Electricité
Pour produire de l'électricité à partir d'énergie mécanique il faut utiliser un alternateur ou un moteur électrique qui sont des machines reversibles.
Un moteur électrique est composé d'un rotor (inducteur) et d'un stator (induit).
Le rotor est composé d'une roue polaire (deux pôles Nord et Sud). En tournant à l'interieur du stator, le rotor fait varier un champ magnétique et produit ainsi du courant électrique. Les balais, ou charbons, permettent d'amener le courant d'excitation sur le rotor. Ce moteur produira alors du courant continu (il ne possède que deux pôles).
Dans le cas du courant alternatif, le stator est une cage fixe composée de trois enroulements en fils de cuivre décalés de 120°, il y a alors trois phases. Le moteur synchrone (sa phase correspond à celle du courant produit) est souvent utilisé comme générateur. Le moteur asynchrone fonctionne avec une phase décalée de celle du courant, non obligatoirement proportionelle à celle-ci, c'est pour cette raison que les moteurs de type asynchrone sont souvent utilisés sur des éoliennes comme générateurs.
Première solution
Pour produire de l'électricité et pour pouvoir la vendre ou l'utiliser en complément d'un abonnement, il faut se baser sur la fréquence de 50hz du réseau électrique français (edf) car tous les alternateurs du réseau sont installés en dérivation. Encore que la necessité de vendre le courant à l'edf pour le racheter ensuite soit ici discutable car les roues fonctionnent jour et nuit à l'inverse des panneaux solaires.
Le courant alternatif est une tension sinusoïdale et sa fréquence correspond au nombre de périodes par seconde.
Une fréquence de 50hz correspond donc à une tension dont la période revient 50 fois par seconde.
Une fois le courant produit, on peut redresser la tension à l'aide d'un onduleur mais la marge d'erreur autorisée n'est pas très importante.
Notre vitesse de rotation en sortie de l'installation doit donc être un multiple de 50 : 500, 1000, 1500 voire 3000 tours par minute.
Les moteurs les plus accessibles tournent à 1500 tr/min (ce sont des moteurs asynchrones)
Si nous voulions installer un nouveau multiplicateur il faudrait multiplier la vitesse de rotation originelle de la roue par 125.
Seconde solution
Les moteurs asynchrones traditionnels ne prennent en compte que la vitesse de rotation, le couple définit uniquement la gamme de puissance du moteur.
Ici nous avons en sortie de l'arbre de la roue un très fort couple 17700 N.m mais une très faible fréquence, de 1.3rad/s. Des solutions répondant à ce type de besoins existent !
Il s'agit du direct drive, une technologie inventée pour l'éolien: le multiplicateur est supprimé et l'installation (une roue hydraulique ou une éolienne) est couplée directement sur le moteur, le moteur travaille principalement sur le couple et non sur la vitesse comme c'était le cas précédemment.
On retrouve également cette technologie dans certaines machines à laver !
