Alimentation de PC portable

Introduction

 

En tant qu'étudiants nous sommes amenés à utiliser notre ordinateur portable lors de déplacements. Il nous faut pour cela avoir accès à une source d'alimentation électrique lorsque la capacité de la batterie ne suffit pas. Ainsi nous est venu l'idée d'améliorer l'alimentation. Par exemple, nous avons remarqué un problème récurent de rangement des cables (emmellement).

Nous avons choisi comme objet de départ une alimentation évoluée :  le chargeur magsafe d'apple (notamment avec son connecteur aimanté qui permet d'éviter la chute de l'ordinateur portable ainsi que de trébucher dans la cable)  http://www.apple.com/fr/shop/product/MC747Z/A/adaptateur-secteur-magsafe-45-w-pour-macbook-air

Dans cette article nous allons appliquer la méthde TRIZ  à l'aide du logiciel STEPS afin d'innover et d'amméliorer cet objet.

Intégralités des parties

Pour commencer nous avons analysé le fonctionnement et les différentes parties d'une alimentation de Pc Portable. Cela nous a permis de définir les différentes fonctions du chargeur.

 

 

Multi-écrans

Nous avons analysé les evolutions du système en essayant de cibler les perfectionnements.

 

 

 

 

Lois d'évolution

Nous avons réglé les curseurs des lois d'évolution afin que cela corresponde avec l'évolution que l'on souhaite mener.

 

 

 

 

Etude des contradictions

Tout ce processus nous a servi à établir plusieurs contradictions concernant notre alimentation d’ordinateur portable, le but étant qu’en les résolvant nous trouvions des idées d’améliorations et d’innovation. Il faudra ensuite choisir lesquelles sont à retenir : toutes ne sont pas aussi intéressantes les unes que les autres, et toutes ne peuvent pas cohabiter ensemble. 

 

RAPPEL DE NOS OBJECTIFS : 

Nous souhaitons développer une alimentation de PC portable innovante optimisant lmobilité de l’utilisateur et facilitant l'utilisation de l'alimentation. Grâce à notre alimentation, il doit pouvoir charger son laptop dans des circonstances où une prise électrique ne se trouve pas à quelques mètres de lui (dans les transports, dans des amphithéâtres ou grandes salles d'un bâtiment...). Optimiser la mobilité signifie également réduire la masse et l’encombrement ainsi qu'augmenter la durée de vie.  

 

1ère contradiction : contradiction d’universalité.

Le problème est que les chargeurs sont tous « propriétaires », c’est-à-dire que chaque ordinateur possède un connecteur différent. 

Une solution serait d’utiliser un chargeur à induction.  

 

Sinon, il nous faudrait choisir le connecteur USB type C. C’est une norme récente et qui va devenir un standard (il est de plus en plus intégré sur les laptops récents et par de plus en plus de constructeurs ainsi que sur la plupart des nouveaux smartphones ). De plus, c’est le connecteur qui permet une charge la plus rapide à ce jour. Dernier avantage, il n’est pas cher à intégrer et à produire. 

 

2ème contradiction : le câble doit être long, mais léger.

Une solution est de ne plus utiliser de câble du tout et de faire transiter l’énergie électrique par un autre canal. Nous avons pensé à l’induction, mais dans ce cas, l’ordinateur devrait se trouver à quelques centimètres au plus de la station de recharge, ce qui n’est pas du tout l’objectif. Nous avons lu que des solutions de recharge par ondes électromagnétiques sont en cours de développement, mais nous écartons également cette possibilité car elle n’est pas achevée, le rendement est très mauvais, et cela pourrait être nocif pour la santé des usagers. Il reste la recharge grâce à l’énergie solaire, mais le rendement est très faible, et la quantité d’énergie ne suffit déjà pas pour recharger un smartphone, alors ce serait pire pour une batterie d’ordinateur portable. 

Il fallait cependant trouver des solutions pour pouvoir charger son laptop dans des conditions où une prise ne se trouve pas à proximité. Il fallait donc allonger le câble. 

Une solution est de concevoir un chargeur avec un « enrouleur », à la manière des rallonges utilisés en extérieur. Cette solution nous paraît intéressante car elle a l’avantage d’un rangement très facile et rapide et d’un encombrement au repos très réduit. 

Nous avons aussi pensé à rendre les câbles élastiques. Ainsi, leur encombrement au repos serait également réduit, mais permettrait d’attendre des prises situées à plus grande distance (cependant sûrement moins grandes qu’avec la solution d’enrouleur précédente). 

 

3ème contradiction : le câble doit être fin et léger, mais doit rester solide et avoir une longue durée de vie.

Nous avons eu l’idée de changer le matériau utilisé pour la fabrication des câbles. Après quelques recherches, nous pensons fabriquer le câble en fibre de nylon. Ce matériau permet au câble d’être très léger car il est très peu dense, mais ses bonnes caractéristiques mécaniques en font un matériau très solide. Il existe quelques câbles conçus avec ce matériau : la technologie est maitrisée. 

 

 

Nous ne présenterons pas les autres contradictions : elles n’étaient pas aussi intéressantes que les premières ou faisaient intervenir le prix, mais notre objectif n’est pas de concevoir une alimentation bon marché. 

Nous avons eu une autre idée qui ne provient pas de l’analyse de contradiction : intégrer des cellules de stockage d’énergie directement dans le câble ou dans le boitier du transformateur. Cela est complétement en accord avec notre objectif de mobilité, mais augmenterait la masse et le volume de l’alimentation. Il existe déjà des câbles pourvus de batteries externes pour les laptops, mais ils ont plus de succès pour les smartphones.  

 

 

 

 

Choix des solutions

 

Nous avons ensuite comparé ces solutions et avons choisi celles à retenir. 

Pour nous aider, nous les avons rentrés dans le logiciel STEPS afin de les classer. Les résultats sont (de la meilleure solution à la pire) : 

  1. Remplacer le matériau du câble par de la fibre de nylon  

  1. Recharge par induction 

  1. Conception en enrouleur 

  1. Stockage d’énergie supplémentaire dans le boitier du transformateur 

  1. Rendre les câbles élastiques 

  1. Recharge à l’énergie solaire 

 

Après traitement, il apparaît que la solution « Remplacer le matériau du câble par de la fibre de nylon » est la plus pertinente et celle qui présente le plus d’avantages. Ensuite vient la solution « recharge par induction », puis « enrouleur ». Il nous faut donc choisir entre l’induction (2) et l’utilisation de câbles UBS-C enroulés en fibre de nylon. Nous préférons cette dernière, car elle présente plus d’avantages et est plus en accord avec notre objectif de mobilité (s’il fallait rajouter une station de recharge par induction, l’encombrement (et donc la mobilité) serait dégradé). De plus l'induction a un rendement énergétique très mauvais dû à l'effet Joule notamment. 

Pour la solution « stockage d’énergie supplémentaire dans le boitier du transformateur ». Bien que cette solution ne soit pas aussi utile que les autres, elle est tout de même très intéressante et nous décidons de l’intégrer à notre alimentation. 

Enfin, nous écartons les solutions « rendre les câbles élastiques » à cause de l’utilisation de nylon, et « recharge à l’énergie solaire » également . 

 

Solution retenue

Finalement, voici un schéma de principe de notre alimentation innovante.

Cette alimentation est dotée d'un enrouleur afin d'optimiser la place utilisée lors du rangement et du transport. Elle peut aussi intégrer une petite batterie en cas de besoin.

 

Légende

P : Prise murale

T : Transformateur

B : Batterie externe

E : Enrouleur

C : Cable en fibre de nylon

L : Languette pour le rangement du connecteur

 

Finalement, notre nouvelle alimentation répond bien aux objectifs que nous nous étions fixés, c’est-à-dire optimiser la mobilité de l’utilisateur – il fallait donc diminuer la masse et l’encombrement, optimiser l’utilisation en extérieure où dans des locaux inconnus et avoir un design facilitant le transport et le rangement – ainsi qu’optimiser la simplicité d’utilisation. 

Concernant l’utilisation en extérieure, l’utilisateur peut maintenant utiliser son ordinateur sans prise de courant à proximité grâce à la batterie externe intégrée (même si celle-ci ne dure pas aussi longtemps que celle de l’ordinateur), et dans des bâtiments inconnus où la prise de courant se situerait très loin de la station de travail : le concept d’enrouleur permet de dérouler un câble beaucoup plus long que le câble habituel de 2m à encombrement identique. Le transport et le rangement sont également grandement optimisés : notre alimentation a une forme compact qui permet de réduire le volume global lors du rangement. Grâce à l’utilisation de fibre de nylon, la masse ne sera pas plus élevée que cella des alimentations existantes (par exemple l’alimentation MagSafe que nous avions pris comme alimentation de référence mentionné en introduction). Ce nouveau matériaux augmente aussi la solidité des câbles. Cette résistance accrue a pour effet de réduire les dégâts et d’augmenter la durée de vie. 

 

Notre alimentation est aussi plus simple à utiliser que ses concurrents : en effet, au lieu de passer du temps à chaque fois pour ranger le câble, le nôtre s’enroule automatiquement et rapidement à chaque rangement. 

Le lien du fichier steps sur One drive : https://1drv.ms/f/s!AqlqGqT4WpmW2UsQe8eMz-HZBkbA

 

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