1 : La démarche expérimentale suivie pour la conception de l'alternateur linéaire

Nous présentons ici un résumé chronologique de notre démarche expérimentale suivant deux parties :

· entraînement de l'inducteur ou de l'induit
· le circuit magnétique avec l'inducteur.

Nous expliquons ensuite les mesures effectuées et les résultats obtenus. Enfin, nous parlons du teslamètre qu'il fallut concevoir pour mesurer l'intensité du champ magnétique dans l'entrefer.

1-1 : l'entraînement de l'inducteur ou de l'induit selon un mouvement rectiligne sinusoïdal

Les premières séances s'effectuent avec comme supports l'alternateur de bicyclette étudié en classe de troisième et le haut-parleur abordé en classe de seconde. Nous serons amenés d'ailleurs à démonter ces deux objets techniques et à étudier en détail leurs constitutions. Nous partons de l'expérience fondamentale sur l'induction électromagnétique : déplacement manuel d'un aimant devant une bobine et observation de la tension induite à l'oscilloscope en passant en revue tous les paramètres pouvant modifier la valeur maximale de cette tension. Nous déduisons vite qu'il nous faut trouver un système pour déplacer automatiquement et périodiquement l'aimant ou la bobine.

Notre première idée est, d'utiliser le matériel de terminale S servant pour l'étude des oscillations forcées en remplaçant le ressort entraîné horizontalement par un aimant entraîné verticalement. Mais nous ne pouvons avec notre dispositif dépasser une fréquence de 1,5 Hz et donc la valeur maximale de cette tension alternative obtenue reste très faible. Voici le schéma de l'ensemble avec son environnement pour les essais et mesures :

Il faut donc trouver une autre méthode pour déplacer l'inducteur avec une fréquence plus élevée.

Notre deuxième idée consiste à utiliser deux haut-parleurs de puissances identiques et à les accoupler de façon à ce que le premier fonctionnant en moteur électrodynamique entraîne la bobine du second , ce qui réalise un alternateur linéaire. Les essais n'ont pas donné les résultats escomptés et cette piste a été abandonnée.

La troisième idée retenue consiste à utiliser une machine à coudre fonctionnant avec son moteur électrique série de 65 W et sa pédale de variation de vitesse. L'entraînement d'un aimant s'avérant trop délicat à cause des efforts axiaux, nous prenons la décision de travailler avec un induit mobile.

Nous réalisons ainsi dans un premier temps deux bobines . Le support est une boîte cylindrique en aluminium servant à contenir de la boisson ou de la laque. A l'aide d'un tour, on réalise un bobinage en fil de cuivre fin.

Nous avons donc à notre disposition deux bobines, l'une comportant 300 spires et l'autre 600 , réparties en quatre couches, de fil de cuivre de diamètre 0,4 mm y compris l'isolant mesuré au palmer.

La fréquence de déplacement de la bobine va ici aussi s'avérer rapidement trop petite, d'où l'idée de doper notre machine. Nous remplaçons donc le moteur électrique initial par un premier moteur de perceuse électrique ( moteur synchrone autopiloté de 600 W ) possédant un variateur de vitesse. En fait, la machine à coudre n'étant pas prévue pour ce type de fonctionnement, nous aurons plusieurs fois à refaire une bielle qui casse ou se tord et il faut se limiter à une fréquence maximale de 20 Hz .

Enfin, dans un troisième temps, nous utilisons un nouveau moteur de perceuse ( moteur série universel de 400 W ). En effet, avec le précédent, nous ne pouvons travailler qu'à deux fréquences seulement, d'où l'impossibilité de réaliser des courbes avec comme variable la fréquence de déplacement en abscisse. Avec ce nouveau moteur, nous pouvons modifier sa fréquence de rotation de manière continue avec un autotransformateur et au total, l'induit mobile se déplace dans une plage de fréquences entre 6 et 20 Hz. D'où le schéma définitif de l'ensemble avec son environnement pour les essais et mesures :


Les premiers essais : avec le moteur d'origine, déplacement d'un aimant alnico dans deux bobines fixes

le montage définitif avec le troisième moteur de perceuse

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