Fabrication d’un générateur à aimants permanents

Dans l’article précédent nous avons vu qu’il était possible de produire du courant avec une bobine de cuivre en déplaçant un aimant devant : Produire du courant électrique avec un aimant et une bobine de cuivre.

Pour passer au niveau supérieur dans la production de courant électrique il faut concevoir un système qui permette de produire un déplacement de l’aimant de façon régulière par rapport à la bobine et qui pourra être entretenu sans trop se fatiguer…

Le plus simple, c’est de créer un système à deux parties. Une partie fixe, le stator et une partie mobile, le rotor. Les aimants seront déplacés selon un mouvement rotatif et passeront devant les bobines fixes du stator. C’est le système utilisé dans les alternateurs qui sont des générateurs de courant électrique alternatif.

Générateur à aimants permanents et bobines de cuivre

Pour mon premier générateur, j’utilise 2 bobines de cuivre et 2 aimants permanents. Le cuivre utilisé est émaillé et fait 1mm de diamètre, et chaque bobine compte 120 spires. Les aimants sont des aimants permanents en néodyme de dimension 1cmx2cmx4cm.

Voici la vidéo de mon premier générateur de courant. Il est simple à fabriquer, si cela vous intéresse je vous invite à lire l’article qui le ai dédié : Fabrication de mon premier générateur de courant alternatif.

Cet alternateur permet déjà de produire du courant. Il fait clignoter la LED lorsqu’il tourne rapidement mais au fur et à mesure qu’il perd de la vitesse, la LED ne s’allume plus au passage de l’aimant au dessus des bobines.

Bobines en série et addition des tensions

Vous l’avez remarqué, ce générateur est constitué de 2 bobines et de 2 aimants, mais pour que la tension finale en sortie du générateur soit optimale, ces éléments ne sont pas positionnés au hasard. En fait, ils sont disposés de sorte que les bobines génèrent des tensions identiques à chaque instant. On dit qu’elles sont en phase. Pour que les bobines soient en phase, il faut qu’elles soient survolées par un aimant au même instant et que les aimants leur présentent un pole identique.

Ainsi, en les branchant en série, la tension résultante sera le double de la tension générée par une seule bobine.

L’image ci-dessous représente le circuit formé par le montage.

Circuit à 2 bobines en série et 1 LED
Circuit à 2 bobines en série et 1 LED

 

Pourquoi la LED clignote ?

La LED clignote au lieu de rester allumée pour une simple raison : la tension minimale requise pour l’allumer n’est dépassée que de façon intermittente. Cela s’explique par le fait que la tension générée par le générateur est alternative, sa valeur varie dans le temps selon une courbe sinusoïde.

Pour illustrer ce phénomène, voici le schéma de la courbe de la tension aux bornes de le LED en fonction du temps. On remarque facilement que la tension nécessaire à l’allumage de la LED n’est atteinte que périodiquement.

Courbe de tension aux bornes de le LED. Mise en évidence des moments pendant lesquels la tension est suffisante pour allumer la LED.
Courbe de tension aux bornes de le LED. Mise en évidence des moments pendant lesquels la tension est suffisante pour allumer la LED.

Améliorer de générateur en ajoutant des bobines et des aimants

Ce que l’on souhaite : produire une plus grande tension électrique sans avoir besoin d’augmenter la vitesse de rotation du générateur.

L’une des solutions à notre disposition est l’ajout de bobines.

Seulement, il ne suffit pas de les positionner et de les brancher entre elles n’importe comment. Pour que la tension en sortie du générateur soit supérieur aux tensions générées par chacune des bobines, il faut, là encore, que les bobines soient en phase et branchées en série.

Cela implique également d’ajouter des aimants pour que chaque bobine soit visitée par un aimant au même instant. Les aimants ne doivent pas être positionnés au hasard non plus, ils doivent être placés de façon à ce qu’à l’instant « t » les bobines soient visitées par un même pôle.

Doubler le nombre d’aimants

En soi, l’ajout d’aimants ne va pas augmenter la tension maximum générée à une vitesse donnée. Mais il est possible d’optimiser la variation de flux magnétique en doublant le nombre d’aimants et en les disposant de façon à alterner pôles sud et pôles nord.

Avec ce générateur, la LED commence à clignoter pour des vitesses de rotation plus faibles qu’avec le précédent. A partir d’une certaine vitesse, il devient difficile d’augmenter encore cette vitesse car la rotation est freinée par le flux magnétique généré par les bobines lorsque’un courant circule à l’intérieur.

Détails de la fabrication du générateur de courant

Si vous souhaitez savoir comment fabriquer une telle génératrice, je vous invite à suivre la série de vidéos que j’ai publié dans laquelle vous découvrirez étape par étape la construction de mon générateur.

Pour aller plus loin : transformer le courant alternatif en courant continu

Ce générateur produit un courant alternatif. Malheureusement ce courant ne peut pas être utilisé tel quel… Dans un prochain article nous allons voir comment transformer ce courant pour le rendre exploitable sur divers récepteurs (LEDs, ampoules, accumulateurs…). Redresser le courant alternatif pour obtenir du courant continu

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