Montage d un moteur électrique sur un vélo

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1 Montage d un moteur électrique sur un vélo Auteur : Windwaver Date : 28 janvier 2017

2 Table des matières 1 But 2 2 Matériels 3 3 Dimensionnement du moteur Calcul de la puissance Choix du moteur Calcul du couple Calcul du couple à l arbre moteur Calcul du couple à la roue Calcul du rapport de transmission Calcul de la vitesse max Fabrication Couronne dentée Dessin Segment de couronne dentée chevron Pignon Flasque Montage flasque sur jante Rectification de la flasque Montage de la couronne sur la flasque Montage du pignon sur arbre moteur Fabrication douille Coupe à la bonne longueur de l arbre Collage du pignon en métal 12 dents Montage du pignon en nylon Fixation du moteur sur le triangle du vélo Alignement du pignon moteur à la couronne Partie électrique Explications Schéma de câblage Fonction signal de la poignée de gaz en 10 bits (pour être traité par l Arduino) Code Arduino Programmation du régulateur de vitesse But Arriver à monter une pente de 20% à 25 km/h à l aide d un vélo assisté d un moteur électrique. Masse totale du cycliste et du vélo = 100 kg. 2

3 2 Matériels 750 [g] Ultimaker Nylon 2.85 ; PLA Ultimaker ; 1 x pignon Z=12 module=2 ; 1 douille 10/8/22 ; colle loctite 638 pour collage de la douille et du pigon sur l arbre moteur ; 1 plaque alu 650x650mm, épaisseur 2mm ; 32 vis inox pour tôle lg=16mm. 1 moteur Hacker A60-18L KV : 149 ; 4 accus 10S 5000mA ; 1 Regulateur de vitesse MasterSPIN 99 Pro OPTO ; 1 Jeti Box ; 1 poignée de gaz ; 1 carte Arduino ; 1 pile 9V. 1 couronne à denture chevron intérieur en Nylon ; 1 pignon à denture chevron en Nylon ; 1 tube de mastique Polyflex 444 ; 4 vis à tête conique inox pour fixation du moteur ; 2 vis inox M6 longueur = 40mm ; 2 vis inox M6 longueur = 50mm ; 16 rondelles inox M6 ; 12 écrous inox M6 ; Colle Araldit ; Fibre de carbone pour fixation du moteur sur le cadre du vélo ; Epoxy. 3 Dimensionnement du moteur 3.1 Calcul de la puissance P = v F α = arctan = 11.3 F = sin α m g = sin (11.3) = 192 [N] P = = 1335 [W ] 3.6 Prenons un rendement global de 0.75 P = = 1780 [W ] 3

4 3.2 Choix du moteur Voir figure 1, page 4 KV = 149 [rpm/v] Figure 1 Choix du moteur KV = 149 4

5 3.3 Calcul du couple Calcul du couple à l arbre moteur τ = Calcul du couple à la roue 60 2π KV I = = 4.3 [Nm] 2π 149 τ = r F = = 67.2 [Nm] 3.4 Calcul du rapport de transmission 3.5 Calcul de la vitesse max 4 Fabrication i = = 15.6 v = π d n = π / Couronne dentée Dessin 3.6 = 46 [km/h] 1. Prendre l application smart phone ou le programme sous windows : Gears 3D Printer ; 2. Convertir avec Instep ; 3. Ouvrir avec Solid edge ; 4. Attendre très longtemps ; 5. Enregistrer sous.par. 4.2 Segment de couronne dentée chevron Voir figure 2, page Pignon Voir figure 3, page 6 5

6 Figure 2 Segment de couronne dentée chevron matière PLA Ultimaker Figure 3 Pignon chevron imprimé en 3d matière Nylon Ultimaker 6

7 4.4 Flasque Découpage à la scie sauteuse de la flasque dans tôle alu épaisseur 2mm. Prévoir une surépaisseur de 2mm (extérieur et intérieur) pour ensuite la rectifier concentrique par rapport au moyeu de la roue. Attention de ne pas prendre trop de matière car il y vite du jeux. 4.5 Montage flasque sur jante Collage au mastique de collage Rectification de la flasque Voir video. 4.6 Montage de la couronne sur la flasque Voir figure 4, page 7 Figure 4 Montage de la couronne sur la flasque 4.7 Montage du pignon sur arbre moteur Voir figure 5, page Fabrication douille diamètre intérieur 8H7 extérieur 10g6 à coller avec Loctite 238 sur l arbre du moteur. 7

8 Figure 5 Montage du pignon sur l arbre du moteur Coupe à la bonne longueur de l arbre Voir figure 5, page Collage du pignon en métal 12 dents à la Loctite Montage du pignon en nylon Chasser le pignon sur le pignon en métal à l aide d un étau Fixation du moteur sur le triangle du vélo Voir figure 6, page 9 et figure 7, page Alignement du pignon moteur à la couronne A l aide des écrous et contre-écrous, régler l alignement. Voir figure 8, page 10. 8

9 Figure 6 Fixation du moteur sur le triangle du vélo (photo 1) Figure 7 Fixation du moteur sur le triangle du vélo (photo 2) 5 Partie électrique 5.1 Explications Comme la poignée de gaz d un scooter électrique génère un signal de 0.8 à 4.2V et que le régulateur de vitesse requiert un signal d entrée de 1ms à 2ms, l emploi d un Arduino est parfaite. 9

10 Figure 8 Alignement du pigon moteur à la couronne, à l aide des 4 vis et écrous + contre-écrous 5.2 Schéma de câblage Voir figure 9, page 10 Figure 9 Schéma de câblage Violet A0 = Entrée du signal des gaz ; Orange 9 = Sortie digital pour l ESC ; Noir GND ; Blanc +5 V. 10

11 5.3 Fonction signal de la poignée de gaz en 10 bits (pour être traité par l Arduino) Voir figure 10, page 11 Figure 10 Fonction signal de la poignée de gaz en 10 bits (pour être traité par l Arduino) 11

12 5.4 Code Arduino Listing 1 Code Arduino /* Coded by Marjan Olesch Sketch from Insctructables. com Open source - do what you want with this code! */ # include <Servo.h> int throttlepin = 0; int Pont = A1; int value = A0; // set values you need to zero Servo firstesc, secondesc ; // Create as much as Servoobject you want. You can controll 2 or more Servos at the same time void setup () { firstesc. attach (9) ; // attached to pin 9 I just do this with 1 Servo pinmode ( throttlepin, INPUT ); pinmode (Pont, INPUT ); Serial. begin (9600) ; } void loop () { // First connect your ESC WITHOUT Arming. Then Open Serial and follo Instructions } firstesc. writemicroseconds ( value ); int state = digitalread ( Pont ); value = analogread ( throttlepin ); if ( state == HIGH ) { value = 1.44*( value -871) +2050;} if ( state == LOW ) { value = 0.72*( value -871) +1550;} Serial. println ( value ); 5.5 Programmation du régulateur de vitesse Mettre l accélération de 0% à 100% en 2.5s. Ceci permet de limiter l effort sur les dents des engrenages. Pour le réglage des ms, il faut mettre initial point à fix et le régler à 1ms. Le end point, le mettre à off. 12