Treadmill-a-volt — это устройство, преобразующее кинетическую энергию человека в потенциальную электрическую энергию. Энергия, затрачиваемая на вращение ленты беговой дорожки, передается через генератор в простую цепь, которая заряжает небольшую батарею. Затем батарея может использоваться для зарядки небольших электрических устройств. Эта система «дать вольт — взять вольт» демонстрирует, что преобразование человеческой силы в энергию, а затем обратно в электроэнергию, стоит недешево, это требует работы, будь то сжигание угля или бег на беговой дорожке. Поэтому, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей конструкцией и попробуйте сделать ее самостоятельно. Возможно, вам больше никогда не придется ходить в спортзал.
Содержание
Видео
Посмотрите, как это работает...
Фон
Инженеры:
Наша цель — использовать кинетическую энергию человека с помощью обычного спортивного оборудования и преобразовывать ее в полезные приложения. Наш электрический генератор, работающий на энергии человека, используется для зарядки аккумулятора, который затем может использоваться для зарядки небольших электронных устройств, таких как мобильные телефоны, iPod, камеры или ноутбуки.
Проект является заданием для ENGR 305 (Соответствующая технология) в Cal Poly Humboldt , Arcata, CA. Мы будем сотрудничать с нашим клиентом, The Humboldt Bay Center for Sustainable Living , который управляет новым Humboldt Bay Eco-Hostel, расположенным в Маниле, Калифорния.
Устройство будет введено в эксплуатацию к концу семестра, так что оно может стать полезной и образовательной частью Эко-хостела. Мы надеемся подчеркнуть, что энергия не дешева и что требуется работа, чтобы производить электричество, используемое даже для самых маленьких электронных устройств в нашей жизни.
Литературный обзор
Это обзор литературы, полученной на начальных этапах наших исследований устройств, приводимых в действие человеком, и способов их создания.
Основы человеческой силы
С использованием механических/электрических устройств человеческая энергия может быть передана из тела практически в любое бытовое устройство небольшого или среднего размера. С человеческой силой небольшие кухонные приборы, такие как блендеры, кухонные комбайны и соковыжималки, просты и эффективны для строительства, но не ограничиваются только этими идеями. Газонокосилки, швейные машины и даже электрогенераторы — все это возможные пункты назначения энергии, которая вырабатывается людьми.. [1]
Строительные проблемы
Ограниченные знания в области электричества и механического строительства являются нашим главным препятствием. Мы планируем опираться на прошлые достижения других, извлекая уроки из их опыта и добавляя свои собственные знания к базе. Исследования в области базовой электропроводки и электричества будут иметь жизненно важное значение для успешного проекта. [2] [3] Другие проблемы строительства связаны с дизайном. Мы хотим использовать максимальный потенциал, который может создать человек. Оценивая устройства для рук и кистей против устройств для ног и ступней, мы можем сузить наши возможности дизайна. [4] Еще одной проблемой будут стоимость и время завершения проекта.
Типы устройств
Большинство устройств представляют собой вращающиеся механизмы с ножными педалями, которые либо напрямую прикрепляются к механическому устройству, либо подключаются к электрическому генератору, который затем приводит в действие электродвигатель или заряжает аккумуляторную батарею.
Механические устройства
Задействованная энергия может поддерживаться в виде механической энергии. Этот тип устройств использует ремни, цепи или валы для переноса энергии, а шкивы или шестерни могут изменять скорость, величину и направление силы. [5] [6] Механическая сила может быть применена с помощью щелканья руки с такими устройствами, как: точилка для карандашей, соковыжималка, дрель или мороженица. Педальная мощность была применена к таким устройствам, как блендеры, [7] насосы, пилы, швейные машины, даже бормашина стоматолога. [8]
Электрические устройства
Устройство также может включать генератор и вырабатывать электричество. Вырабатываемое электричество можно использовать немедленно для питания электроприборов, таких как телевизоры [9] или радиоприемники. Энергию также можно хранить в батареях для питания устройств в другое время. [10] [11] Барт Орландо построил преобразователь человеческой энергии или HEC, который подключил 14 велосипедов с педальным приводом к батарее и вырабатывал чуть более киловатта для питания звуковых сцен на фестивалях. [12] Накопленную энергию можно использовать для зарядки небольших портативных электронных устройств, таких как MP3-плееры, камеры, мобильные телефоны и ноутбуки. [13] [14] В гораздо более крупном проекте человеческая энергия могла бы использоваться для выработки достаточного количества электроэнергии для питания целого объекта, например, в Гонконге, [15] Это впечатляющий проект с выдающимся бюджетом, из которого мы можем извлечь уроки, но не повторить его.
Разработка интерпретационных материалов
По словам нашего клиента Шона Армстронга, директора Центра устойчивого развития залива Гумбольдт, объяснительные материалы для тренажерного зала с питанием от человека должны включать способ измерения количества энергии, созданной и сохраненной в нашем электрическом генераторе. Созданная энергия должна сравниваться с потреблением энергии другими обычными устройствами, такими как компьютер, лампочка или фен.
Расходы
Беговая дорожка в заливе Гумбольдт-Вольт
Устройство преобразует кинетическую энергию в электрическую для зарядки аккумулятора, подходящего для зарядки небольших электронных устройств. Генератор был любезно предоставлен Лонни Графманом. Кроме того, особая благодарность Eco-Groovy Abundance за предоставление выгодной цены на беговую дорожку.
| Количество | Материал | Источник | Стоимость ($) | Всего ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Беговая дорожка Nordic Trak Walk-Fit 5000 | Эко-Грувное Изобилие | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Гелевая аккумуляторная батарея | Межгосударственная батарея | 28.95 | 28.95 |
| 1 | Монтажные кронштейны | Магазин бытовой техники Ace | 10.00 | 10.00 |
| 1 | Колесо шкива генератора | McMaster.car (онлайн) | 9.00 | 9.00 |
| 1 | Древесина | Мусор | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Ремень шкива (старая велосипедная камера) | мусор | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Блокировочный диод | РадиоШак | 2.00 | 2.00 |
| 1 | Регулятор напряжения | РадиоШак | 3.00 | 3.00 |
| 1 | Измеритель мощности | Портовый фрахт | 4.00 | 4.00 |
| 1 | Компоненты электропроводки | Оборудование Ace | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Инвертор | Портовый фрахт | 29.99 | 29.99 |
| 1 | Доставка и погрузка | Перевозчик | 5.00 | 5.00 |
| Общая стоимость | 151,19 долл. США | |||
Критерии
Чтобы помочь нам с трудной задачей принятия важных решений по нашему проекту, мы разработали список критериев, которые мы и наш клиент считаем важными. Каждый критерий имеет ограничения и заданный вес важности (1 — наименее важный, а 10 — наиболее важный). Ниже приведен список для обоих устройств.
| Критерии | Ограничение | Масса |
|---|---|---|
| Размер | Устройство должно помещаться на площади 4' x 6'. | 3 |
| Функциональность | Устройство должно быть полезным для гостей хостела, подходящих для всех возрастов. | 10 |
| Образовательный | Гости хостела должны получить некоторую образовательную ценность | 6 |
| Ремонтопригодность | Устройство не должно требовать технического обслуживания. | 6 |
| Эстетический | Устройство должно выглядеть весело и привлекательно. | 7 |
| Шум | Эксплуатация не должна быть невыносимой для гостей хостела. | 3 |
| Структурная целостность | Ожидаемый срок эксплуатации 2-3 года. | 8 |
| Время строить | Устройства должны быть полностью построены и введены в эксплуатацию в течение 1 семестра и, возможно, некоторого дополнительного времени. | 9 |
| Количество устройств | Создаваемые устройства должны соответствовать всем критериям | 1 |
| Универсальность | Должен иметь возможность обеспечивать питанием несколько небольших устройств. | 5 |
| Расходы | Стоимость устройства не должна превышать 150 долларов США (соотношение затрат и выгод превышает) | 7 |
Предлагаемые сроки
| Неделя | Задача |
|---|---|
| 1 | Определитесь с проектом |
| 2 | Исследуйте, начните страницу Appropedia и встретьтесь с Шоном Армстронгом |
| 3 | Поиск оборудования |
| 4 | Поиск оборудования |
| 5 | Добавить список критериев в Appropedia |
| 6 | Добавьте предлагаемый график в Appropedia и встретьтесь с Шоном Армстронгом |
| 7 | Проверьте мощность двигателя, определите скорость ремня и передаточное отношение, а также протестируйте аккумуляторы. |
| 8 | Найдите шкив нужного размера и, возможно, найдите аккумулятор. |
| 9 | Сборка узла крепления двигателя, поиск инвертора, регулятора заряда |
| 10 | Сборка электрических компонентов |
| 11 | Тестовое устройство |
| 12 | Проект сдан |
Части беговой дорожки-а-вольт
Ознакомьтесь с некоторыми основными деталями, использованными при создании этого устройства.
Базовая беговая дорожка с нефункциональной консолью дисплея. В целом структурно исправна и в приличном состоянии.
Currie Technologies Inc. Электродвигатель/динамо-машина 24 В, 2600 об/мин, 22 А, выходная мощность 350 Вт.
Гелевая аккумуляторная батарея Interstate.
Инвертор мощностью 400 Вт.
Мультиметр.
Некоторые из используемых электрических компонентов. Диод, регулятор напряжения, разъемы, предохранители и провод 10-го калибра.
Вид спереди. Генератор слева, электрические компоненты в центре, аккумулятор справа.
Console containing multimeter on the left to measure the Volts generated during exercise and inverter to plug electrical devices into.
The complete design. The image does not show the interpretive portion of the project soon to come.
Conclusion
The idea, design, construction, and testing of the treadmill-a-volt was a great learning experience that had its challenges and rewards. Some of the challenges we had were finding an appropriate piece of gym equipment that would meet our objectives. We kept an open mind as we searched the county and beyond for affordable equipment.Flexibility from any preconceived ideas is an important aspect to the designing phase.What works on paper doesn't necessarily translate well in reality. Our original idea to attach a gear, "the power sled", to the transmission actually provided to many RPMs to the generator. Its efficiency would have converted our exercise machine into a relaxation machine as the generator only required a very slow walking pace on the belt.This is not to say that pre-design on paper is not important. Its application with sketches, diagrams, models, and prototypes bring out problems and ideas that you may not have thought about. These extra steps can save time and money on parts and labor.We wanted to offset the use of new products such as the battery, inverter, and multimeter by using as much recyclable parts as possible. This led us to the tire tube drive belt. Many different things were used before we were satisfied with the rubber.The simplification of the electronics was also important to us. We wanted to create an effective circuit without spending a lot on parts.All in all this was a successful project. We hope that The Eco-Hostel in Manila appreciates it as much as we do, and that it educates and inspires all who use it.
Next Step
We have a whole host of ideas that others can take and run with.
- Include an educational panel can be constructed to illustrate how it works and highlight some of the basic concepts included in the design.
- Mount the electrical components onto a dedicated circuit board. Basic soldering and some time could enhance the aesthetics of the circuit box.
- Add a toggle switch to engage and disengage the battery from the system. At the moment a manual disconnection of the fuse, eliminates the battery from the system which directs power directly to the inverter.
- Construct or purchase a more robust drive belt.
- Mount an iPod and beverage holder to console.
- Extra ambitious people may want to look into the idea of using the power sled and working in a de-railer system to shift gears and drive the belt at different speeds.
References
- ↑ Dean, Tamara.2008. The Human Powered Home, choosing muscle over motors. Gabriola Canada. New Society Publishers.
- ↑ Shelden, J, Linda. 1977. Basic Home Wiring, illustrated. Menlo Park California. Sunset Books and Magazines.
- ↑ Джонс, Кэлвин. 2005. Большая синяя книга по ремонту велосипедов. Сент-Пол, Миннесота. Компания Park Tool.
- ↑ Дин, Тамара. Дом, приводимый в движение человеком; выбор мускулов вместо моторов. New Society Publishers, 2008.
- ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Gear
- ↑ Уолтон, Гарри. Как и почему происходят механические движения. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Popular Science Pub. Co., 1968.
- ↑ Велосипедный блендер общественного здравоохранения
- ↑ Дин, Тамара. Дом, приводимый в движение человеком; выбор мускулов вместо моторов. New Society Publishers, 2008.
- ↑ Хостел Самоа Боль в Оси
- ↑ Генератор энергии для велосипеда WaterPod
- ↑ WaterPod Тур де Вольтс
- ↑ Дин, Тамара. Дом, приводимый в движение человеком; выбор мускулов вместо моторов. New Society Publishers, 2008
- ↑ http://web.archive.org/web/20210214051355/http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html
- ↑ Тэд Старнер, Джозеф А. Парадизо. Энергия, вырабатываемая человеком для мобильной электроники. Атланта: Georgia Tech, 2 13, 2011.
- ↑ Левек, Тайлен. 2007. Спортзалы с человеческим приводом в Гонконге. http://inhabitat.com/human-powered-gyms-in-hong-kong/ .