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3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-19T09:33:01Z

Pierrick : /* Generator choice */

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

The different results obtained at the Von Karman Institute can be analysed. They represent the evolution of the power coefficient ( percentage of the wind power converted in mechanical power) function of the tip speed ratio ( ratio between the speed at the end of the blades and the wind speed). The tip speed ratio of design was 3. We can see on our graphs that the power coefficient maximum is obtained for a tip speed ratio near the designed one. The power coefficient reaches 0.4 for the first set of blades and 0.38 for the second one. These values equal or exceed the values of others small wind turbines with which we compared our prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

Normally, any DC generator can be used if the design of the nacelle is adapted. It has to be kept in mind that the nominal rotational speed of the set of blades and his nominal torque must remain lower than those of the generator. Indeed, if the rotational speed exceed its maximum value, it may cause dommages to the generator. If the torque exceed the maximum one, it will be impossible to brake the wind turbine and will cause the destrution of the generator. The designed rotational speed is fixed by the tip speed ratio for the nominal wind speed. The maximum torque is given by the matlab program for any type of set of blades.

=== Blades design ===

Thanks to our matlab program (available in file section), it is possible for everyone to create his own set of blades. Several parameters can be modified and put in arguments: profile type, radius of the blades, designed wind speed and designed wind speed ratio.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[https://makilab.org/sites/default/files/microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip CAO files]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-18T11:38:29Z

Pierrick : /* Blades design */

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

The different results obtained at the Von Karman Institute can be analysed. They represent the evolution of the power coefficient ( percentage of the wind power converted in mechanical power) function of the tip speed ratio ( ratio between the speed at the end of the blades and the wind speed). The tip speed ratio of design was 3. We can see on our graphs that the power coefficient maximum is obtained for a tip speed ratio near the designed one. The power coefficient reaches 0.4 for the first set of blades and 0.38 for the second one. These values equal or exceed the values of others small wind turbines with which we compared our prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Thanks to our matlab program (available in file section), it is possible for everyone to create his own set of blades. Several parameters can be modified and put in arguments: profile type, radius of the blades, designed wind speed and designed wind speed ratio.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[https://makilab.org/sites/default/files/microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip CAO files]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-18T11:33:26Z

Pierrick : /* Results at the von Karman Institute */

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

The different results obtained at the Von Karman Institute can be analysed. They represent the evolution of the power coefficient ( percentage of the wind power converted in mechanical power) function of the tip speed ratio ( ratio between the speed at the end of the blades and the wind speed). The tip speed ratio of design was 3. We can see on our graphs that the power coefficient maximum is obtained for a tip speed ratio near the designed one. The power coefficient reaches 0.4 for the first set of blades and 0.38 for the second one. These values equal or exceed the values of others small wind turbines with which we compared our prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[https://makilab.org/sites/default/files/microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip CAO files]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-18T11:31:03Z

Pierrick : /* Results at the von Karman Institute */

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

The different results obtained at the Von Karman Institute can be analysed. They represent the evolution of the power coefficient ( percentage of the wind power converted in mechanical power) function of the tip speed ratio ( ratio between the speed at the end of the blades and the wind speed). The tip speed ratio of design was 3. We can see on our graphs that the power coefficient maximum is obtained for a tip speed ratio near the designed one. The power coefficient reaches 0.4 for the first set of blades and 0.38 for the second one. These values equal or exceed the values of others small wind turbines with wich we compared our prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[https://makilab.org/sites/default/files/microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip CAO files]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-18T04:37:31Z

Pierrick : /* Files */

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[https://makilab.org/sites/default/files/microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip CAO files]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-17T11:56:21Z

Pierrick : /* Fichiers */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mini, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la partie du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Fichier:microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip|fichiers CAD]]

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-17T11:55:59Z

Pierrick : /* Fichiers */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mini, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la partie du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[microwindturbine_CAD_Igot_Snyers.zip|fichiers CAD]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T07:17:57Z

Pierrick :

''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T07:17:18Z

Pierrick : /* Replicability */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

=== Generator choice ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Blades design ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Regulation ===

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T07:15:39Z

Pierrick : /* Test bench */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

The schematic of our test bench can be found hereinbelow. The generator output is triphased, we passed in DC with a rectifier. A boost converter is then placed followed by a resistive charge. This boost allows to vary the charge seen by the windturbine. So we can fix any rotational speed at any imposed wind speed. We know in real time the rotational speed of our windturbine thanks to the encoder connected to the generator. Based on the real time rotational speed, we regulate the boost duty cycle with a Proportional Integral control.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T05:54:00Z

Pierrick : /* Results at the von Karman Institute */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

==Replicability==

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T05:53:19Z

Pierrick : /* Files */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

==Replicability==

== Files ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T05:52:49Z

Pierrick : /* Test bench */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

==Replicability==

=== Files ===

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T05:50:05Z

Pierrick : /* Manufacturing & Assembly */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts. Keys used to guide the assembly have a parallelipiped shape with a 4mm side. (see technical drawings for all lengths (it depends on the set of blades choosen)).
* All others bolts and nuts used in our design are M5 (lengths are available on technical drawings)

==Tests==

===Test bench===

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

==Replicability==

=== Files ===

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-17T05:43:16Z

Pierrick : /* Manufacturing */

[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]
''Pour la traduction française, voyez '''[[Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D|ici]]'''.

== Objectives==

Objectives of this project were deduced from two facts. The first one is that the renewable energies are more and more important in our society. They are one of the solutions we found at actual energetical and ecologial problems we have to deal with. The second one is that more and more Fab labs are created. These places allow everyone to realise self-designed objects. 3D printers are some machines among others that can be used to create these objets.

Based on these two facts, we defined the subject of our project: the design and test of a 3D-printed horizontal axis windturbine.

==Design==
In this part, we will explain the main design choices that we made

===3D printer===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]The printer that we used is a [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. We chose this printer because it has a good precision of printing and uses a thermoplastic, the ABS. The ABS possesses better mechanical properties than the others thermoplastics available on the other printers. The ABS is more ductile and more resistant. The main constraint we will have to deal with with this printer is the maximum size of the pieces to print. Indeed, the printing volume of the Up Mini is of 120 x 120 x 120 mm.

===Generator===

The generator that we chose is a [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. This generator is followed by a gearhead that allowed to increase the permitted maximum admission torque to 1.48Nm. It also enables some admission rotational speeds that are consistent with those of the hub untill 758.4rpm. An encoder connected to the generator allows to know at every moment its rotational speed.

===Blades===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Due to the printer choice, we were forced to create blades in several pieces. We decided to design two sets of blades. The first one has a 70cm diameter and blades are formed of 3 pieces. The second one possesses a 100cm diameter and blades are made of 4 pieces (see picture of assembly). To determine the shape of these blades, we used a matlab program that gives the form and the twist of the profiles as function of the radius. This matlab program takes as arguments: the type of profile used, the design wind speed, the design tip speed ratio and the desired rotor radius (for more details: see master's thesis). The implemented method is a improved version of the Blade Element Momentum method (BEM)

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

The hub has two main functions: to assure the blades position avoiding any rotation or unhooking of those, to transmit the torque to the generator. In our project, the different blades foots placed together form a cylinder. This one is then covered by the two parts of the hub. We maintain the assembly fixed with nuts and bolts. The first part, the nose, possesses also an aerodynamic function. The second part is resistant and fully printed because it transmits the torque to the generator. The assembly between the hub and the generator uses a key. A compression screw was added to press the key and maintain the rotor in place on the generator shaft.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

The main function of the nacelle is to maintain the generator in position and to maintain all the assembly stable on the top of the tower. The tail fin is also fixed on the nacelle. It will orientate the hub en front of the wind. We decided to use the 3D printing to create an original shape. Indeed, 3D printing allows the design of pieces that would be extremely expensive to create with classic manufacturing means. The shape we designed uses the Venturi effect to create an air flux on the surface or the generator. It permits to cool it more efficiently and so to increase the general efficiency. The ABS is a thermoplastic and doesn't resist at high temperatures. In our project, the uses of this type of cooling turned out to be necessary. The assembly of the nacelle is shown on the hereby picture.

==Manufacturing & Assembly==

The different pieces we designed during the project are available in CAD format and stl format. The first format allows anybody who would like to do it to improve the pieces or to try new designs. The second one is the format used by most 3D printers. It allows the direct printing of the prototype.

The main parameters that we used for the manufacturing of the pieces are the printing precision and the filling. Regarding precision, we used the best precision available on the Up Mini, layers of 0.2mm. The precision is important for the profiles of the blades because it influences the aerodynamics. The Up Mini has 4 different filling parameters: negligible, slight, medium and full. We used te medium filling for most of the pieces. It allowed to obtain pieces sufficiently resistant for reasonable masses and costs. Moreover, it was important not to weigh down the blades to limit centrifugal stresses. The only pieces fully filled are:
* the hub part that transmits the torque because it is the piece more inclined to delamination
* the parts of the nacelle that constrain the generator because they also suffer important stresses

The assembly of the different parts is simple:
* blades are assembled with threaded rods and M3 nuts.

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

===Test bench===

[[Fichier:Regulation_bis.png|Regulation|400px|center]]

===Results at the ''von Karman Institute''===

==Replicability==

=== Files ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-14T12:50:46Z

Pierrick : /* Fabrication des pièces & Assemblage */

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-14T12:31:08Z

Pierrick : /* Fabrication des pièces & Assemblage */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mini, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-14T11:25:14Z

Pierrick : /* Fichiers */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Fichier:thesis.pdf|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

Fichier:Thesis.pdf

2016-10-14T11:24:01Z

Pierrick :

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-14T11:21:33Z

Pierrick : /* Fichiers */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Fichier:thesis.pdf|Master's thesis|pdf du mémoire]]

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-13T11:45:49Z

Pierrick : /* Design */

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-13T11:42:57Z

Pierrick : /* Conception */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un thermoplastique et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Catégorie:Projets]]

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-13T10:47:20Z

Pierrick : /* Design */

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-13T10:18:17Z

Pierrick :

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-13T10:17:44Z

Pierrick :

3D-printed horizontal-axis micro wind turbine

2016-10-13T10:14:36Z

Pierrick : /* Objectives */

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T17:38:32Z

Pierrick :

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

== Fichiers ==

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T17:35:42Z

Pierrick : /* Choix du générateur */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

A priori, n'importe quel générateur DC peut être utilisé a condition d'adapter via un programme CAO la nacelle qui va clamer le générateur. Il faut néanmoins faire attention à ce que la vitesse de rotation nominale du set de pale et son couple nominal soient inférieur à ceux du générateur. En effet, si ces données excèdent les valeurs critiques, des dégâts irrémédiables peuvent se produire. La vitesse de rotation de design est fixée par le tip speed ratio à vitesse de vent nominale et le couple maximal du set de pales est donné par le programme matlab.

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T17:30:02Z

Pierrick : /* Design des pales */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

Grâce au programme matlab fourni en fichier annexe, il est possible pour tout un chacun de créer ses propres pales. Il est ainsi possible de changer le type de profil, le rayon de pale ou la vitesse de vent et tip speed ratio de design.

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:31:54Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

Les différents résultats que nous avons obtenus au VKI peuvent être analysés. Ils représentent l'évolution du coefficient de puissance ( pourcentage de la puissance reçue du vent en énergie mécanique) en fonction du tip speed ration (rapport entre la vitesse en bout de pale et la vitesse du vent). Le tip speed ratio que nous avons utilisé pour le design des pales valait 3. Nous pouvons voir sur nos graphes que c'est bien autour de cette valeur-là que le coefficient de puissance est le plus important. Cette valeur du coefficient de puissance atteint 0.4 pour le premier set de pales et 0.38 pour le second. Ces valeur sont égales ou supérieures aux micro éoliennes avec lesquelles nous avons comparé notre prototype.

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:27:27Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]

[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:27:13Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|center]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:25:37Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|500px|left]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|500px|right]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:25:13Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|500px|left]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|500px|right]]

{{clr}}

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:24:50Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|500px|left]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|500px|right]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:24:25Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|400px|left]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|400px|right]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Fichier:Vki2.png

2016-10-11T10:23:50Z

Pierrick :

Fichier:Vki1.png

2016-10-11T10:23:28Z

Pierrick :

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:22:59Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

[[Fichier:vki1.png|Micro-éolienne|600px|center]]
[[Fichier:vki2.png|Micro-éolienne|600px|center]]

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:21:49Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

{{multiple image
| width = 100
| footer = Deux cartons utilisés par les arbitres de football
| image1 = vki1.png
| alt1 = Carton jaune
| caption1 = Avertissement
| image2 = vki2.png
| alt2 = Carton rouge
| caption2 = Expulsion
}}

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:21:00Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

<pre style="overflow:auto;">
{{multiple image
| width = 100
| footer = Deux cartons utilisés par les arbitres de football
| image1 = vki1.png
| alt1 = Carton jaune
| caption1 = Avertissement
| image2 = vki2.png
| alt2 = Carton rouge
| caption2 = Expulsion
}}
</pre>

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:19:27Z

Pierrick : /* Données obtenues au VKI */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

{{multiple image
| width = 100
| footer = Deux cartons utilisés par les arbitres de football
| image1 = vki1.png
| alt1 = Carton jaune
| caption1 = Avertissement
| image2 = vki2.png
| alt2 = Carton rouge
| caption2 = Expulsion
}}

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:15:37Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

Le schéma complet de notre banc d'essai peut être trouvé ci-dessous. La sortie de notre générateur étant triphasée, nous passons en tension continue via un redresseur. Nous plaçons ensuite un convertisseur boost suivi d'une charge résistive. Ce convertisseur va permettre de faire varier la charge vue par l'éolienne et ainsi de faire fonctionner celle-ci à différentes vitesses de rotation pour une vitesse de vent donnée. Nous connaissons en temps réel la vitesse de rotation de notre éolienne grâce à l'encodeur branché au générateur. En se basant sur cette vitesse de rotation, nous régulons le duty cycle de notre boost avec un régulateur Proportionnel Integral.

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:10:52Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|600px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:10:39Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|300px|center]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Fichier:Test.png

2016-10-11T10:07:17Z

Pierrick :

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:06:44Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|300px|right]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:04:43Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

[[Fichier:test.pdf|Micro-éolienne|300px|right]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]

Fichier:Test.pdf

2016-10-11T10:04:11Z

Pierrick :

Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

2016-10-11T10:02:35Z

Pierrick : /* Banc de test */

''For the English translation, see '''[[3D-printed horizontal-axis micro wind turbine|here]]'''.
[[Fichier:micro_eolienne_rotor1.jpg|Micro-éolienne|300px|right]]

== Objectifs du projet==

Nous sommes parti de deux constats pour définir les objectifs de notre projet. Le premier est que les énergies renouvelables prenaient de plus en plus d'ampleur dans notre société et se révèlent être une solution aux problèmes énergétiques et écologiques actuels. Le second est que nous pouvons voir la création de plus en plus de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Fab_lab Fab labs]. Ceux-ci permettent à tout un chacun de réaliser les objets qu'il aura designé lui-même et ce notamment avec des imprimantes 3D.

Partant de ces deux constats, nous avons défini l'objectif de notre projet: réalisation d'une éolienne à axe horizontale dont la majorité des pièces aura été imprimée grâce à une imprimante 3D.

==Conception==
Dans cette partie, nous allons expliquer les principaux choix de conception que nous avons effectué.

===Choix de l'imprimante 3D===
[[Fichier:Up_mini.jpg|Micro-éolienne|200px|right]]
L'imprimante que nous avons utilisé est la [https://www.up3d.com/?r=mini Up Mini]. Nous avons choisi cette imprimante car elle possède une bonne précision et surtout utilise comme thermoplastique l'ABS. L'ABS est en effet plus ductile et résistant que les thermoplastiques des autres imprimantes 3D mises à notre disposition. La principale contrainte résultant de ce choix d'imprimante est la taille des pièces potentiellement imprimables. De fait, le volume d'impression de la Up Mini est de 120 x 120 x 120 mm.

===Choix du générateur===

Le générateur que nous avons choisi est un [http://www.maxonmotor.com/medias/sys_master/root/8807110639646/13-381-EN.pdf Maxon EC-40]. Ce générateur était suivi d'un réducteur, ce qui a permis d'augmenter le couple maximal admissible à 1.48Nm en entrée. Cela a également autorisé des vitesses de rotation d'entrée cohérentes pouvant aller jusque 758.4rpm. Un encodeur a permis de connaitre à tout instant la vitesse de rotation de celui-ci.

===Pales===

[[Fichier:Pale_eclatee.png|Micro-éolienne|500px|right]]

Du fait du choix de l'imprimante 3D, nous avons été obligés de créer les pâles en plusieurs morceaux. Nous avons décidé de créer deux sets de pâles. Le premier a un diamètre de 70cm et des pales composées de 3 morceaux. Le second possède un diamètre de 100cm et des pales composées de 4 morceaux (voir assemblage ci-joint). Pour déterminer la forme à donner à ces pales, nous avons utilisé un programme matlab donnant la forme et le twist du profil en fonction du rayon partant du centre du rotor. Ce programme matlab nécessite comme arguments: le type de profil utilisé, la vitesse de vent de design, le tip speed ratio de design et le rayon désiré du rotor (pour plus de détails: voir mémoire). La méthode implémentée dans le programme matlab est une Blade Element Momentum method (BEM) améliorée.

===Hub===

[[Fichier:Hub.png|Micro-éolienne|200px|right]]

Le hub a deux fonctions principales: maintenir les pales en position et empêcher toute rotation ou décrochage de celles-ci, transmettre le couple au générateur. Dans notre projet, les différents pieds de pales forment ensemble un cylindre. Celui-ci est ensuite recouvert par les deux parties du hub que nous fixons ensemble grâce à des boulons. La première partie, le nez, a également une fonction aérodynamique. La seconde partie est robuste et imprimée en plein car c'est elle qui reprend le couple et le transmet au générateur. L'assemblage entre le hub et le générateur se fait par clavette auquel nous avons ajouté une vis de serrage.

===Nacelle===

[[Fichier:Nacel.png|Micro-éolienne|300px|right]]

La fonction principale de la nacelle est de maintenir le générateur en position et de maintenir le tout en équilibre sur le mât. C'est également sur la nacelle que va se fixer la dérive qui permet de maintenir l'éolienne en alignement avec le vent. Nous avons décidé d'utiliser l'impression 3D pour créer une forme originale. En effet, l'impression 3D permet de créer des pièces qui se révéleraient extrêmement cher par usinage classique. La forme que nous avons conçue utilise l'effet venturi pour créer un débit d'air plus important en surface du générateur. Cela permet de le refroidir plus efficacement et ainsi d'améliorer son rendement. L'ABS étant un polymère et ne résistant pas à d'importantes températures, l'utilisation de ce type de refroidissement s'est même avéré nécessaire. L'assemblage de la nacelle peut être observé sur l'image ci-jointe.

==Fabrication des pièces & Assemblage==

Les différentes pièces que nous avons créées durant ce projet sont disponible en format CAO et en format stl. Le premier format permet à quiconque qui le désirerait d'améliorer lui-même les pièces et d'essayer de nouveaux designs. Le second format est le format utilisé par la plupart des imprimantes 3D. Il permet l'impression directe des pièces de notre prototype.

Les paramètres principaux que nous avons utilisé dans la fabrication des pièces sont la précision de l'impression et le remplissage. Concernant la précision, nous avons utilisé la meilleure précision possible avec la Up Mine, c'est à dire une précision de 0.2mm par couche. La précision se révèle particulièrement importante pour le profil des pales car elle influence l'aérodynamisme. La Up mini possède 4 paramètres différents de remplissage: minime, léger, moyen et total. Nous avons utilisé un remplissage moyen pour la plupart des pièces. Cela permettait d'obtenir des pièces suffisamment résistantes à des poids et coûts raisonnables. De plus, il était important de ne pas trop alourdir les pales pour limiter les efforts centrifuges. Les seules pièces avec un remplissage total sont:
* la parti du hub qui transmet le couple car elle est la pièce la plus susceptible de se délaminer
* les deux parties de la nacelles qui clament le générateur car elles subissent également d'importantes contraintes

L'assemblages des différentes parties se fait simplement:
* les pales s'assemblent avec des tiges filetées et des écrous de M3. Les clavettes utilisées pour guider l'assemblage sont de forme parallélépipédique de 4mm de côté. (voir dessins techniques pour la longueur des tiges filetées et la longueur des clavettes (dépend du set de pale choisi))
* Tous les autres boulons utilisés sont de type M5 (les différentes longueur sont disponibles dans les dessins techniques)

==Tests==

=== Banc de test ===

[[Fichier:test.png|Micro-éolienne|300px|right]]

=== Données obtenues au [https://en.wikipedia.org/wiki/Von_Karman_Institute_for_Fluid_Dynamics_(VKI)/ VKI] ===

== Reproductibilité ==

=== Choix du générateur ===

=== Design des pales ===

=== Régulation ===

[[Catégorie:Projets]]