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Fonctional eolienne with Darrieus propeller and axial flux generator

by magic_mushrooms, published

Fonctional eolienne with Darrieus propeller and axial flux generator by magic_mushrooms Jun 18, 2015

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Hello,

Here is my wind turbine that is fully printed PLA.

All other parts for assembly are easily found online or in stores.

It is fully functional (it is still in process but I will put my page updated with new photos and comments)

She is "vertical axis" to facilitate the passage of electrical son but can be installed horizontally (eg a roof)

It consists of a Darrieus type of propeller that is light and easy to build with a 3D printer (multipart). It has an average return but works regardless of the wind direction and even with very strong winds.

To produce electricity, I printed a generator "axial flux" PLA. It works perfectly, it mainly consists of a brass plate coils (electrical power depends on the diameter of the wire used) and two plates of neodymium magnets.

I have a small printer (micro delta) that I use to its limits so usually everyone can print all the files on all other printers. (In case of problems, do not hesitate to contact me to find a solution together)

Propeller Darrieus:

It consists of three vertical blades which are offset by 120 degrees.

Each blade measures 60 cm high and 11 cm wide.

To print, I have modeled several parts that are assembled with two threaded rods M5 brass.

All the blades are secured with stainless steel tubes of 10 mm in diameter.

Axial flux generator:

The central plateau is made up of 9 coils connected in series star and PLA bonded between two pieces (with an epoxy adhesive).

I used 0.5mm diameter copper 9x 15 meters.

The magnet plates are made of neodymium magnets 20mmx10mmx10mm 12 each. They are also attached with an epoxy adhesive.

All metal used is stainless steel except the threaded rods which are made of brass (to be cheaper).

I "straightens" then the current with two diode bridges connected between the three phases.

I hope I was clear in my explanations, but I can do the diagrams if necessary.

Do not hesitate to contact me directly to my email address ([email protected]) if you need me to help you build or I send you some items.

Goog print.

I have posted online a support for fixing the wind turbine on a 40mm diameter tube but the part of the generator is modeled with several mounting holes so you can easily model a support adapted to your needs.
If you have problems to model, do not hesitate to contact me.

Hello everyone,
The contest is now over but I will continue to make changes to improve current production with the wind turbine whenever possible.
Particular, I would add a set of gears with gear 1: 5 or 1: 6 to use the maximum capacity of the generator.
I really hope to win first prize to push the limits of my little printer and make a new more powerful version of wind turbine.
Thank you all for your monitor and your feedbacks.
Good print.

French :

Bonjour,

Voici mon eolienne qui est entièrement imprimée en PLA.

Toutes les autres pièces pour l'assemblage se trouvent facilement sur internet ou en magasin.

Elle est complètement fonctionnelle (elle est encore en cours de fabrication mais je mettrai ma page à jour avec des photos et des nouveaux commentaires)

Elle est à "axe vertical" pour faciliter le passage des fils électriques mais elle peut être installée horizontalement (sur un toit par exemple)

Elle est constituée d'une helice de type Darrieus qui est légère et facile à construire avec une imprimante 3d (en plusieurs parties). Elle a un rendement moyen mais fonctionne quelque soit la direction du vent et même avec des vents très importants.

Pour produire l'électricité, j'ai imprimé un générateur "à flux axial" en PLA. Il fonctionne parfaitement, il est constitué principalement d'un plateau de bobines de cuivres (la puissance électrique dépend du diamètre du fil utilisé) et de deux plateaux d'aimants neodyme.

J'ai une petite imprimante (micro delta) que j'utilise jusqu'à ses limites donc normalement tout le monde peut imprimer tous les fichiers sur toutes les autres imprimantes. (En cas de problèmes, n'hésitez pas à me contacter pour trouver une solution ensemble)

Helice Darrieus :

Elle est constituée de trois pales verticales qui sont décalées de 120 degrés.

Chaque pale mesure 60 cm de hauteur et 11 cm de large.

Pour pouvoir les imprimer, je les ai modélisées en plusieurs parties qui sont assemblées avec deux tiges filetées M5 en laiton.

Toutes les pales sont fixées avec des tubes inox de 10 mm de diamètre.

Générateur à flux axial :

Le plateau central est constitué de 9 bobinages montés en série en étoile et collés entre deux pièces de PLA (avec une colle epoxy).

J'ai utilisé du cuivre de 0.5mm de diamètre 9x 15 mètres.

Les plateaux d'aimants sont constitués de 12 aimants néodyme 20mmx10mmx10mm chacun. Ils sont également fixés avec une colle epoxy.

Tout le métal utilisé est en inox, sauf les tiges filetées qui sont en laiton (pour être moins chères).

Je "redresse" ensuite le courant avec deux ponts de diodes montées entre les trois phases.

J'espère avoir été clair dans mes explications, mais je peux vous faire des schémas si besoin.

N'hésitez pas à me contacter directement sur mon adresse mail ([email protected]) si vous avez besoin que je vous aide à construire ou que je vous envoi certains éléments.

Goog print.

J'ai posté en ligne un support pour fixer l'eolienne sur un tube de 40mm de diamètre mais la partie du générateur est modélisée avec plusieurs trous de fixation donc vous pouvez modéliser facilement un support adapté à vos besoins.
Si vous avez des problèmes pour modéliser, n'hésitez pas à me contacter.

Bonjour à tous,
Le concours est maintenant terminé mais je continuerais à apporter des modifications pour améliorer la production de courant avec cette éolienne autant que possible.
Je voudrais notamment ajouter un jeu d'engrenages avec une démultiplication de 1 pour 5 ou 1 pour 6 pour utiliser le maximum des capacités du générateur.
J'espère vraiment gagner le premier prix pour repousser les limites de ma petite imprimante et fabriquer une nouvelle version plus puissante d'éolienne.
Merci à tous pour votre suivi et vos feedbacks.
Good print.

Instructions

Propeller:

For the propeller, all parts are printed. For the blades, I use a PLA with 15% filling (They are lightweight but very resistant because they are assembled with the threaded rods M5).
You need 6 M5 threaded studs length 620mm.
The two plates that hold the blades together are fastened together with 3 tubes 10mm length 320mm diameter.
(I use stainless steel tubes but can be replaced by aluminum tubes, lighter and cheaper)
You need 6 more 10mm diameter tubes for assemble blades, the length depends on the diameter of the propeller that you want.

Generator:

All structural components are also printed. I also use PLA with 50% fill to withstand very large stresses.

You need two ball bearings (10x26x8), a stainless steel tube of 10mm in diameter 100mm in length, four threaded rods M5 100mm length and a length of 120mm.
You also need two rings to keep the bearings in the right place. using two aluminum tubes 12mm in diameter, a length of 11.5mm and a length of 5mm.

I use the enameled copper wire diameter 0.3mm to 9 coils (the larger the diameter, the smaller the voltage, the greater the power is low)

I posted STL files to assist in the production of coils with a drill or screwdriver, but you can do them by hand ... There are comments on the reels but please contact me for further information.

You also need 24 neodymium magnets 20x10x10.

All other screws and bolts are very classic and are easily found in any DIY store (or on the internet ...)

All pieces are modeled for my small printer so they should take all other printers. If you have any problems do not hesitate to contact me.

Good print

French :

Hélice :

Pour l'hélice, toutes les pièces sont imprimées. Pour les pales, j'utilise du PLA avec un remplissage de 15% (Elles sont légères mais très résistantes car elles sont assemblées avec des tiges filetées M5.)
Vous avez besoin de 6 tiges filetées M5 de 620mm de longueur.
Les deux plateaux qui tiennent les pales ensembles sont fixés ensemble avec 3 tubes de 10mm de diamètre de 320mm de longueur.
(J'utilise des tubes d'inox mais on peut les remplacer par des tubes d'aluminium, plus légers et moins chers
Vous avez besoin de 6 autres tubes de 10mm de diamètre pour assembler les pales, la longueur dépend du diamètre de l'hélice que vous souhaitez.

Générateur :

Toutes les pièces de structure sont aussi imprimées. J'utilise aussi du PLA avec 50% de remplissage pour résister aux très grandes contraintes.

Vous avez besoin de deux roulements à bille (10x26x8), d'un tube d'inox de 10mm de diamètre de 100 mm de longueur, de quatre tiges filetées M5 de 100mm de longueur et une de 120mm de longueur.
Vous avez aussi besoin de deux bagues pour maintenir les roulements à la bonne place. j'utilise deux petits tubes d'aluminium de 12mm de diamètre, un de 11,5mm de longueur et un de 5mm de longueur.

J'utilise du fil de cuivre enameled de 0.3mm de diamètre pour faire les 9 bobines (plus le diamètre est petit, plus le voltage est grand et plus la puissance est faible)

J'ai posté des fichiers STL pour aider à la fabrication des bobines avec une perceuse ou une visseuse, mais on peut les faire à la main... Il y a des commentaires sur les bobines mais contactez moi pour d'autres informations.

Vous avez aussi besoin de 24 aimants neodyme 20x10x10.

Toutes les autres vis et boulons sont très classiques et se trouvent facilement dans tous les magasins de bricolage (ou sur internet...)

Toutes les pièces sont modélisées pour ma petite imprimante donc elles devraient tenir dans toutes les autres imprimantes. Si vous rencontrez des problèmes n'hésitez pas à me contacter.

Good print

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Bonjour,

Pour commencer félicitation pour votre projet c'est magnifique et largement réalisable par tous le mondes.

J'aimerais crée l'éolienne mais pas trop de connaissance en électricité pourriez vous me dire comment réaliser le câblage ?

Merci à vous pour la réponse

Bonsoir,

merci pour cette réponse, je serais preneur de toutes les infos que vous pourrez me donner (schémas d'assemblage, de câblage, de bobinage, de soudage des composants etc.). D'avance, merci pour le temps que vous y consacrerez.
Cordialement.
Yves

Bonjour,

Tout d’abord, félicitation pour ce partage sur THINGIVERSE 
Enfin un projet d’éolienne complet et réalisable !
Comme vous le proposez, je me permets de vous solliciter pour quelques compléments d’information
(j’ai une formation plutôt Mécanique générale et l’électricité/électronique reste pour moi souvent « hermétique »  ):
Dans les commentaires vous précisez :
"J'ai utilisé du cuivre de 0.3mm de diamètre 9x 15 mètres. Ce diamètre de fil offre un bon compromis entre voltage et intensité du courant. "
Ces valeurs sont-elles bonnes pour obtenir du 12 volt ou quel diamètre de fil et quelle longueur dois-je utiliser pour le bobinage si je veux obtenir du 12 Volt ?
"Je "redresse" ensuite le courant avec deux ponts de diodes montées entre les trois phases. J'espère avoir été clair dans mes explications, mais je peux vous faire des schémas si besoin. "
Avez-vous des plans/schémas pour la partie câblage électrique et surtout pour le pont redresseur avec infos sur les composants à acheter ?
Sur vos photos on voit 2 ponts redresseur monophasés type KBU, pourquoi ne pas utiliser un pont redresseur triphasé (j'ai vu que cela existe) ?
Je pense réaliser les deux projets (axe horizontale et vertical) en commençant par la génératrice & la version axe horizontal …
"Elle est à "axe horizontal" donc le plus complexe après le générateur est le passage de l'électricité autour de l'axe vertical. L'astuce est de couper l'axe vertical (en tube inox) en deux parties (reliées aux deux poles + et -) et les fixer ensemble avec une tige filetée au centre avec une gaine isolante. Les contacts se font avec des ressorts qui frottent sur chacun des tubes inox."
Je ne comprends pas bien ce passage, avez-vous des schémas illustrant ces détails ?
J’espère arriver à mieux comprendre une fois l’ensemble des pièces imprimées mais rassembler un maximum d’information reste pour moi le meilleur moyen d’arriver à finaliser le projet ;)
Je constate que dans les éléments de la génératrice version "Functional horizontal wind turbine with axial flow generator"
Il n’y a pas les pièces « noyau bobinage » est-ce une erreur ?
Car ils sont bien dans les éléments de la génératrice version "Fonctional eolienne with Darrieus propeller and axial flux generator"
De plus, je ne comprends pas bien l’assemblage de ces éléments / vos photos (on voit les bobinages dans le disque et sur une autre, un bobinage sur les éléments "noyau" ?
Les génératrices des 2 versions sont-elles identiques ?
Avez-vous un schéma expliquant l’assemblages des éléments nommés Noyau Bobinage A, C, D et plateau bobine A et B ?
De même, avez vous des schémas pour toutes la partie bobinage (sens d'enroulement, montage, assemblage dans les disques). J'ai lu aussi qu'il faut assembler les aimants en respectant un sens / polarité, avez vous des infos sur ce sujet ?
Je ne manquerai pas de vous envoyer des nouvelles de ma réalisation si cela vous intéresse …
J’espère que vous allez gagner votre concours, quoi qu’il en soit votre projet fait partie des rares à être vraiment élaboré pour être à la portée de tous (moyens techniques, explications, gratuité etc.)
Merci à vous
Cordialement.
Yves

Bonjour,
Tout d'abord, merci beaucoup pour vos compliments, ça me touche beaucoup.
C'est un projet qui commence à dater un peu et dont je ne me souviens plus très bien. Il faudrait que je relise un peu mes notes et que je jette un oeil sur les différentes pièces modélisées.

Je suis en déplacement pendant quelques jours mais j'essaye de trouver un peu de temps pour vous répondre.

Quoi qu'il en soit, je dois vous dire que mon projet est une première ébauche et je pense qu'il peut facilement être amélioré. Lisez bien tous les commentaires, il y en à certains qui sont très intéressants. De mémoire, il y en a un en particulier qui donne des pistes intéressantes pour gagner en productivité. Cette turbine est plus adaptée à une éolienne à axe horizontal. Dans mon projet a axe vertical je n'ai pas réussi à produire beaucoup de courant...
En tout cas, le secret c'est la précision dans la réalisation des bobinages et la vitesse de rotation.
Cordialement.
Xavier

Hi Ive just started printing this hope to use it to power a power wall I've just designed. Tell me are all the files necessary? A couple seem to be duplicates,some obviously need duplicating, and are they all there?
Seems a good design and I would like to make it, any help would be very much appriciated
Thanks mark

Magic_mushrooms,

I love this wind turbine. I am a science teacher and would like to use your turbine for a science fair project for one of my students. But I have a couple of questions. First, I am thinking that some parts have to be printed more than once. How many of each part needs to be printed. Also Do you have any diagrams of how all the parts fit together and work? I am a little at a loss on assembing.

Ryan

Nov 3, 2016 - Modified Nov 9, 2016

Bonjour ,
après réalisation perso , je préconise de redimensionner le fichier STL taille 1 à 1,3 afin de mettre 9 bobines de 1000 spires et un fil cuivre de diamètre 0,40 mm (montage en étoile) ce qui nous permet d'obtenir assez facilement une tension de 15 V .
Cela fonctionne

Je crois que l'idée d’intégrer un moyeu dynamo de vélo est la meilleure solution, j'attends ton projet avec impatience.

Bonjour,

As tu terminé ton éolienne?
Si oui, as tu fait quelques mesures de tension/courant en fonction de la vitesse du vent?
J'envisage d'en faire une pour charger une batterie de 12V (type batterie de voiture) et pouvoir alimenter des equipements en 220V via un convertisseur 12V/220V.
Utile par exemple en cas de coupure de courant pour avoir l'éclairage dans la maison.
Merci d'avance pour ta réponse.

Franck

Bonjour,
Pour être honnête, je dirais que c'est encore un peu tot pour résilier son abonnement EDF...
L'éolienne ne produit que quelques volts avec une faible intensité.
Séparément, l'hélice et le générateur fonctionnent très bien. L'hélice est très stable mais est conçue pour tourner lentement (même par forts vents) par contre, pour être efficace, le générateur doit tourner très vite et est donc plus adapté à un montage sur une éolienne à axe horizontal traditionnelle.
Je suis en train de retravailler sur mon projet.
Voilà les deux pistes que j'explore:
Adapter un générateur de type moyeu de roue de vélo sur l'hélice (on en trouve en 12v, sont conçus pour tourner lentement et sont étanches)
Adapter sur l'hélice un générateur 12v avec démultiplication intégrée. Type générateur "à main" avec engrenage planétaire.
À bientôt
Xavier

Привет! Дружище, ты невероятно крут! Отличная идея и реализация. Тоже интересуюсь альтернативными источниками электроэнергии. Обязательно обращусь к тебе за помощью!

thanks what program did you design it in

how much electricity does it produce?

Not enough yet. About 2 volts with low intensity. This type of generator is designed to run fast and this propeller is very stable even with strong winds but it turned slowly (1 to 2 revolutions per second). I'm working a gear to try to improve performance. A horizontal axis wind turbine is probably more suitable for this type of generator but I continue my tests. I will also improve the generator, you need bigger coils, increasing the length of the wire to increase the voltage, increase the diameter of the wire to increase the intensity and the greatest possible distance the coils of the rotation center ....

Alors là chapeau, c'est une tuerie !

Et cette idée d'imprimer aussi la génératrice...

D'après vous, elle peut délivrer quelle puissance par vent moyen ? 50 watts, 100 watts ?

Bonjour,

Merci beaucoup pour votre commentaire. Ça me fait très plaisir.

Je ne sais pas du tout quelle peut être la puissance du générateur. Je ne sais pas si ça se calcule...

Je n'ai pas encore fini de l'imprimer totalement (à ce jour, il me manque encore un peu plus d'une pale) mais je vous tiens informés de mes tests.

Cependant, cette eolienne devrait être assez efficace car les jeux sont très réduits avec des pièces imprimées.

Ce que je peux vous dire aussi c'est que vous pouvez modifier la puissance et le voltage du courant produit avec d'autres bobinages en fonction de vos besoins. (Pour un bobinage de même taille, plus le fil est long et fin, plus le courant aura un grand voltage et un faible ampérage)

N'hésitez pas à m'envoyer vos infos si vous savez comment calculer la puissance.

À bientôt.
Xavier

Hello, I posted STL files of parts to assist in the production of copper coils. For ease of disassembly have, I cover them with tape before attaching them with M3 threaded rods.
(I used to make three coils at a time)
Tell me if you need help or informations.

Hello,
I have updated some pictures of the blades.
(In order not to push the technical limits of my printer, I modeled blades into smaller parts)
I will post soon STL files.

Jun 21, 2015 - Modified Jun 21, 2015

Hello,

I made several small pieces with PLA.
They are assembled with two M3 threaded rods.

At first, I made the reels by hand but I have adapted the system on my Kenwood Kitchen-robot thereafter :-)

If you want, I think I still have the STL files and pics ...

Tell me if you need help or informations.

Xavier

Hello, here's another practical detail: when I assembled the coils, I overlaid with several drops of liquid glue before removing the small temporary structure.

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