Micro-éolienne à axe horizontal imprimée en 3D

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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 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

L'imprimante que nous avons utilisé est la 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 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

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

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.