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|Description=<translate>Vélo qui permet de produire de l'électricité afin de recharger des appareils du quotidien, comme les smartphones et les tablettes. Le projet a vocation à évoluer pour intégrer du stockage d’énergie sur batterie. | |Description=<translate>Vélo qui permet de produire de l'électricité afin de recharger des appareils du quotidien, comme les smartphones et les tablettes. Le projet a vocation à évoluer pour intégrer du stockage d’énergie sur batterie. | ||
| − | Le projet a été réalisé par les éco-délégués du Low-tech ISM (lycée Institution Saint-Malo la Providence) en partenariat avec le Low-tech Lab Brest, Explore, Elemen'terre Project et Milwaukee.</translate> | + | Le projet a été réalisé par les éco-délégués du Low-tech ISM (Low-tech lycée Institution Saint-Malo la Providence) en partenariat avec le Low-tech Lab Brest, Explore, Elemen'terre Project et Milwaukee.</translate> |
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{{Introduction | {{Introduction | ||
| − | |Introduction=<translate>L’usage du numérique est omniprésent dans notre quotidien. Loin d’être verte, la “révolution numérique” représenterait 12% de la consommation électrique en France (soit 56 TWh). | + | |Introduction=<translate>L’usage du numérique est omniprésent dans notre quotidien. Loin d’être verte, la “révolution numérique” représenterait 12 % de la consommation électrique en France (soit 56 TWh). |
On distingue trois grandes catégories d’équipements : | On distingue trois grandes catégories d’équipements : | ||
| − | *Les ordinateurs, smartphones, écrans ou autres objets connectés | + | *Les ordinateurs, smartphones, écrans ou autres objets connectés |
*Les datacenters, qui hébergent les équipements fournissant les services numériques (site web, réseaux sociaux, etc.) | *Les datacenters, qui hébergent les équipements fournissant les services numériques (site web, réseaux sociaux, etc.) | ||
| − | *les infrastructures du réseau comme les antennes (3G, 4G, etc.), fibres optiques ou autres composants techniques qui relient les datacenters aux usagers | + | *les infrastructures du réseau comme les antennes (3G, 4G, etc.), fibres optiques ou autres composants techniques qui relient les datacenters aux usagers |
Les services proposés ne sont donc pas “dématérialisés” tels que nous avons l’habitude de le concevoir. De plus, ils sont en constante augmentation. L’enjeu est donc de sensibiliser les usagers sur la représentation physique de cet usage, afin de permettre une meilleure appropriation du sujet. Une sensibilisation aux fondamentaux physiques peuvent en effet favoriser les choix collectifs en accord avec les enjeux sociétaux actuels. | Les services proposés ne sont donc pas “dématérialisés” tels que nous avons l’habitude de le concevoir. De plus, ils sont en constante augmentation. L’enjeu est donc de sensibiliser les usagers sur la représentation physique de cet usage, afin de permettre une meilleure appropriation du sujet. Une sensibilisation aux fondamentaux physiques peuvent en effet favoriser les choix collectifs en accord avec les enjeux sociétaux actuels. | ||
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| − | Il se base en grande partie sur des objets récupérés (vélo, roues rollers, chutes de bois, etc.) mais nécessite néanmoins certaines connaissances en électronique : fonctionnement d’un moteur électrique, transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique, seuils de tension etc. | + | Le pédalier est un outil intéressant puisqu’il permet de représenter physiquement la notion de puissance produite instantanément (exprimée en W) et le concept d’énergie (exprimé en Wh). En outre, c’est une solution idéale pour recharger ses appareils et il peut facilement être déployé dans des lieux publics. |
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| + | Il se base en grande partie sur des objets récupérés (vélo, roues rollers, chutes de bois, etc.) mais nécessite néanmoins certaines connaissances en électronique : fonctionnement d’un moteur électrique, transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique, seuils de tension, etc. | ||
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| + | Le design du pédalier représenté ici est brut et s’inscrit dans le cadre d’un projet pédagogique réalisé par plusieurs groupes de lycéens. Il est librement inspiré du pédalier du [https://www.lowtechmagazine.com/2022/03/how-to-build-bike-generator.html Low-tech Magazine]. | ||
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L’assemblage peut aisément s’adapter aux besoins d'un public différent.</translate> | L’assemblage peut aisément s’adapter aux besoins d'un public différent.</translate> | ||
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1x Fusible | 1x Fusible | ||
| − | 1x Abaisseur de tension (step down) 12-32V vers 5V | + | 1x Abaisseur de tension (step down converter) 12-32V vers 5V |
1x Répartiteur USB (optionnel) | 1x Répartiteur USB (optionnel) | ||
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1x Ampèremètre/voltmètre USB | 1x Ampèremètre/voltmètre USB | ||
| − | + | 5 m de câble électrique, section 1mm² (rouge) | |
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| − | Bornes automatiques | + | Bornes automatiques type Wago 2x et 3x fils |
Colson | Colson | ||
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| − | La tension qui varie en fonction de la vitesse de rotation de la roue pose problème pour des appareils électriques type tablettes et smartphones, qui nécessitent une tension de 5V stable pour fonctionner. Ainsi un | + | La tension qui varie en fonction de la vitesse de rotation de la roue pose problème pour des appareils électriques type tablettes et smartphones, qui nécessitent une tension de 5V stable pour fonctionner. Ainsi un abaisseur de tension (step down converter) est intégré au système afin de stabiliser la tension à 5V. |
| − | La protection du système est réalisée par une diode Schottky en série | + | La protection du système, en cas de polarité inversée, est réalisée par une diode Schottky en série. Cette diode permet également d’éviter que le montage électrique ne fasse tourner le moteur (et les pédales !), notamment en cas de branchement d’une batterie par exemple. |
| − | Enfin, des appareils de mesures sont installés pour monitorer la production électrique instantanée aux bornes du moteur : un voltmètre, ainsi qu'un ampèremètre entre la diode et l’abaisseur de tension | + | Enfin, des appareils de mesures sont installés pour monitorer la production électrique instantanée aux bornes du moteur : un voltmètre, ainsi qu'un ampèremètre entre la diode et l’abaisseur de tension. La relation suivante permet d'en déduire la puissance instantanée ː |
| + | <syntaxhighlight> | ||
| + | P (Watt) = U (Volt) * I (Ampère) | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
| − | Pour mesurer la charge effective de l’appareil branché sur le connecteur USB, un multimètre (qui intègre un voltmètre et un ampèremètre) est rajouté en sortie de l’abaisseur de tension | + | Pour mesurer la charge effective de l’appareil branché sur le connecteur USB, un multimètre (qui intègre un voltmètre et un ampèremètre) est rajouté en sortie de l’abaisseur de tension.</translate> |
|Step_Picture_00=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit__principe_fct_pedalier.png | |Step_Picture_00=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit__principe_fct_pedalier.png | ||
|Step_Picture_01=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit__schema_pedalier_v3.jpg | |Step_Picture_01=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit__schema_pedalier_v3.jpg | ||
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Pour ce faire il faut connaître les dimensions de plusieurs éléments du vélo : | Pour ce faire il faut connaître les dimensions de plusieurs éléments du vélo : | ||
| − | *Diamètre du pédalier | + | *Diamètre du pédalier |
| − | *Diamètre de la roue de vélo | + | *Diamètre de la roue de vélo |
| − | *Diamètre du pignon | + | *Diamètre du pignon |
| − | *Diamètre de l'arbre moteur (en prenant en compte l'adaptation de ce dernier par une roue de roller ou de skate par exemple) | + | *Diamètre de l'arbre moteur (en prenant en compte l'adaptation de ce dernier par une roue de roller ou de skate par exemple) |
| − | Il est également nécessaire de connaître les données constructeur du moteur, à savoir l'équivalent en tension (exprimé en V) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (exprimé en | + | Il est également nécessaire de connaître les données constructeur du moteur, à savoir l'équivalent en tension (exprimé en V) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (exprimé en tours/min). On rappelle ici que la tension générée par le moteur est proportionnelle à la vitesse de rotation. |
| − | {{Info|Pour le confort lors de l'utilisation, on fixe une vitesse de rotation au niveau du pédalier à 60 | + | {{Info|Pour le confort lors de l'utilisation, on fixe une vitesse de rotation au niveau du pédalier à 60 tours/ min.}} |
| − | Ensuite il faut appliquer l'équation suivante :<syntaxhighlight> | + | Ensuite il faut appliquer l'équation suivante : |
| − | + | ||
| + | <br /> | ||
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| + | <syntaxhighlight> | ||
| + | ∅ Roue arbre moteur = (⌀ Pédalier * ⌀ Roue vélo * Vitesse rotation pédalier) / (⌀ Pignons * Vitesse rotation du moteur) | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
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Voici un exemple avec un moteur P40-250 de AmpFlow : | Voici un exemple avec un moteur P40-250 de AmpFlow : | ||
| − | Umoteur = 12V @ 1700 | + | Umoteur = 12V @ '''1700 tours/min''' |
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| − | + | Et avec les caractéristiques suivantes au niveau du vélo ː | |
| − | ⌀ | + | ⌀ Roue = '''64 cm''' |
| − | + | ⌀ Pédalier = '''21 cm''' | |
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| + | ⌀ Pignons = '''6,5 cm''' | ||
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⌀ Roue arbre moteur = (21 ̽ 64 ̈ 60) / (6,5 ̈ 1700) | ⌀ Roue arbre moteur = (21 ̽ 64 ̈ 60) / (6,5 ̈ 1700) | ||
⌀ Roue arbre moteur = 7,3 cm | ⌀ Roue arbre moteur = 7,3 cm | ||
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|Step_Content=<translate>Installer le home trainer pour surélever la roue arrière du vélo. | |Step_Content=<translate>Installer le home trainer pour surélever la roue arrière du vélo. | ||
| − | {{Info|Il est possible de fabriquer | + | {{Info|Il est possible de fabriquer soi-même son propre support.}} |
Dévisser l'écrou sur l'axe moteur pour retirer les parties métalliques noires présentes sur l'axe. | Dévisser l'écrou sur l'axe moteur pour retirer les parties métalliques noires présentes sur l'axe. | ||
| − | <br />{{Warning|Pour dévisser l'écrou qui est sur l'axe moteur, il faut procéder dans le sens des aiguilles d'une montre.}} | + | <br />{{Warning|Pour dévisser l'écrou qui est sur l'axe moteur, il faut procéder dans le sens des aiguilles d'une montre, contrairement au sens classique.}} |
| − | Ensuite on installe l'adaptateur d'arbre. Il est | + | Ensuite on installe l'adaptateur d'arbre. Il est emmanché directement sur l'arbre du moteur et est maintenu par deux vis serrées sur l'axe. |
| − | Démonter une roue de roller | + | Démonter une roue de roller. |
| − | Installer la roue de roller sur l'axe, maintenue par l'écrou et les rondelles fournies avec l'adaptateur d'arbre. Il faut centrer au maximum la roue de | + | Installer la roue de roller sur l'axe, maintenue par l'écrou et les rondelles fournies avec l'adaptateur d'arbre. Il faut centrer au maximum la roue de roller par rapport à l'arbre moteur avant de serrer l'écrou. |
| − | Fabriquer un support en bois pour maintenir le contact entre la roue de roller et la roue du vélo. Ce support peut avoir plusieurs formes. Cependant le type de support réalisé par le [https://www.lowtechmagazine.com/2022/03/how-to-build-bike-generator.html Low-tech Magazine] est pertinent puisqu'il permet à la roue de | + | Fabriquer un support en bois pour maintenir le contact entre la roue de roller et la roue du vélo. Ce support peut avoir plusieurs formes. Cependant le type de support réalisé par le [https://www.lowtechmagazine.com/2022/03/how-to-build-bike-generator.html Low-tech Magazine] est pertinent puisqu'il permet à la roue de roller de rester en contact avec la roue de vélo grâce à son plan incliné. |
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|Step_Content=<translate>La partie électronique se compose de plusieurs éléments ː | |Step_Content=<translate>La partie électronique se compose de plusieurs éléments ː | ||
| − | * Le moteur, qui permet de générer une tension | + | *Le moteur à courant continu, qui permet de générer une tension |
| − | * Une diode Schottky qui protège le circuit | + | *Une diode Schottky qui protège le circuit |
| − | * Un fusible qui protège lui aussi le circuit | + | *Un fusible qui protège lui aussi le circuit |
| − | * Un voltmètre pour mesurer la tension | + | *Un voltmètre pour mesurer la tension |
| − | * Un ampèremètre pour mesurer le courant | + | *Un ampèremètre pour mesurer le courant |
| − | * Un | + | *Un abaisseur de tension 12-32 V vers 5 V qui permet de stabiliser la tension en sortie à 5 V. Il ne fonctionne pas pour une tension en entrée inférieure à 9 V. L'utilisateur doit donc maintenir une tension au moins égale à 9 V lorsqu'il pédale |
| − | * Un multimètre USB qui permet d'afficher la tension et le courant consommé par les appareils USB | + | *Un multimètre USB qui permet d'afficher la tension et le courant consommé par les appareils USB |
| − | * Un appareil à recharger compatible USB | + | *Un appareil à recharger compatible USB |
| + | La première étape consiste à déterminer la section des câbles qui seront utilisés ː | ||
| − | + | <syntaxhighlight> | |
S = p * L * I / U | S = p * L * I / U | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
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I (A)= Intensité maximale de l’appareil | I (A)= Intensité maximale de l’appareil | ||
| − | U (V) = Chute de tension admissible (Vmax * 3%) | + | U (V) = Chute de tension admissible (Vmax * 3%) |
| − | Exemple dans notre cas où nous branchons des appareils de très faible puissance : | + | Exemple dans notre cas où nous branchons des appareils de très faible puissance : |
| − | L = | + | L = 2 x 2 = '''4m''' |
| − | I = 3 A max | + | I = '''3 A''' max |
| − | U = 12 * 0.03 = 0.36V | + | U = 12 * 0.03 = '''0.36V''' |
| + | <br /><syntaxhighlight> | ||
S = 0.023 * 4 * 3 / 0.36 = 0.76 mm² | S = 0.023 * 4 * 3 / 0.36 = 0.76 mm² | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
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*Supprimer, via la pince coupante, les deux cosses présentes sur les fils rouge et noir du moteur. Y Souder ensuite, sur les couleurs correspondantes, le fil noir, puis le fil rouge | *Supprimer, via la pince coupante, les deux cosses présentes sur les fils rouge et noir du moteur. Y Souder ensuite, sur les couleurs correspondantes, le fil noir, puis le fil rouge | ||
*Sur le fil rouge, on connecte la diode Schottky grâce à une première borne automatique 2 fils | *Sur le fil rouge, on connecte la diode Schottky grâce à une première borne automatique 2 fils | ||
| − | *Une fois la diode connectée, on insère le fusible dans l’autre partie de la borne automatique puis l'autre extrémité du fusible dans une seconde borne automatique | + | *Une fois la diode connectée, on insère le fusible dans l’autre partie de la borne automatique puis l'autre extrémité du fusible dans une seconde borne automatique |
| − | *Dans cette seconde borne automatique, on insère un autre fil rouge | + | *Dans cette seconde borne automatique, on insère un autre fil rouge |
*Insérer la suite du fil rouge dans une borne 3 fils. Y ajouter deux fils supplémentaires ː l'un est relié à la borne + du voltmètre et l'autre à la borne + de l'ampèremètre. | *Insérer la suite du fil rouge dans une borne 3 fils. Y ajouter deux fils supplémentaires ː l'un est relié à la borne + du voltmètre et l'autre à la borne + de l'ampèremètre. | ||
| − | *La borne - de l'ampèremètre est reliée à une nouvelle borne automatique 2 fils. Un fil rouge est alors | + | *La borne - de l'ampèremètre est reliée à une nouvelle borne automatique 2 fils. Un fil rouge est alors connecté sur le deuxième contacteur automatique. L'autre extrémité de ce fil est reliée à la borne positive de l'abaisseur de tension |
| − | *Le fil noir du moteur est relié à une borne automatique 3 fils. Un deuxième fil sera alors relié à la borne - du voltmètre, tandis que le troisième fil est relié au - | + | *Le fil noir du moteur est relié à une borne automatique 3 fils. Un deuxième fil sera alors relié à la borne - du voltmètre, tandis que le troisième fil est relié au - de l'abaisseur de tension |
| − | *On connecte alors le multimètre USB sur le connecteur correspondant présent sur | + | *On connecte alors le multimètre USB sur le connecteur correspondant présent sur l'abaisseur de tension |
{{Warning|Il est toujours important de contrôler le câblage réalisé avant la mise sous tension, sous peine de détériorer le matériel.}} | {{Warning|Il est toujours important de contrôler le câblage réalisé avant la mise sous tension, sous peine de détériorer le matériel.}} | ||
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| − | Ensuite, il est possible de pédaler pour vérifier si le multimètre USB s'allume. Si c'est le cas, le câblage réalisé est | + | Ensuite, il est possible de pédaler pour vérifier si le multimètre USB s'allume. Si c'est le cas, le câblage réalisé est correct . On peut alors vérifier la charge d'un appareil USB, branché sur l'un des deux ports présents sur le multimètre.</translate> |
|Step_Picture_00=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit_schema_pedalier_v3.jpg | |Step_Picture_00=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit_schema_pedalier_v3.jpg | ||
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{{Tuto Step | {{Tuto Step | ||
|Step_Title=<translate>Réalisation du dashboard</translate> | |Step_Title=<translate>Réalisation du dashboard</translate> | ||
| − | |Step_Content=<translate></translate> | + | |Step_Content=<translate>Fabriquer un support en bois, suffisamment large pour y intégrer l'électronique, le voltmètre, l'ampèremètre, le multimètre ainsi qu'un espace suffisant pour poser une tablette ou un smartphone. |
| + | |||
| + | |||
| + | Le support est fixé directement sur le guidon.</translate> | ||
| + | |Step_Picture_00=V_lo_g_n_rateur_d_lectricit__IMG_20230602_103449.jpg | ||
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{{Notes | {{Notes | ||
|Notes=<translate>'''Aller plus loin''' | |Notes=<translate>'''Aller plus loin''' | ||
| − | Le vélo générateur tel qu'il est présenté est une bonne base pour sensibiliser le public aux enjeux du numérique. Il est toutefois clairement possible de l'améliorer de plusieurs manières ː | + | Le vélo générateur, tel qu'il est présenté, est une bonne base pour sensibiliser le public aux enjeux du numérique. Il est idéal comme outil pédagogique (pour de l'électronique ou de la mécanique) pour des classes de collège/lycée. Il est toutefois clairement possible de l'améliorer de plusieurs manières ː |
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| − | + | *Ajouter une batterie avec une électronique associée, pour qu'elle puisse être chargée lorsque quelqu'un utilise le vélo | |
| + | *Ajouter une diode Zener entre les bornes + et - du moteur pour limiter la tension en dessous de la valeur maximale en entrée de l'abaisseur de tension (32 V) | ||
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Version actuelle datée du 6 septembre 2023 à 10:35
Dernière modification le 06/09/2023
Difficulté
Moyen
Durée
1 jour(s)
Coût
150 EUR (€)
Description
Vélo qui permet de produire de l'électricité afin de recharger des appareils du quotidien, comme les smartphones et les tablettes. Le projet a vocation à évoluer pour intégrer du stockage d’énergie sur batterie. Le projet a été réalisé par les éco-délégués du Low-tech ISM (Low-tech lycée Institution Saint-Malo la Providence) en partenariat avec le Low-tech Lab Brest, Explore, Elemen'terre Project et Milwaukee.
Introduction
L’usage du numérique est omniprésent dans notre quotidien. Loin d’être verte, la “révolution numérique” représenterait 12 % de la consommation électrique en France (soit 56 TWh).
On distingue trois grandes catégories d’équipements :
- Les ordinateurs, smartphones, écrans ou autres objets connectés
- Les datacenters, qui hébergent les équipements fournissant les services numériques (site web, réseaux sociaux, etc.)
- les infrastructures du réseau comme les antennes (3G, 4G, etc.), fibres optiques ou autres composants techniques qui relient les datacenters aux usagers
Les services proposés ne sont donc pas “dématérialisés” tels que nous avons l’habitude de le concevoir. De plus, ils sont en constante augmentation. L’enjeu est donc de sensibiliser les usagers sur la représentation physique de cet usage, afin de permettre une meilleure appropriation du sujet. Une sensibilisation aux fondamentaux physiques peuvent en effet favoriser les choix collectifs en accord avec les enjeux sociétaux actuels.
Le pédalier est un outil intéressant puisqu’il permet de représenter physiquement la notion de puissance produite instantanément (exprimée en W) et le concept d’énergie (exprimé en Wh). En outre, c’est une solution idéale pour recharger ses appareils et il peut facilement être déployé dans des lieux publics.
Il se base en grande partie sur des objets récupérés (vélo, roues rollers, chutes de bois, etc.) mais nécessite néanmoins certaines connaissances en électronique : fonctionnement d’un moteur électrique, transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique, seuils de tension, etc.
Le design du pédalier représenté ici est brut et s’inscrit dans le cadre d’un projet pédagogique réalisé par plusieurs groupes de lycéens. Il est librement inspiré du pédalier du Low-tech Magazine.
Matériaux
1x Vélo avec une transmission en état
1x Support de roue type home trainer
1x Adaptateur d’axe moteur
1x Roue pour adapter le diamètre de l’arbre moteur
1x Moteur électrique
1x Ampèremètre analogique
1x Voltmètre analogique
1x Diode Schottky
1x Fusible
1x Abaisseur de tension (step down converter) 12-32V vers 5V
1x Répartiteur USB (optionnel)
1x Ampèremètre/voltmètre USB
5 m de câble électrique, section 1mm² (rouge)
5 m de câble électrique, section 1mm² (noir)
Bornes automatiques type Wago 2x et 3x fils
Colson
Etain (pour soudure électriques)
Outils
Électricité
Fer à souder
Éponge pour nettoyer la panne du fer à souder
Pince multiple
Pince à dénuder
Pince coupante
Autres
Tournevis
Perceuse
Embouts visseuse (en kit)
Foret à bois (en kit)
Foret à métaux (en kit)
Clé à cliquet
Douilles (en kit)
Serre-joints
Scie à bois
Scie à métaux
Marteau
Clés Allen (en kit)
Clés plates (en kit)
EPI
Casque antibruit ou bouchons d’oreille
Lunettes de protection
Gants multi-usages
Chaussures de sécurité
Étape 1 - Principe de fonctionnement
Lorsque l’utilisateur pédale, la roue du vélo entraîne l’arbre moteur dans un mouvement de rotation. Le moteur génère alors une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du pédalier. Et lorsque les bornes + et - du moteur sont reliées à un appareil électrique, ce dernier est alors alimenté.
A noter que plus le courant consommé par l'appareil est important, plus la résistance mécanique ressentie par l’utilisateur est importante.
La tension qui varie en fonction de la vitesse de rotation de la roue pose problème pour des appareils électriques type tablettes et smartphones, qui nécessitent une tension de 5V stable pour fonctionner. Ainsi un abaisseur de tension (step down converter) est intégré au système afin de stabiliser la tension à 5V.
La protection du système, en cas de polarité inversée, est réalisée par une diode Schottky en série. Cette diode permet également d’éviter que le montage électrique ne fasse tourner le moteur (et les pédales !), notamment en cas de branchement d’une batterie par exemple.
Enfin, des appareils de mesures sont installés pour monitorer la production électrique instantanée aux bornes du moteur : un voltmètre, ainsi qu'un ampèremètre entre la diode et l’abaisseur de tension. La relation suivante permet d'en déduire la puissance instantanée ː
P (Watt) = U (Volt) * I (Ampère)Pour mesurer la charge effective de l’appareil branché sur le connecteur USB, un multimètre (qui intègre un voltmètre et un ampèremètre) est rajouté en sortie de l’abaisseur de tension.
Étape 2 - Dimensionnement du vélo
La première étape consiste à déterminer le diamètre de la roue à fixer sur l'arbre moteur.
Pour ce faire il faut connaître les dimensions de plusieurs éléments du vélo :
- Diamètre du pédalier
- Diamètre de la roue de vélo
- Diamètre du pignon
- Diamètre de l'arbre moteur (en prenant en compte l'adaptation de ce dernier par une roue de roller ou de skate par exemple)
Il est également nécessaire de connaître les données constructeur du moteur, à savoir l'équivalent en tension (exprimé en V) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (exprimé en tours/min). On rappelle ici que la tension générée par le moteur est proportionnelle à la vitesse de rotation.
Ensuite il faut appliquer l'équation suivante :
∅ Roue arbre moteur = (⌀ Pédalier * ⌀ Roue vélo * Vitesse rotation pédalier) / (⌀ Pignons * Vitesse rotation du moteur)
Voici un exemple avec un moteur P40-250 de AmpFlow :
Umoteur = 12V @ 1700 tours/min
Et avec les caractéristiques suivantes au niveau du vélo ː
⌀ Roue = 64 cm
⌀ Pédalier = 21 cm
⌀ Pignons = 6,5 cm
⌀ Roue arbre moteur = (21 ̽ 64 ̈ 60) / (6,5 ̈ 1700)
⌀ Roue arbre moteur = 7,3 cm
Dans notre cas, une roue de roller fait parfaitement l'affaire. Nous avons récupéré des roues de 7 cm de diamètre environ.
Étape 3 - Intégration du moteur
Installer le home trainer pour surélever la roue arrière du vélo.
Dévisser l'écrou sur l'axe moteur pour retirer les parties métalliques noires présentes sur l'axe.
Ensuite on installe l'adaptateur d'arbre. Il est emmanché directement sur l'arbre du moteur et est maintenu par deux vis serrées sur l'axe.
Démonter une roue de roller.
Installer la roue de roller sur l'axe, maintenue par l'écrou et les rondelles fournies avec l'adaptateur d'arbre. Il faut centrer au maximum la roue de roller par rapport à l'arbre moteur avant de serrer l'écrou.
Fabriquer un support en bois pour maintenir le contact entre la roue de roller et la roue du vélo. Ce support peut avoir plusieurs formes. Cependant le type de support réalisé par le Low-tech Magazine est pertinent puisqu'il permet à la roue de roller de rester en contact avec la roue de vélo grâce à son plan incliné.
Fixer le support moteur sur le home trainer.
Étape 4 - Câblage de l'électronique
La partie électronique se compose de plusieurs éléments ː
- Le moteur à courant continu, qui permet de générer une tension
- Une diode Schottky qui protège le circuit
- Un fusible qui protège lui aussi le circuit
- Un voltmètre pour mesurer la tension
- Un ampèremètre pour mesurer le courant
- Un abaisseur de tension 12-32 V vers 5 V qui permet de stabiliser la tension en sortie à 5 V. Il ne fonctionne pas pour une tension en entrée inférieure à 9 V. L'utilisateur doit donc maintenir une tension au moins égale à 9 V lorsqu'il pédale
- Un multimètre USB qui permet d'afficher la tension et le courant consommé par les appareils USB
- Un appareil à recharger compatible USB
La première étape consiste à déterminer la section des câbles qui seront utilisés ː
S = p * L * I / UAvec :
S (mm²) = Section du câble
p (Ω.mm²/m) = Résistivité du cuivre (0.023 Ω.mm²/m)
L (m)= Longueur du fil (additionner la longueur des conducteurs + et -)
I (A)= Intensité maximale de l’appareil
U (V) = Chute de tension admissible (Vmax * 3%)
Exemple dans notre cas où nous branchons des appareils de très faible puissance :
L = 2 x 2 = 4m
I = 3 A max
U = 12 * 0.03 = 0.36V
S = 0.023 * 4 * 3 / 0.36 = 0.76 mm²
Un câble de section 1mm² a été retenu. A noter qu'augmenter la section d'un câble augmente très rapidement le coût de ce dernier.
Lorsque le dimensionnement des câbles est terminé, on peut intégrer les éléments ː
- Supprimer, via la pince coupante, les deux cosses présentes sur les fils rouge et noir du moteur. Y Souder ensuite, sur les couleurs correspondantes, le fil noir, puis le fil rouge
- Sur le fil rouge, on connecte la diode Schottky grâce à une première borne automatique 2 fils
- Une fois la diode connectée, on insère le fusible dans l’autre partie de la borne automatique puis l'autre extrémité du fusible dans une seconde borne automatique
- Dans cette seconde borne automatique, on insère un autre fil rouge
- Insérer la suite du fil rouge dans une borne 3 fils. Y ajouter deux fils supplémentaires ː l'un est relié à la borne + du voltmètre et l'autre à la borne + de l'ampèremètre.
- La borne - de l'ampèremètre est reliée à une nouvelle borne automatique 2 fils. Un fil rouge est alors connecté sur le deuxième contacteur automatique. L'autre extrémité de ce fil est reliée à la borne positive de l'abaisseur de tension
- Le fil noir du moteur est relié à une borne automatique 3 fils. Un deuxième fil sera alors relié à la borne - du voltmètre, tandis que le troisième fil est relié au - de l'abaisseur de tension
- On connecte alors le multimètre USB sur le connecteur correspondant présent sur l'abaisseur de tension
Lorsque la vérification est concluante, on peut alors faire parcourir les câbles le long du cadre du vélo et les fixer via des Colsons.
Ensuite, il est possible de pédaler pour vérifier si le multimètre USB s'allume. Si c'est le cas, le câblage réalisé est correct . On peut alors vérifier la charge d'un appareil USB, branché sur l'un des deux ports présents sur le multimètre.
Étape 5 - Réalisation du dashboard
Fabriquer un support en bois, suffisamment large pour y intégrer l'électronique, le voltmètre, l'ampèremètre, le multimètre ainsi qu'un espace suffisant pour poser une tablette ou un smartphone.
Le support est fixé directement sur le guidon.
Notes et références
Aller plus loin
Le vélo générateur, tel qu'il est présenté, est une bonne base pour sensibiliser le public aux enjeux du numérique. Il est idéal comme outil pédagogique (pour de l'électronique ou de la mécanique) pour des classes de collège/lycée. Il est toutefois clairement possible de l'améliorer de plusieurs manières ː
- Ajouter une batterie avec une électronique associée, pour qu'elle puisse être chargée lorsque quelqu'un utilise le vélo
- Ajouter une diode Zener entre les bornes + et - du moteur pour limiter la tension en dessous de la valeur maximale en entrée de l'abaisseur de tension (32 V)
Références
https://solar.lowtechmagazine.com/fr/2022/10/how-to-build-bike-generator.html
https://www.lowtechmagazine.com/2022/03/how-to-build-bike-generator.html
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