지속 가능한 생활을 위한 훔볼트 베이 센터는 Danco Builders와 협력하여 사모아 조리실 (사모아 호스텔의 미래 주택) 위에 머무르는 호스텔 거주자에게 지속 가능성에 대해 알리기 위해 여러 프로젝트를 의뢰했습니다 . 그러한 프로젝트 중 하나가 The Buzzards의 Windbelt™ 시스템입니다. The Buzzards로 알려진 팀은 Bob Xuesi , Ryan Dunne , Dustin Wiesner 및 Dustin Revel 로 구성됩니다 . Buzzards에게는 Windbelt™ 또는 Windbelts™ 배열을 사용하여 USB 장치를 충전하는 작업이 주어졌습니다. Windbelt™는 제3세계 국가에 비상 조명을 제공하기 위해 Shawn Frayne 이 발명했습니다. [1] Shawn은 공탄성 플러터 원리에 흥미를 느꼈고 이 원리에 의해 생성된 전력을 사용 가능한 전기 로 변환하도록 Windbelt™를 설계했습니다 . 이 프로젝트는 호스텔 주인에게 이 기술에 대해 알리고 실제 적용이 가능함을 보여줄 것입니다. Windbelt™는 미래의 모든 에너지 문제에 대한 솔루션은 아니지만 언젠가 우리가 지속 가능한 삶을 살 수 있게 해줄 많은 기술 중 하나입니다.
배경
Danco Builders는 Humboldt Bay Center for Sustainable Living과 협력하여 Samoa Cookhouse 위에 호스텔을 짓고 있습니다. 호스텔은 지속 가능한 생활과 관련된 주제에 대해 주민들을 교육하고 엔지니어링 215 학생들이 구축한 여러 프로젝트를 활용할 것입니다. 이러한 프로젝트 중 하나가 Windbelt™입니다.
2004년에 Windbelts™는 Humdinger LLC를 설립하고 특허를 취득한 Shawn Frayne에 의해 발명되었습니다. Windbelt™는 풍력 터빈처럼 바람을 전기 에너지로 변환하지만 회전하는 프로펠러 대신 펄럭이는 벨트를 사용하여 전기를 생성합니다. Buzzard의 이중 장착 Windbelt™ 디자인은 Humdinger의 "Medium" Windbelt™를 기반으로 하며 호스트가 가져온 USB 장치를 충전할 수 있습니다.
문제 설명
이 프로젝트의 목적은 휴대전화를 충전할 뿐만 아니라 Eco-Hostel 거주자에게 대체 풍력 에너지 시스템에 대해 교육하고 영감을 주는 일련의 풍력 벨트를 만드는 것입니다.
기준
Windbelt™가 보유해야 하거나 보유하지 않아야 하는 특성과 능력을 인식하기 위해 기준 및 제약 사항 목록이 개발되었습니다.
| 기준 | 설명 | 무게 |
|---|---|---|
| 안전 | Windbelt™는 최대한 안전해야 합니다. | 10 |
| 힘 | Windbelt™가 생산하는 전력이 많을수록 좋습니다. | 10 |
| 유효성 | Windbelt™는 가능한 한 자주 전력을 생산할 수 있어야 합니다. | 8 |
| 빌드 능력 | Windbelt™는 최대한 쉽게 제작할 수 있어야 합니다. | 7 |
| 비용 | Windbelt™는 가능한 한 저렴해야 합니다. | 6 |
| 내구성 | Windbelt™는 가능한 한 오래 지속되어야 합니다. | 6 |
| 소음 | Windbelt™는 소음을 최대한 줄여야 합니다. | 2 |
최종 프로젝트 설명
최종 솔루션은 2, 4피트 길이의 Windbelts™입니다. 각 Windbelt™는 4개의 200Ω 코일과 8개의 N52 네오디뮴 자석을 사용합니다. 두 개의 코일이 프레임의 각 모서리에 장착되고 각 코일에는 Mylar 코팅 태피터 벨트에 장착된 두 개의 해당 자석이 있습니다. 벨트는 U-볼트에 장착된 맞춤형 클램프로 각 끝에 부착되어 벨트의 양쪽 끝에 장력을 가할 수 있습니다. 프레임은 매우 단단하고 내후성이 뛰어난 목재인 Purpleheart로 제작되었습니다. 왜냐하면 프레임에 많은 양의 장력이 가해지기 때문입니다. 평균 바람이 부는 경우 시스템은 USB 장치 충전을 위해 0.5~1와트의 전력을 제공할 것으로 예상됩니다.
이 디자인은 사모아 조리실 2층에 위치한 호스텔에서 호스텔 주인이 가져오는 휴대폰 등 USB 기기를 충전하는 데 사용될 예정이다. Windbelts™는 위성 접시형 마운트를 사용하여 북쪽을 향한 조리실 지붕에 장착됩니다. 전선은 Windbelt™에 의해 생성된 전류를 지붕에서 건물에 장착된 암 USB 포트로 전달합니다. USB 장치에 전달되는 전류량을 표시하는 전류계가 포트 위에 장착되어 있습니다.
AutoCAD 회로도
코일 단면도
집회
- MultiBelt Windbelt™의 Windbelts™ 중 하나의 주요 구성 요소가 표시됩니다. 여기에는 프레임, 텐셔너, 코일, 자석 및 벨트가 포함됩니다.
- 인장 시스템의 일부가 표시됩니다. 벨트를 조이거나 풀 수 있게 해줍니다. 이 그림은 시스템의 첫 번째 버전을 보여줍니다. 첫 번째 버전은 U-볼트를 따라 너트를 얼마나 조였는지에 따라 벨트에 장력을 가했습니다. 그러나 벨트는 바느질과 접착제를 통해 U-볼트에 부착되어야 했습니다. U-볼트가 외부에서 프레임 안으로 들어가도록 디자인이 수정되었으며, 각 U-볼트에 2개의 와셔가 추가되어(아래 비디오 참조) 벨트가 2개의 와셔 사이에 고정될 수 있었습니다. 미끄러지는 것을 방지하고 임시 조정도 단순화합니다.
- Windbelts™ 중 하나가 조립을 위해 드릴링되고 있습니다.
- 위의 배선 다이어그램은 코일(~)에서 정류기(다이아몬드)를 거쳐 전압 조정기에 이르는 시스템 전자 장치를 보여줍니다.
Windbelt™ 부품
긴장 장치
프레임 조립
배선도
비용
| 안건 | 설명 | 수량 | 소매가격($) | 가격($) | 소매총액($) | 우리 총액($) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 자석 | 42개 모듬, 배송 포함 | 1 | 42.20 | 42.20 | 42.20 | 42.20 |
| 목재 | 보드당 피트 | 8 | 5.94 | 5.94 | 47.54 | 47.54 |
| U볼트 | 5/16"x2"x4.75" | 1 | 4.13 | 4.13 | 4.13 | 4.13 |
| U볼트 | 5/16"x2"x4.75" | 삼 | 4.13 | 3.72 | 12.39 | 11.15 |
| 고릴라 테이프 | 2"x12야드 | 1 | 5.47 | 5.47 | 5.47 | 5.47 |
| 와셔 | 5/16" | 4 | 0.17 | 0.17 | 0.68 | 0.68 |
| 견과류 | 5/16" | 4 | 0.16 | 0.16 | 0.64 | 0.64 |
| 태피터 | 3"x9야드 | 1 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| 코일 | 35ga로 포장됨 | 2 | 16 | 12.5 | 32 | 25 |
| 코일 하우징 | 구색, 배송 포함 | 6 | 0.2 | 0 | 1.2 | 0 |
| 나사 | 나무 나사 | 16 | 0.05 | 0 | 0.8 | 0 |
| 목재 접착제 | 타이트본드 III 16온스 | 1 | 11 | 0 | 11 | 0 |
| 자석 | 2스퀘어 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| 9V 배터리 | 멀티미터용 | 1 | 5.49 | 3.26 | 5.49 | 3.26 |
| 플렉시글라스 | 코일 장착용 | 8 | 0.2 | 0 | 1.6 | 0 |
| 다이오드 | 쇼트키, 불특정 | 4 | 1.94 | 1.94 | 7.74 | 7.74 |
| 자석 | 8xDA4-52, 8xD82-N52 | 1 | 8월 31일 | 8월 31일 | 8월 31일 | 8월 31일 |
| 다이오드 | P/N#:1N5817 쇼트키 1A 20V | 32 | 0.32 | 0.32 | 10.18 | 10.18 |
| 전압 조정기 | 7805 5v 전압 조정기 | 2 | 1.74 | 1.74 | 3.47 | 3.47 |
| 전류계 | 0~200mA, 부품 #7309Z | 1 | 46.03 | 46.03 | 46.03 | 46.03 |
| 산 | 위성 접시 마운트 | 1 | 70 | 5 | 70 | 5 |
| 코일 | 34게이지 포장 | 8 | 16 | 10.83 | 128 | 86.60 |
| 총 | 472.64 | 341.17 | ||||
| 저금: | 131.47 |
테스트 결과
24인치 원형 팬을 사용하여 Windbelts™ 시스템 2개로 구성된 시스템은 전기가 DC로 변환되고 5V로 조정되기 전에 64W를 생산합니다. 이 단계에서 손실이 발생한 후 USB 장치로의 출력은 .4W입니다. 비슷한 결과가 나올 것으로 예상됩니다. 바람이 부는 날에는 사모아 호스텔에서.
토론 및 다음 단계
우리의 연구와 테스트를 바탕으로 우리는 사모아 호스텔 기후에 가장 적합한 Windbelt™를 설계했습니다. 그러나 개선할 수 있는 몇 가지 구성 요소가 있습니다.
- Windbelt™는 작동하는 풍속에 맞게 정밀하게 조정될 때 더 나은 결과를 제공합니다. 당사의 인장 시스템은 Windbelt™를 Samoa Cookhouse의 기후에 맞게 조정하는 데 적합하지만 더 나은 결과를 얻으려면 보다 정밀한 인장 시스템을 사용할 수 있습니다. .
- 코일의 배치는 Windbelt™에서 생성된 결과에도 영향을 미칩니다. 코일이 더 정확하게 장착될수록 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 코일을 장착하는 방법은 적절하지만 더 나은 결과를 얻으려면 보다 정밀한 장착 시스템을 사용할 수 있습니다.
- Windbelts™는 방향타가 있는 회전 베이스에 장착되어 바람을 직접 향하게 할 수 있습니다.
- Windbelt™의 길이가 더 짧으면 튜닝하기가 더 쉬울 것입니다. Samoa Cookhouse 지붕에 장착될 Windbelts™의 길이는 약 4피트이므로 4피트보다 긴 Windbelt™를 제작하는 것은 권장하지 않습니다. 실제로는 더 짧게(3피트 정도) 만드는 것이 좋습니다.
- Windbelt™에 사용된 자석의 양과 크기는 Windbelt™의 결과에 영향을 미칩니다. 우리의 자석 스택은 Windbelt™를 사용하여 적절한 결과를 생성하지만 자석 크기, 강도 및 수량 간의 관계에 대한 더 많은 실험을 통해 더 적절한 자석 스택이 더 나은 결과를 생성할 수 있습니다.
독수리
공학 215, 2010년 가을학기프로젝트 매니저: 로니 그래프먼
크레딧
Buzzards는 Windbelt™를 계획, 설계 및 구축하는 데 귀중한 도움을 주신 다음 사람들과 조직에 특별한 감사를 전하고 싶습니다.
- Shawn Frayne Humdinger 풍력 에너지, LLC
- 마티 리드
- 로니 그래프먼
- 콜린 윙필드
- 커스텀 코일 주식회사
- 코스모 주식회사
- 산업용 전기 공급
- 션 암스트롱