该项目背后的想法相对简单。支架允许自行车的后轮自由旋转（通常用于室内运动）支撑为发电机供电的自行车。产生的能量（实际上是转换的）存储在电池中，并在适当电压的电气设备上使用。
Materials
以下是用于此项目的项目列表：
- 自行车
- 运动自行车架
- 12v，60amp*小时电池（深循环）
- 900转直流永磁发电机
- 3寸滑板轮（直径）
- 12v 德科稳压器
- 阻塞二极管 (45V, 35A)
- 375w逆变器
- 15 安培串联保险丝 (2x)
- Monacore 模拟电压表（0-15 安培读数）
- 10 号线（约 15 英尺）
- 废金属
- 对接连接器
设计
图 1：发电机组件图
图 1：带摩擦轮和安装板的发电机
图 2：顶端用螺栓连接的支柱。可见螺栓上方焊接了一块 3 英寸的钢板以增加强度
图 3：连接到支柱并安装在自行车架上的发电机组图像略显模糊。请注意，摩擦轮接触自行车车轮，但可以从较低的枢轴点旋转，从而可以卸下自行车
图 4：电池绑在外壳上，逆变器安装在侧面
图5：电池单元侧视图
图 2：系统图。请注意，在发电正端的保险丝和同一线路上的二极管之间将有一个稳压器。在从电池端子上拆下电线之前，这实际上应该只有一根保险丝
图 6：完成的系统
图 7：特写视图
该项目的首要任务是设计一个在价格、可用性、生产力和可持续性方面合适的系统。因为我从未参与过踏板动力项目，所以我咨询了当地专家 Bart Orlando 以帮助进行初始设计。我将他的建议作为模板，然后调整设计以适应我认为项目应该提供的各种限制和想法。此外，他对在预算范围内安装合适尺寸的永磁发电机提出了很好的建议。根据他的建议，我从一家名为 C and H Industrial Supply 的公司找到并购买了一台便宜的 900 RPM 直流可逆永磁发电机。
一位离开加入 Peace Core 的亲戚免费获得了一个用于室内骑行的自行车架。该项目不仅使后轮离开地面，而且还提供了一个工作框架。通过移除工厂制造的摩擦轮，为安装发电机留出位置，并减少不必要的摩擦，对支架进行了修改以适应项目。
发电机一到，就在 Arcata 购买了一个直径为 3 英寸的滑板轮。轮子和发电机被带到当地的机械师——Gene's Machines——那里将滑板轮连接到发电机的轴上（见图 1）以制造新的摩擦轮。这是通过在车床上钻出一个刚好能装在发电机轴上的金属护套来完成的。护套带有螺纹，允许螺栓穿过滑板轮，并用橡胶垫圈和 ¾ 英寸螺栓拧紧。两个固定螺钉以九十度角钻入护套，以对发电机轴施加压力。重要的是摩擦轮是真实的，并且它足够紧以承受旋转自行车车轮的扭矩。
为了安装发电机，从废料堆中获得一块 7 1/4 x 3 3/4 英寸的钢板。在较短边的中间切出 1 x 3 英寸的凹槽之前，使用研磨机去除锈迹。这使得发电机的轴可以滑动到金属板上。此外，根据发电机上的安装螺钉，在凹槽周围钻了四个孔（见图1）。后来，为了美观和防止受伤，发电机周围多余的金属被磨掉了。
下一步是取两个 34 1/2 英寸的钢支柱，并以平行方式将它们焊接约 3 英寸（见图 2）。由于我没有焊接经验，所以我有朋友协助这方面的工作。焊接支柱的一端连接到自行车架上，工厂制造的摩擦轮被拆除。在另一端安装了发电机。为了使自行车轮胎与滑板轮对齐，发电机安装在右支柱的外侧（如果有人坐在自行车上），因此发电机产生正输出。这是使用标准电压表确定的。支柱被拧紧在支架上，但松得足以旋转。这种旋转能力使发电机能够与固定在支架上的任何自行车的后轮保持接触（见图 3）。
此外，在 Interstate Battery Systems 购买了一个 12 伏、60 安培/小时的电池，并且在 Redwood Electronic Supply（均位于尤里卡）购买了逆变器。这两个项目安装在一起，与系统的其余部分分开。一块薄薄的不锈钢被切割成型并喷漆以容纳电池和安装逆变器。钻了几个孔，用弹力绳固定电池（见图 4 和 5）。由于不锈钢支架相对较薄且逆变器重量轻，因此整个装置可以用电池手柄携带。环形连接器用于将发电机连接到电池的正极和负极端子，但可以通过卸下固定它们的蝶形螺母轻松拆卸。
制造可用结构后，下一步是布线。一个 15 安培的保险丝从发电机的正端流出，紧接着是阻塞二极管。然后这条线通向电池的正极端子，并通过环形连接器连接。负极端子的线路包含电压表，然后返回到发电机的负极线路。这条线有额外的长度，允许电压表通过扎带连接到自行车的车把上，并使用户可以看到它。除了发电机和保险丝周围几英寸的 14 号电线外，所有电线都是 10 号电线。各种尺寸的对接连接器用于连接被切断以添加保险丝和二极管的电线。额外的接线包括从电池到逆变器正极和负极端子的线路。在正线上，做了一个切口以插入一个 15 安培的保险丝。逆变器上有两个交流电源插座。
另外在网上买了一个稳压器，很快就收到了。它将被拼接到发电机的正极线上，在保险丝和二极管之间。
结果
当机械能转换为电能并存储在电池中时，发电系统会正常运行，但在电能限制在 12 伏特之前，系统无法正常工作。在没有调节器的情况下，该系统中的电压高于电压表上的 15V 刻度。在电压调节器集成到系统中之前，不会对电池完全充电需要多长时间进行测量。当发电机以最高速度旋转时，可以产生大约 700 瓦的功率。这种速度和输出是极难达到的，而且不能维持超过片刻。对于任何持续时间段，150 瓦是更现实的产量。可以维持至少 20 分钟的舒适配速可能在 100 到 114 瓦之间。
讨论
在我看来，设计的优势在于发电机安装在自行车车轮上方。这就是允许自行车在系统中互换并且仍然有效发电的原因。虽然它增加了一些重量，让支柱将发电机单元支撑在车轮上方，但它也消除了发电机轴的一些扭矩，因为摩擦轮略微静止。此外，支柱提供了一种结构，可以让电线穿过并容纳保险丝和二极管。一旦收到，电压调节器也将安装在支柱上。
设计的另一个理想方面是可以便携式和通用供电的发电系统。不幸的是，系统的重量限制了一些便携性。电池占了该重量的很大一部分——大约 60 磅——并且没有连接到自行车架上，因为这样一个人几乎不可能移动。发电机本来可以安装在支架底部以减轻一些不必要的重量，但如上所述，这会减少其他有益方面。支柱、发电机和自行车架总重约 30 磅。
虽然系统的重量使人们无法轻松地步行或骑自行车携带该装置，但用汽车移动它仍然很实用。当折叠在一起并且电池单元分离时，它相当紧凑（见图 7）。只要有自行车，就可以很容易地放入车辆后备箱并带到公园或露营。
虽然任何自行车都可以为系统提供动力，但某些自行车功能可以使系统发挥最佳性能。一个重要的因素是轮胎的胎面。脚印轻的自行车与摩擦轮的接触更好，并且弹跳保持在最低限度。这样可以更轻松地产生更高的瓦数，也可以减轻系统的压力。同样，由于发电机旋转时的摩擦力极低，因此很难长时间踩踏板。这相当于在平地上以二档或三档踩踏板，因为需要大量旋转才能走一小段距离。为了弥补这一点，低速档是有帮助的。我相信人们需要构建一个定制的链轮以获得足够低的齿轮以获得最佳的踩踏舒适度。
第三个有益的方面是拥有一个大的后轮胎。轮胎越大，发电机在任何给定输入下旋转得越快。通过减小发电机上摩擦轮的尺寸，也可以达到同样的效果。但是，在某一点（我不知道）自行车和发电机之间的接触太少而无法发电（即轴不会旋转）。我每天骑的自行车（该系统最初是为它设计的）符合所有这些最佳效率标准，它是一款 24 速混合动力车，拥有几乎没有胎面的 26 英寸轮胎。没有高端公路自行车，它可能是为系统提供动力的理想自行车。
本白皮书完成时该项目的一个方面是整合已订购的稳压器。它没有被纳入项目的初始设计，但它是必要的并且将被添加。可以制造一个适用的电压调节器，但时间和我缺乏电气知识是一个限制因素。
在我看来，这种类型的脚踏发电机最实际的应用是生活在电网之外的人。该系统可以在相当长的一段时间内为任何 150W 左右的电子设备供电。此外，人们可以在使用给定设备的同时踩踏板，并以与用电量相当的速率充电。如果有空间，可以将自行车永久地放在支架上，希望不要经常移动它。理想情况下，人们可以在进行各种消耗能量的非生产性活动（如看电视）时发电。这不仅可以让观看者锻炼身体并提供免费电力，还可能会阻止人们（尤其是儿童）进行大脑麻木的活动。
成本是这个项目建设的一个重要因素。有一些昂贵的物品是建造所必需的——我花了 300 多美元——尽管对于所完成的事情来说总数是合理的。该项目最昂贵的方面是将定制的摩擦轮连接到发电机的轴上。总计 90 美元，其中只有大约 10 美元用于零件。如果有人可以使用车床和基本的制造技能，他们可以节省近三分之一的总费用。另一个不可避免的项目是电池，价格约为 60 美元。如前所述，发电机是从一家专门从事廉价机械设备的公司订购的。我在网上找到的大多数等效发电机的价格都在 200 美元到 350 美元之间。我以名义上 45 美元的价格购买了 900RPM 直流永磁发电机，外加额外的 6 美元运费。
其他大量成本包括逆变器（40 美元）、电压表（21 美元）、二极管（12 美元）、稳压器（13 美元）和其他杂项（20 美元——电线、连接器、几个螺栓和各种我没有使用的小物件）。我可以用这些物品做的唯一真正的削减是找到一个包含电压表的破损设备，并将其适应我的项目。但是，直到项目截止日期临近时才获得指标，花钱似乎比我的时间和精力更容易、更不值钱。同样，获得的二极管也不适合该项目。缺乏可访问性（以及我已经购买了两个便宜但错误的二极管的事实）帮助我证明了额外费用的合理性。如前所述，自行车架是免费获得的。在发电机之后，这是第二大节省，作为我见过的类似型号，价格超过一百美元。使用的所有金属都是废料和免费的。
使用电池是我最初争论的问题，因为它们含有危险化学品和各种不可生物降解的材料。而且，如果项目的总体想法是做出合适的东西，我必须考虑它的功能是否合理。除了能够长时间储存惊人的能量外，该系统中的电池还可以用作调节器。如果我要将发电机产生的能量直接输送到电子设备，要保持均匀输出将非常困难。此外，人们需要不断踩踏板，否则正在使用的设备就会关闭。
更换电池的一种选择是制造机械动力设备。这种设计既有积极的一面，也有消极的一面。好处是，随着能量形式的变化，其中一些会分散，因此无法用于做功。当人为自行车提供动力时，他们的化学能转化为机械能。这通常是一种相当有效的传输，但仍有能量损失为热、光和声音（但主要是热）。设计机械动力系统的最大缺点是它可能仅限于一种功能（为搅拌机提供动力、运送人员、制作冰淇淋等）。虽然在机械能到电能的转换之间会损失额外的能量（这也是一种效率较低的转换），但该产品可实现更广泛的功能。所以，
在任何项目中都需要考虑的是产品的长期维护。在我构建的系统上，有各种活动部件，以及比其他区域承受更多压力的区域。话虽如此，除了保持发电机轴承的润滑外，维护应仅限于保持螺母、螺栓和螺钉的紧固。该结构主要是实心钢，不会暴露在自然环境中。大多数电线位于不容易损坏的地方。如果任何时候产生的电流过大，可能需要更换保险丝。
值得一提的是，Bart Orlando 在开发摩擦轮的设计和系统的适当规格方面提供了很大帮助。在这个项目之前，我的制造经验和电气知识非常有限。而且，虽然我最初对使用 Bart 作为资源感到担心（他可能很粗鲁并且难以合作），但他乐于助人并且非常愿意分享他的知识。为巴特争取时间和精力时要记住的一点是，为他的太阳能烹饪提供食物。对于额外的帮助（超出他的想法），他实际上需要支付食物费用，与他提供的资源相比，这是非常少的。
结论
这个项目极具挑战性，耗费了大量的时间、精力和资源。然而，获得的知识和经验非常宝贵，让我有信心参与更复杂的制造和电气项目。在这样的项目中，愿意犯错并从容应对挫折是很重要的。构建的大多数方面花费的时间比最初预期的要多，而且似乎总是可以采取额外的步骤来使系统变得更好。我知道下次我不会因为项目的庞大而麻痹，并且会更好地理解应该采取哪些步骤来设计和构建一个复杂的系统。
我计划使用这个项目在没有电的地方（CD 播放器或放大器）为音乐提供动力，为电池、我的 ipod 充电，并劝阻我的室友不要看太多电视。此外，它还可以在停电时提供照明和使用各种电器。由于所有这些原因，希望它将成为一个有价值的工具，并证明我的时间和成本是合理的。
注释
艺人自述：
- 通过罗文斯蒂尔
- ENGR305 适当的技术
- 05/05/05
这个项目类似于Steven Vromman 的脚踏发电机
在Jenereta la nguvu ya pedali la Rowan以斯瓦希里语查看此页面