Bicycle generator: The ultimate DIY guide (With examples!)/Générateur de vélo : Le guide ultime du bricolage (Avec exemples !)

Vous connaissez sans doute le principe du pédalage, au moins sous sa forme la plus classique : le vélo ! Au CCAT, l’idée de pédaler pour produire de l’énergie transformable en travail a été repensée. En pédalant, on peut alimenter un téléviseur, un ordinateur portable, un lave-linge, une perceuse à colonne… les possibilités sont infinies.

Cette page a pour but de fournir un guide pratique pour construire un générateur alimenté par un vélo . Les deux premières étapes seront également utiles à ceux qui souhaitent construire un dispositif mécanique à pédales , car les composants sont fondamentalement les mêmes, avec quelques légères différences qui seront précisées dans chaque cas.

Bien sûr, n'hésitez pas à solliciter l'aide de Bart Orlando, expert en pédalage, qui réside au sein de l'établissement . Pour vous inspirer dans votre projet, le CCAT tient à jour une liste des dispositifs sur lesquels les étudiants ont travaillé.

Voici les composants nécessaires à la fabrication d'un appareil électrique à pédales :

• Un vélo stationnaire ou un vélo d'exercice
• Une courroie et une poulie
• Un générateur
• Une diode
• Un fusible
• Une batterie
• Un onduleur
• Une machine simple

Le vélo est le premier élément d'un dispositif à pédales. Presque tous les vélos conviennent, y compris les vélos à plusieurs vitesses, les VTT, voire les vélos d'appartement (comme celui utilisé pour le mixeur électrique à pédales du CCAT ) ! L'essentiel est que les bras ou les jambes actionnent une manivelle reliée à un engrenage, ce qui fait tourner une roue.

Concevoir un appareil fonctionnant à l'énergie du pédalage à partir d'un vélo standard, comme le générateur portable de Rowan, présente des avantages. Cela demande également plus d'efforts que l'utilisation d'un vélo d'appartement, ce dernier étant conçu pour rester immobile. Les vélos peuvent être très abordables (à Arcata, en Californie, la Bike Library est une excellente ressource locale où l'on peut louer des vélos pour presque rien !). Utiliser un vélo pour alimenter un appareil permet de réduire sa facture d'électricité et donne une seconde vie à son vélo.

L'un des principaux défis lors de la conception d'un engin à pédales est la stabilité du vélo. La roue avant doit être immobilisée. On peut soit la retirer et stabiliser le cadre en le plaçant entre des parpaings, soit utiliser un support de roue adapté. La roue arrière doit être surélevée pour pouvoir tourner librement. La meilleure solution semble être un support d'entraînement pour vélo, comme celui utilisé lors du WaterPod Tour de Volts . Cette solution ne nécessite ni le démontage des roues ni une modification permanente du vélo, qui reste donc utilisable. Une autre option, plus laborieuse, consiste à utiliser des tasseaux et du contreplaqué pour créer une plateforme surélevée sur laquelle la roue pourra flotter. Il est essentiel de veiller à ce que le vélo soit bien stable.

Une fois le vélo correctement immobilisé, le pédalage doit être régulé par un volant d'inertie. Ce dernier est un disque rotatif lourd servant à emmagasiner de l'énergie cinétique. Il résiste aux variations de vitesse, ce qui contribue à stabiliser la rotation de l'arbre du générateur, car le couple généré par le vélo est irrégulier. Pour une explication plus détaillée des volants d'inertie, notamment leurs caractéristiques de conception, cliquez ici . Si l'immobilisation temporaire du vélo ne vous pose pas de problème, vous pouvez retirer le pneu et la chambre à air de la roue arrière et installer une courroie sur une poulie fixée au générateur (sur un vélo standard à 10 vitesses, une courroie trapézoïdale de type B convient avec une poulie de 63,5 mm).

Le vélo d'appartement comme celui utilisé dans le Pedal Power MEOW est une excellente option. Conçu pour être stationnaire, il est déjà stable. De plus, la plupart des accessoires habituellement nécessaires à un vélo ne sont pas requis. Dans de nombreux cas, un volant d'inertie entoure déjà la roue du vélo. Idéalement, un volant d'inertie monté à l'avant et doté d'une gorge pour la courroie est utilisé. La transmission qui s'est avérée efficace est composée d'un plateau de 52 dents relié par la chaîne au volant d'inertie, lequel est équipé d'une roue libre de 16 dents. Le diamètre de volant d'inertie optimal est de 39,4 cm (15,5 pouces) en métal massif.

Une courroie est nécessaire pour relier la roue du vélo (ou le volant d'inertie) à la génératrice via la poulie. Selon votre configuration, un usinage peut être nécessaire pour installer correctement la courroie. Une fois la roue prête, passez simplement la courroie dans la gorge et fixez-la (sans jeu) à la poulie de la génératrice. Un exemple d'utilisation de la courroie et de la poulie est disponible sur le site Samoa Hostel Pain in the Axle .

La poulie fonctionne comme la roue d'un vélo. La courroie la relie à la génératrice. Cela permet de transmettre l'énergie fournie par le vélo à la génératrice. La courroie et la poulie font partie des six machines simples, couramment utilisées dans de nombreux projets mécaniques.

Pour les appareils à pédales, le type de poulie nécessaire dépend de deux fonctions : remplacer un moteur (comme la machine à laver à pédales CCAT ) ou générer de l'électricité (comme le téléviseur à pédales CCAT ). Les appareils remplaçant un moteur utilisent généralement une poulie d'entraînement montée sur un arbre. Un diamètre de 7,5 à 10 cm est recommandé pour la poulie du générateur. On peut toutefois augmenter le diamètre de la poulie pour faciliter sa rotation. En revanche, les appareils générateurs d'électricité utilisent une courroie.

La courroie d'entraînement, comme celle utilisée sur le téléviseur et le magnétoscope à pédales CCAT , doit être suffisamment grande pour couvrir la circonférence du volant moteur, de la roue de génératrice et l'écartement entre ces deux roues. Les courroies trapézoïdales entraînent une perte d'environ 20 % de l'effort de pédalage due au frottement. Les courroies crantées, quant à elles, offrent un rendement d'environ 95 %.

Les bras de levier sur les pédaliers, comme celui utilisé sur le générateur à bras Flock House , peuvent augmenter la puissance de sortie de plus de 50 %. Un tel système a été conçu par Maurice Houbracken .

On peut atteindre un objectif similaire en utilisant des pignons elliptiques plutôt que ronds sur les transmissions par chaîne. Par exemple, si le pignon fixé aux pédales d'un vélo est elliptique, son grand axe étant perpendiculaire à l'axe des manivelles et l'axe des pédales passant par le centre de l'ellipse, le rapport de transmission varie en fonction du mouvement des pédales. Lorsque le pied du cycliste appuie vers le bas, le rapport est maximal pour atteindre la vitesse la plus élevée. Lorsque les pieds se déplacent horizontalement, avec une force minimale, le rapport est minimal, offrant un avantage mécanique optimal et permettant aux pieds de dépasser cette position le plus rapidement possible.

Chacune de ces configurations possède un ensemble différent de paramètres de conception, mais leur objectif est identique : fournir de l’énergie mécanique sous la forme d’une courroie rotative à un générateur qui produira ensuite de l’énergie électrique.

On pourrait dire que c'est au niveau du générateur que la magie opère. Le générateur utilise un mouvement de rotation (dans notre cas, celui du pédalage d'un vélo) pour faire tourner des aimants, créant ainsi un courant électromagnétique. Ce courant peut être utilisé de diverses manières, mais une utilisation inappropriée risque fort d'endommager, voire de détruire, votre appareil électrique ou électronique. Vous trouverez plus d'informations sur les générateurs ici .

Pour ce guide, l'essentiel est de choisir le bon générateur. En règle générale, le générateur idéal est un moteur à courant continu à aimant permanent produisant 24 volts à 600 tr/min (le moteur fonctionne comme un générateur tant que la diode et le fusible sont placés en série, c'est-à-dire en série en termes d'électrotechnique, entre le générateur et la batterie).

Parmi les générateurs CC 24 volts qui se sont révélés efficaces, on trouve les générateurs à aimant permanent d'une vitesse de rotation de 1 800 tours par minute (tr/min) et d'une puissance potentielle de 1/3 cheval-vapeur. La tension de sortie est directement proportionnelle à la vitesse de rotation ; ce système peut faire tourner le générateur à 900 tr/min, ce qui produit une tension de 12 volts.

N’utilisez pas d’alternateur de voiture. Il doit tourner trop vite (3 000 à 10 000 tr/min) et utilise un tiers de votre effort de pédalage pour alimenter un électroaimant au lieu d’utiliser des aimants permanents qui ne consomment aucune énergie.

Vous y êtes presque ! Il ne reste plus qu'à effectuer les travaux électriques. Il est temps de connecter la batterie au générateur (après quelques étapes intermédiaires).

Utilisez du fil de cuivre multibrins de calibre 10. N'utilisez pas de fil de cuivre massif. L'électricité se conduit à la surface du fil de cuivre. Plus la surface est grande, moins il y a de résistance (perte d'énergie due à la conversion de l'électricité en chaleur). Plus le nombre de brins de cuivre est élevé, mieux c'est.

Avez-vous déjà emprunté une file d'attente équipée d'un tourniquet pour diriger le flux de personnes dans un seul sens, vers le métro ou un parc d'attractions ? Une diode fonctionne de manière similaire pour le courant. Il s'agit d'une valve unidirectionnelle placée sur le fil positif ou négatif. Elle doit être dimensionnée pour 25 ampères et une tension d'au moins 35 volts. Un moteur étant un dispositif à double sens, un dispositif est nécessaire pour empêcher le courant de refluer, afin qu'il fonctionne comme un moteur et non comme une génératrice (un moteur effectue la fonction inverse d'une génératrice : il absorbe du courant et le convertit en énergie mécanique).

Vous pouvez acheter une diode chez Radioshack pour environ un dollar. La diode se place entre le générateur et la batterie, le fusible étant le seul élément intermédiaire. Attention : une diode possède une borne positive et une borne négative. Veillez à bien connecter la borne positive avec la borne positive et la borne négative avec la borne négative, sinon l'appareil ne fonctionnera pas. Consultez l'emballage de votre diode pour identifier les bornes. Si vous rencontrez toujours des difficultés, n'hésitez pas à contacter le service client de Radioshack ou d'un autre magasin d'électronique.

Le principe d'un fusible est généralement bien compris. En cas de surtension dans le système électrique, si un courant trop important traverse le fusible, celui-ci fond, créant une interruption dans le circuit (circuit ouvert). Cette interruption empêche le courant de circuler. L'appareil devient alors inutilisable. Cela évite également que les appareils ne soient endommagés par une surintensité. Pour le prix d'un fusible, votre appareil peut être réparé !

Le fusible doit être de 25 ampères et doit être connecté entre la borne positive de la batterie et la borne positive de la diode.

Pour un exemple de générateur de vélo utilisant des fusibles, consultez la page du générateur d'énergie pour vélo WaterPod.

Le régulateur de tension limite l'intensité du courant lorsque la batterie atteint sa pleine charge afin d'éviter d'endommager cette dernière.

Fixé au vélo d'exercice.

La batterie stocke l'énergie produite et la restitue de manière constante, à la tension et au courant spécifiés lors de l'achat. Il est donc essentiel d'adapter votre batterie aux besoins de votre appareil. Pour obtenir l'adaptation optimale, vous pouvez utiliser plusieurs batteries en parallèle (toutes connectées côte à côte au même appareil, ici un générateur). Je vous recommande de consulter un vendeur de composants électroniques pour obtenir des conseils personnalisés. Une fois les paramètres de votre batterie déterminés, il vous suffit de connecter la borne positive du générateur (diode et fusible) à la borne positive de la batterie, et la borne négative à la borne négative.

Une batterie 12 volts à décharge profonde peut être rechargée par pédalage, mais il est préférable d'utiliser la force de pédalage pour compenser la consommation d'un appareil électrique alimenté par la batterie ou via un convertisseur. C'est encore mieux pour recharger les petites batteries de lampes torches ou de téléphones portables. L'idéal est de ne pas utiliser de batterie du tout, comme dans le cas du mixeur électrique à pédales.

Plus qu'une étape...

L'onduleur convertit le courant continu (provenant du générateur) en courant alternatif (celui qui sort de votre prise murale). Il transforme le 12 volts CC en 110 volts CA. Votre alternateur devrait être équipé d'une prise à trois broches pour faciliter le branchement à votre appareil. Branchez simplement la prise de l'appareil à la prise de l'alternateur et les câbles de l'alternateur aux bornes positive et négative de la batterie. Comme toujours, veillez à bien connecter le positif au positif et le négatif au négatif.

Les onduleurs doivent pouvoir supporter les pics de consommation électrique. Pour déterminer la charge, consultez la puissance requise (en watts) indiquée à l'arrière des appareils. Ce calcul permet de s'assurer que l'onduleur est compatible avec la charge électrique. L'efficacité de la plupart des onduleurs varie en fonction de la charge, permettant de convertir entre 60 % et 90 % du courant continu de 12 volts en courant alternatif de 110 volts.

Voilà ! Vous êtes prêt à produire de l'électricité tout en faisant de l'exercice ! Pour alimenter des appareils électriques non électroniques, comme des lampes, l'onduleur n'est pas nécessaire. Après un long et difficile processus, il est enfin temps de le tester.

Cette partie variera selon votre projet, mais l'idée est d'utiliser une ou plusieurs courroies et poulies pour actionner le mécanisme qui, autrement, serait actionné électriquement. Sur le schéma de Matthew Rhodes , une courroie est directement reliée au moteur qui fait tourner la machine à laver. Il s'agit de la configuration la plus simple. Pour en savoir plus sur les machines simples, cliquez ici .

• Ressources pour les cyclistes :
  • À la bibliothèque de vélos d'Arcata, en Californie, vous pouvez louer un vélo pendant 6 mois pour 20 $. Et vous récupérez votre argent en le rendant dans les 6 mois !
  • ScienceShareware propose un exemple de tension continue générée par un vélo stationnaire.
• Supports/entraîneurs pour vélos :
  • Convergence Tech fabrique un excellent support spécialement conçu pour générer du courant d'alimentation par pédale. L'entreprise fournit des instructions et des listes de pièces détachées pour faciliter l'achat. Le plus dur est fait pour vous !
• Générateurs :
  • Découvrez cette applet Java qui montre comment fonctionnent les générateurs électriques ! Génial !
  • L' annuaire Thomas Register contient une liste de fournisseurs de générateurs.
• Diodes :
  • Pour en savoir plus sur le rôle d'une diode, cliquez ici.
• Des batteries, des fusibles, des onduleurs, des générateurs et autres équipements électriques peuvent être achetés chez Mouser Electronics .

• Site officiel du CCAT
• Consultez les recherches actuelles sur la puissance du pédalage publiées par le CCAT .
• Découvrez ici comment fonctionne le courant électrique dans votre maison .
• Un alternateur peut s'avérer utile dans certains systèmes à pédales. Pour en savoir plus, cliquez ici.

▼Il s'agit d'un projet du Centre pour les technologies appropriées du campus de l'Université d'État de Humboldt .

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