Utilisation des solutions SOLIDWORKS pour fabriquer une lampe de poche à manivelle : Partie 1 - Conception mécanique

Article de Joseph Lyon mis à jour le 9 janvier 2018

Article

Dans le cadre de mon stage d'ingénieur au département électrique de Javelin, je mets mes connaissances académiques à l'épreuve en créant une lampe de poche à manivelle entièrement fonctionnelle. Elle sera un excellent complément à tout kit de survie en cas d'urgence ou d'apocalypse zombie. Pour relever le défi, j'utilise des composants électroniques récupérés et du matériel imprimé en 3D, le cas échéant. Je vais documenter mon "illumination" par une série d'articles de blog.

Une carte mère d'ordinateur Compaq des années 1990 qui traîne chez moi sera la source de la plupart de mes composants.

Une carte mère d'ordinateur Compaq des années 1990 qui traîne chez moi sera la source de la plupart de mes composants.

Portée du projet : "Faire la lumière sur la situation".

L'objectif du projet de lampe de poche SOLIDWORKS est de concevoir une lampe de poche à manivelle qui restera allumée plus longtemps et qui sera moins lourde que les modèles traditionnels. Comme la lampe de poche sera créée presque entièrement avec des pièces internes, le projet est respectueux de l'environnement ! Des composants provenant de mes appareils électroniques récupérés et du matériel imprimé en 3D seront utilisés. Des matériaux supplémentaires seront achetés uniquement si nécessaire. Je vais également utiliser SOLIDWORKS et SOLIDWORKS PCB ensemble pour rationaliser mon processus de conception électromécanique.

Contexte : La science de la production d'électricité

Une lampe de poche à manivelle fonctionne en convertissant une entrée mécanique rotative en énergie électrique. Lorsque la manivelle est tournée, un arbre relié à un générateur tourne, produisant ainsi un courant électrique dans le circuit. L'électricité est régulée pour maintenir une tension constante et alimenter une LED. Bien que le concept de lampe de poche à manivelle ne soit pas nouveau, la production et le stockage d'énergie restent des sujets populaires dans le domaine de l'ingénierie.

Processus de conception du projet de lampe de poche SOLIDWORKS

La première étape du processus de conception a commencé par un dessin approximatif de 15 minutes dans SOLIDWORKS CAD. Ingénieur ou pas, il était évident que des modifications devaient être apportées.

Modèle de projet de lampe de poche SOLIDWORKS

1ère itération de conception

Conception légère : SOLIDWORKS CAD

Pour répondre à mon critère de légèreté par rapport aux lampes à manivelle traditionnelles achetées dans le commerce, j'ai apporté plusieurs modifications à ma conception. J'ai notamment utilisé la fonction "shell" pour créer un corps creux, réduit la taille et la forme du boîtier des LED, ajouté une poignée, modifié certaines dimensions pour rationaliser le design et créé un loquet pour insérer facilement une carte de circuit imprimé.

Dessin du projet de lampe de poche SOLIDWORKS

2ème itération de conception et itération actuelle

Je vais utiliser du plastique ABS imprimé en 3D pour équiper la lampe de poche au lieu de l'aluminium et du caoutchouc traditionnels. Pour obtenir une estimation précise du poids du modèle, j'ai utilisé la fonction intégrée " Propriétés de masse " de SOLIDWORKS.

Les propriétés de masse de la lampe de poche à manivelle prises dans SolidWorks CAD.

Propriétés de masse de la lampe de poche à manivelle

Une masse de 84,23 grammes a été mesurée sans aucun composant électronique, ce qui est incroyablement léger ! Sans mauvais jeu de mots. La masse moyenne des lampes de poche à manivelle traditionnelles achetées en magasin est d'environ 300 grammes. Toutefois, cette valeur tient également compte de la masse supplémentaire des composants électroniques.

Circuit de supercondensateur et de voleur de joules : "Une lumière qui dure"

Vous en avez assez de devoir compter sur des piles rechargeables qui perdent leur capacité à conserver leur énergie au fil du temps ? Eh bien, moi aussi ! Ma solution à ce problème consiste à appliquer les technologies émergentes de stockage d'énergie d'un supercondensateur, en plus d'un circuit voleur de joules. Un supercondensateur stocke l'énergie à la surface de son matériau et ne se dégrade pas avec le temps. Un circuit voleur de joule fonctionne en augmentant les basses tensions d'une faible source d'alimentation en courant continu à des tensions utilisables plus élevées, au moyen d'une oscillation rapide de la tension. Le couplage de ces deux technologies permet de tirer le maximum d'énergie de la rotation de la manivelle. Prends ça, lapin Energizer !

Les composants électroniques qui composent un supercondensateur et un circuit voleur de joules.

Les composants électroniques qui composent un supercondensateur et un circuit voleur de joules.

Projets futurs : "La lumière au bout du tunnel

Mon objectif est de terminer ce projet en deux mois environ. Cependant, comme tous les ingénieurs le savent, la première règle non écrite de la conception est "rien n'est jamais construit dans les délais ou dans le budget", alors nous devrons attendre et voir. Je poursuis le processus d'itération de la conception mécanique, je conçois un schéma de circuit complet et je mesure les performances électriques en cours de route. En outre, je documente ma première expérience d'utilisation d'une imprimante 3D Stratasys et je fournirai une nomenclature complète aux futurs concepteurs.

Ne manquez pas le deuxième volet de mon projet de lampe de poche SOLIDWORKS, dans lequel je mettrai en œuvre ma conception schématique à l'aide de SOLIDWORKS PCB.

Liens connexes

Vous voulez vous lancer dans l'impression 3D ?

Nos ressources sur l'impression 3D peuvent vous aider :

Trouver un contenu connexe par TAG :

Joseph Lyon

Joseph effectue un stage de douze mois chez Javelin Technologies et étudie le génie mécanique avec une spécialisation en mécatronique à l'université Ryerson.