Comment fabriquer une éolienne domestique?

Dans cette notice, nous allons vous présenter les différentes étapes de construction d’une éolienne domestique. Il est important de comprendre
la relation entre l’action du moteur qui produit du courant alternatif et la transformation en courant continu pour une utilisation domestique. Tous les éléments peuvent être récupérés et dimensionnés en fonction de la taille de l’éolienne dessinée.

Les moteurs pas-à-pas bilatéraux ont comme particularité de tourner dans un sens si on leur envoie un courant électrique et de produire du courant quand ils tournent dans l’autre sens. Il est possible de récupérer le moteur pas-à-pas dans une vieille imprimante.

Si vous n’en trouvez pas ou si les moteurs trouvés ont une intensité trop faible (minimum 5V), vous pouvez acheter un moteur.

PIÈCES À SE PROCURER: Le moteur peux être acheter ou récupéré.

Ici, on veut connaître l’intensité dégagée par le moteur, nous allons sélectionner les fils qui seront ensuite raccordés à notre circuit électronique.

1. Dénuder les fils: Avec une pince à dénuder ou un cutter, on retire 5 mm de gaine en bout de câble pour pouvoir créer une zone de contact avec les électrodes du voltmètre.

2. Positionner le moteur:  Positionner l’axe du moteur dans le mandrin de la perceuse pour simuler l’entraînement des futurs pâles et numéroter les couples de fls à tester.

3. Positionner le voltmètre: Régler le voltmètre sur la position courant alternatif, positionner les électrodes sur le premier couple de fls et faire tourner le moteur à l’aide de la perceuse pour commencer les mesures.

4. Choix des couples de fils:  Une fois les mesures terminées, sélectionner les deux couples de fls ayant la plus haute tension. Ce sont ces fils qui seront à raccorder au circuit électronique.

Le circuit électronique est l’élément qui va vous permettre d’utiliser l’énergie électrique produite par le moteur. Il doit être dimensionné en fonction de la tension développée par le moteur et en fonction de l’usage que vous voulez faire de votre éolienne. Le circuit électronique sera bien sûr diférent si vous voulez charger une batterie USB ou une batterie 12V.

PIÈCES À SE PROCURER : Il existe une multitude de composants électroniques, ici nous vous indiquons des composants classiques pour travailler en 5V et en 12V. N’hésitez pas à demander conseil à un technicien pour dimensionner votre circuit diféremment.

Avant d’assembler votre circuit électronique, préparer soigneusement tous les éléments.

A. Percer la plaquette:  Percer des trous au diamètre des broches des composants pour les assembler.

B. Les Redresseurs:  Les redresseurs permettent de redresser le courant alternatif en sortie du moteur, on parle de courant alternatif redressé. Il faut un redresseur par couple de fils sortant du moteur.

C. Le condensateur:  Le condensateur permet d’emmagasiner une faible quantité d’énergie et de la restituer de façon stable. À ce stade on parle de courant alternatif stabilisé.

D.Le Régulateur:  Le régulateur va stabiliser au maximum notre signal électrique et le fxer à la valeur de sortie choisie. Lorsque la tension sortante est stable et continue, on peut raccorder le circuit à un système de charge.

Courant alternatif en sortie de moteur

Courant alternatif redressé

Courant alternatif stabilisé

Courant continu et stable

1. Redresseur

2. Condensateur

3. Régulateur

4. Prise femelle USB

Pour assembler votre circuit électronique, vous pouvez souder des fils ou utiliser de la gaine thermo rétractable.

Régulateur- Sortie positif

Régulateur- Sortie négatif

Régulateur- Entrée positif

Régulateur- Entrée / sortie négatif (GND)

Condensateur- Entrée/ sortie négatif

Condensateur- Entrée/ sortie positif

Redresseur- Sortie / connecter les bornes négatives entre elles

Redresseur- Sortie / connecter les bornes positives entre elles

Entrée courant alternatif-  Connecter les couples de câbles du moteur aux bornes alternatives des redresseurs

L’éolienne tourne sous l’effet du vent. Plus ce dernier sera continu et sans à-coup, plus l’éolienne produira une tension stable. Le vent se perturbe près du sol dû aux obstacles, le mieux est donc de positionner votre éolienne en hauteur.

PIÈCES À DÉCOUPER ET À SE PROCURER : Le bois pour le mat peut être récupéré, tout comme la roulette multidirectionnelle. Adapter le dessin et les côtes en fonction des composants.

A. Percer le haut du mât:  Avec une mèche à bois de 10mm, percer le mât afn de créer un conduit coudé étanche où l’on pourra faire passer les fils du moteur vers le boitier électronique.

B. Préparer la roulette:  Chasser la goupille et retirer la roue du support en acier. Percer un trou au centre de l’embase pour permettre le passage des fils du moteur. En fonction du modèle de roulette choisi, il est possible d’avoir à réaliser une gorge sur l’avant pour le passage des fils.

C. Assembler le mât et le pivot:  Pré-percer le bois pour ne pas le fendre et visser le pivot en haut du mât. Faire attention à ce que le conduit du mât et le perçage de la roulette soit bien en face.

Le corps de l’éolienne permet de créer un compartiment solide et étanche pour insérer le moteur et le protéger des intempéries. Il sert également d’aileron pour orienter toujours les pales face au vent.

PIÈCES À DÉCOUPER : Les planches de bois peuvent être récupérées, faire attention à ce que la largeur des 3 planches superposées soit 2cm plus large que le moteur.

Les dimensions des découpes, perçages et défonces ne sont pas données car elles varient en fonction des composants récupérés.

A. Préparer les parties latérales: Découper deux pièces de bois : droites d’un côté, avec l’angle du pivot de l’autre côté. Avec un ciseau à bois, faire une défonce aux dimensions du moteur qui servira de logement étanche. En fonction de l’épaisseur des planches de bois, la profondeur de la défonce va varier.

B. Découper la partie centrale: Découper une planche droite de chaque côté et réaliser une découpe en angle droit sur la partie avant. Veiller à l’alignement des diférents éléments. Positionner les deux parties et le pivot pour marquer le point de fixation puis pré-percer.

C. Assembler l’ensemble:  Avec de la colle à bois et des serres joints, assembler les 3 éléments pour former le corps de l’éolienne. Avant collage, s’assurer que le moteur loge correctement dans le compartiment créé.

Les pales de l’éolienne assurent la transmission du mouvement au moteur. Les pales ont toujours un bord d’attaque et un bord de fuite, le profl permet la prise au vent et une bonne rotation. Dans la théorie, plus les pales sont longues, plus elles tourneront vite, la prise au vent étant plus grande. Cependant, des pales trop longues seront plus lourdes et donc plus difciles à entraîner. Nous avons testé plusieurs assemblages : un à 3 pales et un à 4 pales, celui à 3 pales nous semblait plus performant. Meilleur démarrage à faible vent et tension de sortie plus stable.

PIÈCES À DÉCOUPER : Les diférentes pièces de bois peuvent être récupérées.

Les dimensions sont données à titre indicatif, elles sont à ajuster en fonction des composants.

A. Fabriquer les pales:  Découper le profil de la pale. Pour un assemblage 3 pales, découper à chaque fois une des extrémités avec un angle de 120°. Avec un rabot, créer le bord d’attaque et le bord de fuite des pales.

B. Fabriquer le support:  Découper un hexagone en fonction de la largeur des pales. Percer un trou au centre correspondant au diamètre de la tige du moteur pour être certain de créer un alignement pales/moteur.

C. Assembler les pales:  Avec de la colle à bois et des serre-joints, assembler les 3 pales de l’éolienne. Faire attention au centrage sur le support.

D. Sécuriser:  Percer des trous diamètre 8mm, ajouter de la colle à bois et insérer des tourillons pour assurer la solidité de l’ensemble. Araser les tourillons et poncer. Les trous pour les tourillons peuvent être percés après le collage des pales.

Pour fixer les pales au moteur, il faut souder une plaque d’acier support. Cette plaque permettra de fxer les pales et de les changer si besoin. L’ajout d’une plaque intermédiaire en plexiglas est optionnel mais permet d’étanchéifer le bloc moteur au moment de son raccordement au corps de l’éolienne.

PIÈCES À DÉCOUPER : Les matériaux peuvent être récupérés et le plexiglas peut être remplacé par un autre matériau assurant l’étanchéité du boîtier.

La soudure comporte des risques, veiller à porter des protections adaptées.

A. Préparer le moteur:  Mettre une noisette de graisse à la base de l’axe pour étanchéifer le moteur.

B. Installer la protection:  Découper la plaque aux dimensions du corps de l’éolienne et percer des trous aux diamètres correspondants : un pour l’axe du moteur et 4 pour les fxations. Positionner et visser la plaque au moteur. Mettre de la graisse autour de l’axe pour s’assurer qu’il n’y a pas de frottement.

C. Souder le support de pales:  Dans une tôle d’acier de 3mm, découper un carré de 7cm de côté, percer au centre un trou correspondant au diamètre de l’axe du moteur et percer un trou dans les 4 angles au diamètre d’une vis. Positionner sur le moteur et souder la plaque d’acier à l’axe.

Trucs et astuces:  Pour s’assurer que la plaque est bien perpendiculaire à l’axe, prendre 4 écrous et les placer entre la plaque de plexiglas et la tôle à souder. Cela permet de positionner des serre-joints en gardant l’alignement des différentes pièces.

Joints étanches:  Au moment d’installer le bloc moteur, il est possible de le sceller avec un cordon de mastic colle.

Le boîtier électronique peut prendre n’importe quelle forme, l’important est qu’il soit étanche et facilement accessible. C’est l’endroit où les fls du moteur seront raccordés au circuit électronique, ce sera aussi l’emplacement de sortie de la prise USB ou 12V.

PIÈCES À DÉCOUPER ET SE PROCURER : Les différents éléments peuvent être récupérés et sont à découper selon les dimensions du circuit électronique.

A. Raccordement du moteur:  Comme indiqué sur le schéma électronique, raccorder les couples de fls du moteur au circuit électronique en passant par le pivot et la goulotte créée dans le mât.

B. Fixer le circuit électronique:  Après avoir raccordé le circuit au moteur, le fxer au mât proche de la sortie de câbles.

C. Fabriquer le boîtier:  Autour du circuit électronique, fabriquer un boîtier en fixant deux planches sur les côtés du mât, un fond percé pour laisser passer les câbles et un toit avec un léger débord pour l’écoulement de l’eau. Faire attention à ce que le dégagement du boîtier ne gêne pas les pales de l’éolienne lors de leur rotation. Pour vérifer, faire tourner l’éolienne dans tous les sens.

D. Étanchéifer et fermer le boîtier:  Positionner des joints sur les tranches puis placer la porte. Pour fixer la porte, mettre des charnières sur les côtés avec un crochet pour maintenir fermé ou placer des élastiques sur le mât pour fermer facilement et rapidement le boîtier.

Après utilisation de l’éolienne, plusieurs améliorations peuvent être envisagées pour rendre l’éolienne plus fonctionnelle.

1- Ajouter un commutateur: 

Dans le cas d’un circuit avec une commutation possible entre 5V et 12V, un commutateur permet de passer facilement du 5V au 12V sans avoir à ouvrir le boitier électronique.

2- Ajouter une accélération sur le moteur: 

Déporter l‘axe de rotation des pales de celui du moteur et assurer une transmission par des poulies dentées ou des pignons permet de créer une accélération sur le moteur pour garantir une production d’électricité stable même par vent faible.

3- Installer un régulateur de charge:

Le régulateur de charge permet de stopper la charge quand la batterie est pleine afn d’éviter de l’endommager. Pour une batterie 5V USB ce n’est pas un problème car le régulateur est déjà dans le circuit électronique interne de la batterie, par contre, un régulateur est à installer pour charger une batterie 12V.

4- Installer un moniteur: 

Un moniteur LCD permet en temps réel de mesurer la tension, l’intensité et donner une indication sur l’énergie produite en watt/heure.