur résistance interne. Dans un alternateur normal, on utilise de la ferraille pour guider le champ, avec les spires autour. On utilise donc bien mieux les spires, elles servent tout le temps.

[JeanCanada]

Et si tu expérimentes , tu peux faire des mesures et trouver tout seul les réponses à tes questions .

Suis-je bête! Moi qui croyais qu'un forum était fait pour échanger pour éviter, entre-autre, de perdre du temps sur des chemins qui ne mènent nul part.

Un des problèmes de cette façon de faire c'est que seules les spires qui voient une variation de flux produisent de l'électricité.

Merci Bobflux, c'est plus clair pour moi maintenant!

[phuphus]

Bonjour,

Là je pense que l'aimant est une barre avec les pôles aux bouts, qui se promène dans un tube avec la bobine autour. Les lignes de champ font le tour de l'aimant, donc une bobine trop large va intercepter du flux positif et du négatif qui vont s'annuler. Au pif, je dirais que la bobine ne doit pas être trop épaisse par rapport à l'aimant.

Si l'amplitude de mouvement de la bobine est faible devant la longueur de l'aimant, on peut bobiner dans un sens en haut et dans l'autre sens en bas : dans ce cas les contributions des deux pôles de l'aimant.

Un des problèmes de cette façon de faire c'est que seules les spires qui voient une variation de flux produisent de l'électricité. Ici ce sera donc les spires proches des deux bouts de l'aimant, mais pas celles proches du milieu de l'aimant ou éloignées des bouts. Les spires qui ne produisent pas ne servent qu'à gaspiller de l'énergie dans leur résistance interne.

Donc le changement de sens de bobinage se fera par une partie quasi longitudinale du fil : on maximise bien dans ce cas le ratio BL/Rdc.

Dans un alternateur normal, on utilise de la ferraille pour guider le champ, avec les spires autour. On utilise donc bien mieux les spires, elles servent tout le temps.

Si la ferraille guide le champ et que les spires sont autour, alors les spires ne coupent pas le champ...

Suis-je bête! Moi qui croyais qu'un forum était fait pour échanger pour éviter, entre-autre, de perdre du temps sur des chemins qui ne mènent nul part.

Une bonne manip ) faire avant de commencer : démonte un haut-parleur, et garde uniquement le moteur et la bobine. Amuse-toi à faire vibrer la bobine à la main dans l'entrefer, en alternant circuit ouvert / court-circuit. Cela te convaincra sûrement de réaliser un circuit magnétique plutôt que de prendre un aimant seul.

[phuphus]

Bonjour,

Si l'amplitude de mouvement de la bobine est faible devant la longueur de l'aimant, on peut bobiner dans un sens en haut et dans l'autre sens en bas : dans ce cas les contributions des deux pôles de l'aimant.

Il manque "s'additionnent".
Mais c'est une mauvaise lecture du message de bobflux qui parlait de largeur de la bobine et non de la hauteur de bobinage. Cela ne change pas l'esprit de la réponse : on peut s'en sortir en adaptant le bobinage.

Pour moi la bonne solution est le circuit magnétique.

Si la ferraille guide le champ et que les spires sont autour, alors les spires ne coupent pas le champ...

Pareil, mauvaise lecture du message de bobflux.

Depuis le départ le problème est plus lié à la force de Lorentz qu'à la loi de Lenz-Faraday, j'ai donc interprété l'intervention de bobflux à la lumière de la force de Lorentz alors qu'il était sur la loi de Lenz-Faraday. Donc :

Voir la Loi de Lens-Faraday.

Je regarderais plutôt du côté de la force de Lorentz vue la description de JeanCanada (la loi de Lenz-Faraday avec circuit mobile permet de retomber dessus...).

[JeanCanada]

Merci Phuphus!