Fit & Fun

Porteurs du projet : Julien, Alexandre
Accompagnateur : François


E-Fit&Fun

Cette variante du projet consiste à créer un nouveau type de maindalier, à partir d'une génératrice à courant alternatif. Cela répond à la demande de pouvoir utiliser l'énergie produite pour charger une batterie (de portable par exemple)

1) Historique

En Janvier 2023, une génératrice 12V triphasé, 100W à 750 TPM a été achetée:
image Description_Amazon.jpg (0.4MB)

Début Février 2023, à l'occasion des Dynamo Days 2023, un châssis a été conçu et réalisé en découpe laser par les étudiants:
image IMG_0330.jpg (4.2MB)
. Voir les fichiers détaillés sur: Conception du chassis



Il n'existe pas de notice technique. Afin de mieux comprendre le fonctionnement et les performances de cette génératrice, un démontage complet a été effectué:
image IMG_0342.jpg (3.0MB)
image IMG_0346.jpg (3.6MB)

A cette occasion, le neutre du bobinage a été relié par un fil supplémentaire blanc:
image IMG_0349.jpg (2.9MB)
.
Après remontage, des mesures de tension alternative brute (non redressée) ont été effectuées, afin de comprendre la relation vitesse-tension:

Vitesse: 1 tour / seconde (60 TPM). La tension de sortie (à vide) est de 1V
ALTERNAT_1tpars_SANS_CHARGE.bmp (3.5MB) Vitesse: 2 tours / seconde (120 TPM). La tension de sortie (à vide) est de 2V
ALTERNAT_2tpars_SANS_CHARGE.bmp (3.5MB) Vitesse: 2 tours / seconde (120 TPM). La tension de sortie (charge 1 Ohm sur une phase) est de 1V
ALTERNAT_2tpars_CHARGE_1OHM_SUR_ROUGE.bmp (3.5MB)

La conclusion de ces observations est que, pour obtenir une tension continue régulée de 5V, on estime qu'il faut générer environ 8V alternatif, soit une vitesse de rotation de l'ordre de 480 TPM, ce qui est 8 fois plus élevé que la vitesse de rotation normalement induite par le pédalage manuel "normal". Cela va imposer le rajout d'un pédalier intermédiaire avec un ratio d'entraînement de 8:1.

A l'occasion de Fabrikarium de Perpignan, début avril 2023, un prototype de pédalier à chaîne a été conçu, par la réutilisation d'un vélo de récupération. Les pignons ont été imprimés en PLA.
image IMG_0393.jpg (4.4MB)
Voir plus d'information sur Fichiers sur le Partage

Schéma électrique

Un schéma électrique a été étudié, afin de redresser et réguler la tension à un niveau de 5V continu, moduler le freinage de la génératrice, et compter les tours:

Nomenclature et état d'approvisionnement:

  • 6 Diodes 2A
  • 1 condensateur 16V 1000µF
  • 1 convertisseur BuckBoost
  • 1 carte Power Bank
  • 1 batterie Li-ion 3,7V
  • 1 carte ESP 32
  • 4 relais 5V
  • 4 résistances de puissance de valeurs différentes

Fonction compte-tours:
  • Amplificateur opérationnel (LM471)
  • Diode pour génération de créneaux à partir d’une des phases

Schéma électronique, version Novembre 2023



Descriptif

Description des composants :

- microcontrôleur utilisé dans ESP8266 (node MCU),
NODE MCU ESP8622. Il permet la communication avec le jeu vidéo, les calculs de détection de tours via une entrée d'interruption sur la pin 13 (D2)
Actuellement il envoie sur le broker MQTT du jeu le nombre de tours en radian par seconde

- Ampli-opérationnel utilisé en mode comparateur Texas instruments LM358 :
DataSheet : https://shorturl.at/kwIJ2

Transformation du signal analogique en numérique via un montage comparateur simple.
Le seuil de détection est réglable par le potentiomètre RP1. Dès que le seuil est dépassé, la sortie du comparateur passe à l'état haut. Il permet d'avoir des états d'entrée lisibles par le microcontroleur, et dans ses plages de courant.

Le bouton P1 est utilisé pour simuler un tour de façon manuelle (utilisé pour le debug)
La diode électroluminescente LED1 sert à visualiser la détection de tours (utilisée pour le debug)

- UPS, alimentation ininteruptible (DC-DC Step Up Booster UPS Uninterruptible Power Supply)
UPS L'UPS est utilisée comme alimentation 5V principale pour le microcontroleur et ses périphériques.

Elle a pour rôle d'assurer de façon continue l'alimentation du systeme, même quand la génératrice n'est pas en mouvement. De ce fait, la partie microcontroleur est toujours alimentée.
Lorsque la génératrice tourne, l'énergie générée est stockée dans les batteries de l'UPS, cette énergie sera libérée par la suite dans le système.


- Convertisseur DC-DC 12V vers 5 V
DC-DC 12V vers 5V le convertisseur DC-DC a pour rôle de convetir la tension de sortie redressée de la génératrice. Il est capable de transformer en 5v des tensions d'entrée comprises entre 13 volts et 7 volts. (test réalisé sur l'alimentation stabilisée)
Le port de recharge USB sera connecté à ce circuit.

2) Prochaines étapes


- Mécanique: concevoir un pédalier intermédiaire provisoire pour tester l'électronique et les performances: Julien
- Electronique: continuer à collecter les composants, et à rechercher des solutions de simplification (par exemple: résistance variable au lieu du jeu de résistances, ou utilisation d'une alimentation à découpage): Rémi et François
- Codage: Clémentine et Rémi