洪堡湾可持续生活中心与 Danco Builders 合作，委托开展了多个项目，向住在萨摩亚厨房（萨摩亚旅舍未来之家）楼上的旅舍业主介绍可持续发展知识。The Buzzards 的 Windbelt™ 系统就是这样的项目之一。名为 The Buzzards 的团队由Bob Xuesi、Ryan Dunne、Dustin Wiesner和Dustin Revel组成。Buzzards 的任务是使用 Windbelt™ 或 Windbelts™ 阵列为 USB 设备充电。Windbelt™ 由Shawn Frayne发明，旨在为第三世界国家提供应急照明。[1] Shawn 对气动弹性颤振原理很感兴趣，并设计了 Windbelt™，将这一原理产生的电力转换为可用电力。该项目将向旅馆业主介绍这项技术，并证明它具有现实世界的应用。Windbelt™ 并不是解决我们未来所有能源挑战的解决方案，但它是有朝一日将使我们过上可持续生活的众多技术之一。
背景
Danco Builders 与洪堡湾可持续生活中心合作，正在萨摩亚厨房上方建造一座旅馆。该宿舍将为居民提供有关可持续生活的主题教育，并将利用工程 215 学生建造的多个项目；其中一个项目是 Windbelt™。
2004 年，Shawn Frayne 发明了 Windbelts™，他创立了 Humdinger LLC 并获得了该发明的专利。Windbelt™ 将风能转化为电能，就像风力涡轮机一样，但使用颤动的皮带而不是旋转的螺旋桨来发电。Buzzard 的双安装 Windbelt™ 设计基于Humdinger 的“中型”Windbelt™ 设计，能够为旅店带来的 USB 设备充电。
问题陈述
该项目的目标是创建一系列风带，为手机充电，并对生态旅馆的居住者进行有关替代风能系统的教育和启发。
标准
我们制定了一系列标准和约束条件，以识别 Windbelt™ 必须具备或不具备的特征和能力。
| 标准 | 描述 | 重量 |
|---|---|---|
| 安全 | Windbelt™ 应尽可能安全。 | 10 |
| 力量 | Windbelt™ 产生的电力越多越好。 | 10 |
| 效力 | Windbelt™应该能够尽可能频繁地发电。 | 8 |
| 建造能力 | Windbelt™ 应尽可能易于构建。 | 7 |
| 成本 | Windbelt™ 应尽可能便宜。 | 6 |
| 耐用性 | Windbelt™ 的使用寿命应尽可能长。 | 6 |
| 噪音 | Windbelt™ 应尽可能减少噪音。 | 2 |
最终项目描述
最终的解决方案是两四英尺长的 Windbelts™。每个 Windbelt™ 采用四个 200 欧姆线圈和八个 N52 钕磁铁。框架的每个角都安装了两个线圈，每个线圈都有两个相应的磁铁，安装在聚酯薄膜涂层塔夫绸带上。皮带的每一端都通过安装在 U 形螺栓上的定制夹具固定，从而使皮带的任一端都可以张紧。框架由紫心木制成，这是一种非常坚硬且耐候的木材，因为框架上施加了很大的张力。在平均风力下，该系统预计可提供二分之一到一瓦的功率来为 USB 设备充电。
此设计将用于位于萨摩亚厨房二楼的旅舍，为旅舍老板带来的手机等USB设备充电。Windbelts™ 将使用卫星天线支架安装在朝北的厨房屋顶上。一根电线将 Windbelt™ 产生的电流从屋顶传输到安装在建筑物中的母 USB 端口。端口上方安装有一个电流表，用于显示传输至 USB 设备的电流量。
AutoCAD 原理图
线圈横截面图
集会
- 显示了 MultiBelt Windbelt™ 中的 Windbelts™ 之一的主要组件。这包括框架、张紧器、线圈、磁铁和皮带。
- 显示了我们的张紧系统的一部分。它允许皮带收紧和放松。这些图片显示了系统的第一个版本。第一个版本根据我们沿 U 形螺栓拧紧螺母的程度来张紧皮带。然而，皮带必须通过缝纫和胶水连接到 U 形螺栓上。设计经过修改，U 型螺栓从外部放入框架中，每个 U 型螺栓上添加了两个垫圈（如下面的视频所示），因此皮带可以夹在两个垫圈之间 - 保持它可以防止滑动并简化临时调整。
- 其中一张 Windbelts™ 正在钻孔以进行组装。
- 上面的接线图显示了从线圈 (~)、通过整流器（菱形）到电压调节器的系统电子器件。
Windbelt™ 组件
张紧装置
框架组装
接线图
成本
| 物品 | 描述 | 数量 | 零售价($) | 我们的价格($) | 零售总额($) | 我们的总计($) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 磁铁 | 42 种什锦，含运费 | 1 | 42.20 | 42.20 | 42.20 | 42.20 |
| 木头 | 每板英尺 | 8 | 5.94 | 5.94 | 47.54 | 47.54 |
| U型螺栓 | 5/16"x2"x4.75" | 1 | 4.13 | 4.13 | 4.13 | 4.13 |
| U型螺栓 | 5/16"x2"x4.75" | 3 | 4.13 | 3.72 | 12.39 | 11.15 |
| 大猩猩胶带 | 2"x12码 | 1 | 5.47 | 5.47 | 5.47 | 5.47 |
| 垫圈 | 5/16" | 4 | 0.17 | 0.17 | 0.68 | 0.68 |
| 坚果 | 5/16" | 4 | 0.16 | 0.16 | 0.64 | 0.64 |
| 塔夫绸 | 3"x9码 | 1 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| 线圈 | 包裹有 35ga | 2 | 16 | 12.5 | 32 | 25 |
| 线圈外壳 | 品种齐全，含运费 | 6 | 0.2 | 0 | 1.2 | 0 |
| 螺丝 | 木螺钉 | 16 | 0.05 | 0 | 0.8 | 0 |
| 木胶 | Titebond III 16 盎司 | 1 | 11 | 0 | 11 | 0 |
| 磁铁 | 2 平方 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| 9V电池 | 对于万用表 | 1 | 5.49 | 3.26 | 5.49 | 3.26 |
| 有机玻璃 | 用于安装线圈 | 8 | 0.2 | 0 | 1.6 | 0 |
| 二极管 | 肖特基，未指定 | 4 | 1.94 | 1.94 | 7.74 | 7.74 |
| 磁铁 | 8xDA4-52、8xD82-N52 | 1 | 31.08 | 31.08 | 31.08 | 31.08 |
| 二极管 | 部件号：1N5817 肖特基 1A 20V | 32 | 0.32 | 0.32 | 10.18 | 10.18 |
| 电压调节器 | 7805 5V稳压器 | 2 | 1.74 | 1.74 | 3.47 | 3.47 |
| 电表 | 0 至 200 mA，部件#7309Z | 1 | 46.03 | 46.03 | 46.03 | 46.03 |
| 山 | 卫星天线安装座 | 1 | 70 | 5 | 70 | 5 |
| 线圈 | 包裹有 34 规格 | 8 | 16 | 10.83 | 128 | 86.60 |
| 全部的 | 472.64 | 341.17 | ||||
| 节省： | 131.47 |
测试结果
使用 24" 圆形风扇，两个 Windbelts™ 系统的系统在电力转换为直流电并调节至 5V 之前产生 64W 的功率。在这些步骤中产生损耗后，USB 设备的输出为 4W。我们预计会出现类似的结果大风天在萨摩亚旅馆。
讨论和后续步骤
根据我们的研究和测试，我们设计了最适合萨摩亚旅馆气候的 Windbelt™；然而，有一些组件可以改进。
- 当精确调整其工作风速时，Windbelt™ 会产生更好的结果。我们的张紧系统可以充分调整 Windbelt™ 以适应萨摩亚厨房的气候，但可以使用更精确的张紧系统来获得更好的结果。
- 线圈的放置也会影响 Windbelt™ 产生的结果；线圈安装得越精确，获得的效果就越好。尽管我们安装线圈的方法已经足够，但可以使用更精确的安装系统来实现更好的结果。
- Windbelts™ 可以安装在带有方向舵的旋转底座上，以确保它们直接迎风。
- Windbelt™ 如果更短，可能会更容易调整。将安装在萨摩亚厨房屋顶上的 Windbelt™ 大约长四英尺，我们不建议建造长度超过四英尺的 Windbelt™。事实上，我们建议将它们缩短（接近三英尺）。
- Windbelt™ 上使用的磁铁的数量和尺寸会影响 Windbelt™ 产生的结果。我们的磁体堆栈通过 Windbelt™ 产生了足够的结果，但需要对磁体尺寸、强度和数量之间的关系进行更多实验：更合适的磁体堆栈可以产生更好的结果。
秃鹰队
工程 215，2010 年秋季项目经理：朗尼·格拉夫曼
制作人员
Buzzards 特别感谢以下人员和组织在规划、设计和构建我们的 Windbelt™ 方面提供的宝贵帮助。
- Shawn Frayne Humdinger 风能有限责任公司
- 马蒂·里德
- 朗尼·格拉夫曼
- 科林·温菲尔德
- 定制线圈公司
- 科斯莫公司
- 工业电源
- 肖恩·阿姆斯特朗