Projet tutoré : Chaîne de traction de vélo électrique

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1 Projet tutoré : Chaîne de traction de vélo électrique Tristan MARCILLET Grégoire WICKY Professeur tuteur : Mickaël HILAIRET

2 Sommaire 1) Présentation du vélo à assistance électrique 3 2) Présentation du projet..4 3) Etude du moteur...5 4) Etude du MC33035-D.7 5) Montage de la roue et programmation. 12 6) Carte de commande. 16 7) Conclusion 18 Page 2

3 1) Présentation du vélo à assistance électrique Les vélos que nous utilisons pour notre projet sont produits par l entreprise OVO BIKE. L entreprise est située à Ensisheim en Alsace. L idée d OVO BIKE est de proposer aux municipalités et autres collectivités territoriales d intégrer progressivement à leur parc de véhicules, voire de mettre à la disposition du public en complément des transports en commun, un vélo électrique pratique, silencieux, non polluant, économique et très rentable. Différence entre le vélo à assistance électrique et le vélo électrique : Le vélo à assistance électrique ne dépasse pas la vitesse de 25km/h et la partie électrique se déclenche uniquement lorsque l on pédale. Le vélo électrique peut dépasser les 25km/h, le port du casque est obligatoire, on peut activer la partie électrique à tout moment et le vélo doit être assuré. Page 3

4 2) Présentation du projet L objectif de ce projet consiste à : Démonter un vélo et analyser les constituants. Définir les constituants fonctionnels et réutilisables. Concevoir la carte de commande du moteur roue. Nous avons commencé par rechercher des documentations techniques sur le vélo, voici ce que nous avons trouvé : - Vitesse de pointe : 25km/h - Autonomie moyenne d utilisation : 70km - Moteur : moteur synchrone autopiloté - Batterie : - type NI-MH 8,5A.h 36V - Durée de vie cycles - Chargeur : - intégré au vélo - Temps de charge complète 5h - Tension de recharge : 220V 50Hz - Energie de recharge : 360Wh - Confort d utilisation : - Freinage électrique à récupération d énergie par rétropédalage. - Clavier à 3 boutons permettant la mise en marche et l arrêt du vélo, des phares, et le choix du niveau d assistance. - 4 niveaux d assistance ajustables. - Indicateur visuel du niveau d assistance choisi. - Indicateur graphique de l état de charge de la batterie. - Arrêt automatique du fonctionnement du vélo après 4 minutes d absence de mouvement (pédalage ou roulage). - Carte à puce : Gestion du vélo par carte à puce (Identification du vélo et de l utilisateur, date, heure, temps d utilisation, nombre de kilomètres parcourus, état de charge de la batterie). - Electronique : Un microcontrôleur supervise l ensemble des fonctions présentées. Page 4

5 Ensuite nous avons démonté le vélo, pour le moment nous avons décidé de ne garder que la roue arrière du vélo, celle qui contient le moteur. 3) Etude du moteur Comme pour le vélo nous avons d abord effectué des recherches d information sur ce moteur : - Type de moteur : Moteur synchrone triphasé autopiloté à aimants permanents. L autopilotage est réalisé par des capteurs à effet Hall. - Nombre de paire de pôles : p=13 - Puissance nominale : 250W - Rendement au pont nominal : 80% Fonctionnement du moteur : Le moteur est piloté par un pont à thyristor qui est alimenté en courant. Ce pont a thyristor produit 3 signaux décalés de 120 grâce à une série de commutation. Nous pouvons déduire de ce schéma et de cette séquence de conduction les chronogrammes suivant : Page 5

6 Nous obtenons bien les 3 signaux de commande du moteur décalés de 120. Page 6

7 4) Etude du MC33035 Après l étude du moteur nous avons décidé de l ouvrir et notre intérêt c est porté sur un circuit, le MC MC33035 Il s agit en fait du circuit de commande du moteur. On peut voir que des fils sont connectés au circuit, ces fils passent par un cordon et arrivent sur un connecteur. Page 7

8 Fonctionnement du MC33035 : Des transistors MOSFET intégré dans ce circuit permettent de générer le courant de commande des thyristors. Ce circuit permet également de faire varier la vitesse du moteur ou encore de changer le sens de rotation du moteur. Page 8

9 Pour comprendre plus facilement le fonctionnement de ce circuit, nous en avons fait une fiche résumée. Name Dir Description 1 Bt Commande l étage haut à transistor 2 At Commande l étage haut à transistor 3 SENS IN Fil gris Sens de rotation du moteur 4 SA IN Commande la séquence de commutation 5 SB IN Commande la séquence de commutation 6 SC IN Commande la séquence de commutation 7 EN IN Entrée de validation active à 5V Fil vert 8 OUT Cette sortie fournie un courant de charge à l oscillateur (condensateur CT) et une référence pour l amplification d erreur 9 IN Tension comparé avec la pin OSC IN Oscillateur interne régler par le condensateur CT et une résistance interne RT 11 VIT IN Consigne de couple tension variable 0 à 5V Fil jaune 12 IN Utilisé pour les applications en boucle ouverte 13 IN Utilisé pour les applications en boucle fermée 14 OUT Sortie d erreur, s active si un capteur est invalide ou si enable n est pas validé 15 IN Broche de référence (100mV) pour le comparateur. Compare la tension de la pin 9 16 GND Masse (fil noir) 17 VCC IN 12,4V alimentation de l étage bas à transistor (fil rose) 18 VC IN Relier à Cb Commande l étage bas à transistor 20 Bb Commande l étage bas à transistor 21 Ab Commande l étage bas à transistor 22 60/120 IN Choix du déphasage 60 ou BRAKE OUT Frein du moteur Fil marron, mettre à la masse pour faire tourner la roue 24 Ct Commande l étage haut à transistor Page 9

10 Nous nous sommes intéressés plus précisément aux broches 3, 7, 11, 16, 17 et 23 car elles sont reliées au connecteur. Broche n 3 (SENS) : c est une entrée, elle permet de choisir le sens de rotation de la roue. Il faut une tension de 0V pour faire tourner la roue dans le sens horaire ou une tension de 5V pour le sens antihoraire. Broche n 7 (EN) : c est une entrée de validation active à 5V, elle doit être activée pour que le moteur puisse tourner. Broche n 11 (VIT) : c est une entrée qui permet de faire varier la vitesse de la roue grâce à une tension variant de 0 à 5V. Broche n 16 (GND) : Il s agit de la masse. Broche n 17 (VCC) : c est une entrée devant être à 12V, elle permet d alimenter une partie des transistors à l intérieur du circuit. Broche n 23 (BRAKE) : c est une sortie délivrant une tension qui bloque la roue, il faut la mettre à la masse pour enlever le frein et pouvoir faire tourner la roue. Page 10

11 On a aussi créé une fiche pour le connecteur Alimentation 37V Pin Name Dir Description 1 Patte non utilisée 2 Patte non utilisée 3 Patte non utilisée 4 SENS IN Fil gris Sens rotation 5 VIT IN Fil jaune Consigne de couple Tension variable de 0 à 5V (5V à confirmer) 6 IN Fil blanc Capteur pédalier 7 IN Fil gris Capteur pédalier 8 EN IN Enable commande du pont. Fonctionnement si +5V Fil vert 9 Patte non utilisée 10 Patte non utilisée 11 Patte non utilisée 12 VCC IN Fil rose Vcc = 12.4V alimentation de l étage bas à transistor 13 Fil blanc (coupé) 14 GND Fil noir Masse 15 BRAKE OUT Fil marron (mettre à la masse) Nous avons supprimé les fils des broches 6 et 7 puisque nous avons retiré le capteur. Nous avons aussi remarqué que le fil de la broche 13 a été coupé à l intérieur du moteur. Page 11

12 5) Montage de la roue et programmation Une fois l étude du moteur et du circuit terminé nous avons monté la roue sur un support pour pouvoir vérifier son fonctionnement. Nous avons alimenté le moteur en 36V et mis les tensions correspondante sur chaque fils. La roue c est mise à tourner, nous avons donc pu valider son fonctionnement. Page 12

13 Ensuite nous avons créé un programme en langage C et nous l avons implanté dans une des cartes de TP. Nous utilisons un PIC 18F4580 pour programmer. Voici le programme que nous avons créé : Page 13

14 Avec ce programme nous pouvons faire varier la vitesse de la roue grâce à une PWM variable réalisée avec le timer 2 du PIC. Pour réaliser cette PWM variable, nous faisons varier une tension de 0 à 5V avec un potentiomètre, cette tension est envoyé dans l entrée du convertisseur analogique/numérique du PIC Ensuite nous récupérons la tension converti sur la broche RCC2 du PIC puis nous la filtrons avant de l envoyer au moteur pour obtenir la valeur moyenne de la PWM. Voici le filtre réalisé : Nous avons choisi une fréquence de coupure basse de 15Hz pour extraire la valeur moyenne de la PWM. D après cette formule f = la valeur du condensateur. 1 2πRC et en prenant une résistance de 10k, nous avons pu déduire C = 1 = 1 = 2πRF 2π 10k uF La valeur normalisée la plus proche est 1uF. PWM PWM filtrée Page 14

15 Nous avons connecté la carte et le filtre au moteur et nous avons pu valider les différentes fonctions programmées. La carte programmée et le filtre réalisé. Page 15

16 6) Carte de commande Nous avons commencé à créer une carte de commande qui remplacera la carte de TP que nous avons utilisé pour vérifier le fonctionnement de la roue. Cette carte nous permettra de : - Faire varier la vitesse de la roue et afficher cette vitesse sur un écran LCD - Changer le sens de rotation et afficher ce sens sur l écran LCD - Faire un RESET avec un bouton poussoir - Choisir le niveau d assistance Il faut aussi prévoir un convertisseur pour convertir la tension de 36V de la batterie en tension de 12V et 5V. Nous avons fait un premier schéma électrique de la carte pour préparer le projet de l année prochaine. Ce schéma n est pas totalement terminé et sera à modifier pour ajouter de nouvelles fonctions. Page 16

17 Voici le schéma que nous avons réalisé : Page 17

18 7) Conclusion Nous aurions aimés avoir un projet mieux définit au départ pour pouvoir travailler plus efficacement, mais ce projet étais très intéressant et nous a permis d acquérir de nouvelles connaissances en électrotechnique et électronique de puissance. Page 18