Treadmill-a-volt är en enhet som omvandlar mänsklig kinetisk energi till elektrisk potentiell energi. Energin som utövas för att vrida ett bälte på löpbandet överförs via en generator till en enkel krets som laddar ett litet batteri. Batteriet kan sedan användas för att ladda små elektriska apparater. Detta "ge en volt-ta en volt"-system visar att mänsklig kraft omvandlad till energi och sedan tillbaka till kraft inte är billig, det kräver arbete, oavsett om det är från att bränna kol eller från att springa på löpbandet. Så kolla in vår design och prova att göra en själv. Du kanske aldrig behöver gå till gymmet igen.
Innehåll
Video
Kolla in hur det här fungerar...
Bakgrund
Ingenjörerna:
Vårt mål är att utnyttja mänsklig kinetisk energi genom vanlig gymutrustning och omvandla den till användbara applikationer. Vår mänskliga elektriska generator används för att ladda ett batteri som sedan kan användas för att ladda små elektroniska enheter som mobiltelefoner, iPods, kameror eller bärbara datorer.
Projektet är ett uppdrag för ENGR 305 (Appropriate Technology) vid Cal Poly Humboldt , Arcata, CA. Vi kommer att samarbeta med vår kund, The Humboldt Bay Center for Sustainable Living som driver det nya Humboldt Bay Eco-Hostel i Manila, CA.
Enheten kommer att vara i drift i slutet av terminen så att den kan vara en användbar och lärorik del av Eco-Hostel. Vi hoppas kunna betona att energi inte är billig och att det krävs arbete för att få elektriciteten att användas för att driva även de minsta elektroniska enheterna i våra liv.
Litteraturrecension
Detta är en genomgång av den litteratur som förvärvats i början av vår forskning om mänskliga enheter och ett sätt att bygga dem.
Grundläggande om mänsklig kraft
Med användning av mekaniska/elektriska enheter kan mänsklig energi överföras från kroppen till nästan vilken liten eller medelstor hushållsenhet som helst. Med mänsklig kraft är små köksapparater som blandare, matberedare och juicepressar enkla och effektiva för konstruktion, men är inte begränsade till bara dessa idéer. Gräsklippare, symaskiner och till och med elproduktion är alla möjliga destinationer för den energi som genereras av människor. [1]
Konstruktionsproblem
En begränsad kunskap om el och mekanisk konstruktion är vårt främsta hinder. Vi planerar att bygga på andras tidigare prestationer, lära av deras erfarenheter och lägga till våra egna till kunskapsbasen. Forskning om grundläggande ledningar och el kommer att vara avgörande för ett framgångsrikt projekt. [2] [3] Andra konstruktionsproblem rör designen. Vi vill utnyttja den maximala potential en person kan producera. Genom att utvärdera arm och hand kontra ben och fot enheter kan vi begränsa våra designmöjligheter. [4] Ett annat problem kommer att vara kostnaden och tiden för att slutföra projektet.
Typer av enheter
De flesta enheter är roterande mekanismer med fotpedal, antingen anslutna direkt till en mekanisk anordning eller anslutna till en elektrisk generator, som sedan kommer att driva en elektrisk motor eller ladda en batteribank.
Mekaniska anordningar
Den utnyttjade energin kan bibehållas som mekanisk energi. Denna typ av enhet använder remmar, kedjor eller axlar för att bära energin och remskivor eller kugghjul kan ändra hastighet, storlek och riktning för en kraft. [5] [6] Mekanisk kraft kan appliceras med hjälp av en handspricka med sådana anordningar som; pennvässare, juicepress, borrmaskin eller glassmaskin. Pedalkraft har använts för sådana enheter som blandare, [7] pumpar, sågar, symaskiner, till och med en tandläkares borr. [8]
Elektriska enheter
Enheten kan också innehålla en generator och skapa elektricitet. Den genererade elen kan användas omedelbart för att driva elektriska apparater som TV-apparater [9] eller radioapparater. Energin kan också lagras i batterier för att driva enheter vid ett annat tillfälle. [10] [11] Bart Orlando byggde Human Energy Converter eller HEC som kopplade 14 pedaldrivna cyklar till ett batteri och genererade drygt en kilowatt för att driva ljudscener på festivaler. [12] Strömmen som lagras kan användas för att ladda små bärbara elektroniska enheter som MP3-spelare, kameror, mobiltelefoner och bärbara datorer. [13] [14] I ett mycket större projekt skulle mänsklig kraft kunna användas för att generera tillräckligt med el för att driva en hel anläggning, som den i Hong Kong, [15] Detta är en spektakulär design med en enastående budget, en som vi kan lära av, men inte duplicera.
Designa tolkningsmaterial
Enligt vår kund Sean Armstrong, chef för Humboldt Bay Center for Sustainable Living, bör tolkningsmaterial för det mänskliga gymmet innehålla ett sätt att mäta mängden energi som skapas och lagras i vår elektriska genererande enhet. Energin som skapas bör jämföras med energianvändning för andra vanliga enheter som en dator, glödlampa eller hårtork.
Kostnader
Humboldt Bay Treadmill-a-Volt
Enheten omvandlar kinetisk energi till elektrisk för att ladda ett batteri som är bra för laddning av små elektroniska enheter. Generatorn skänktes nådigt av Lonny Grafman. Dessutom ett speciellt tack till Eco-Groovy Abundance för att du har gett mycket på löpbandet.
| Kvantitet | Material | Källa | Kostnad ($) | Totalt ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Nordic Trak Walk-Fit 5000 Löpband | Eko-Groovy överflöd | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Gelcellsbatteri | Interstate batteri | 28,95 | 28,95 |
| 1 | Monteringsfästen | Ace järnaffär | 10.00 | 10.00 |
| 1 | Generator remskiva hjul | McMaster.car (online) | 9.00 | 9.00 |
| 1 | Trä | Skräp | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Remskiva Hjulrem (gammalt cykelrör) | skräp | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Blockerande diod | RadioShack | 2.00 | 2.00 |
| 1 | Spänningsregulator | RadioShack | 3.00 | 3.00 |
| 1 | Effektmätare | Hamnfrakt | 4.00 | 4.00 |
| 1 | Ledningskomponenter | Ace hårdvara | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Inverter | Hamnfrakt | 29,99 | 29,99 |
| 1 | Frakt och hantering | Bärare | 5.00 | 5.00 |
| Total kostnad | 151,19 USD | |||
Kriterier
För att hjälpa oss med den svåra uppgiften att fatta viktiga beslut med vårt projekt har vi tagit fram en lista med kriterier som vi och vår kund tycker är viktiga. Varje kriterium har begränsningar och en given vikt av vikt (1 är minst viktigt och 10 är mest). Följande gäller för båda enheterna.
| Kriterier | Tvång | Vikt |
|---|---|---|
| Storlek | Enheten ska passa inom ett område på 4 x 6 tum | 3 |
| Funktionalitet | Enheten ska vara användbar för vandrarhemsgäster och rymma alla åldrar | 10 |
| Pedagogiska | Vandrarhemsgäster bör uppleva ett visst pedagogiskt värde | 6 |
| Underhållbarhet | Enheten bör inte kräva tekniskt underhåll | 6 |
| Estetisk | Enheten ska se rolig och inbjudande ut | 7 |
| Buller | Driften bör inte vara outhärdlig för vandrarhemsgäster | 3 |
| Strukturell integritet | 2-3 års drift bör förväntas | 8 |
| Dags att bygga | Enheter bör vara färdigbyggda och fungera med 1 termin och eventuellt lite extra tid | 9 |
| Antal enheter | Byggda enheter bör uppfylla alla kriterier | 1 |
| Mångsidighet | Bör kunna ge ström till flera mindre enheter | 5 |
| Kosta | Enheten bör inte överstiga 150 USD (kostnad/nytta överstiger) | 7 |
Föreslagen tidslinje
| Vecka | Uppgift |
|---|---|
| 1 | Bestäm projekt |
| 2 | Forskning, starta Appropedia-sidan och träffa Sean Armstrong |
| 3 | Sök efter utrustning |
| 4 | Sök efter utrustning |
| 5 | Lägg till kriterielista till Appropedia |
| 6 | Lägg till föreslagen tidslinje till Appropedia och träffa Sean Armstrong |
| 7 | Testa motoreffekten, bestäm remhastighet och utväxling och testa batterier |
| 8 | Sök efter remskiva av rätt storlek och leta eventuellt efter batteri |
| 9 | Bygg motorfäste, sök efter inverter, laddningsregulator |
| 10 | Montera elektriska komponenter |
| 11 | Testa enhet |
| 12 | Projekt förfaller |
Delar av löpbandet-a-volt
Kolla in några av de grundläggande delarna som används för att konstruera den här enheten.
Basic löpband med icke-funktionell displaykonsol. Övergripande strukturellt sund och i hyfsat skick.
Currie Technologies Inc. 24V, 2600RPM, 22A, 350W utgång elmotor/dynamo.
Interstate gelcellsbatteri.
400 watt växelriktare.
Multimeter.
Några av de elektriska komponenterna som används. Diod, spänningsregulator, kontakter, säkringar och 10 gauge tråd.
Framifrån. Generator till vänster, elektriska komponenter i mitten, batteri till höger.
Konsol med multimeter till vänster för att mäta volt som genereras under träning och växelriktare för att koppla in elektriska enheter.
Den kompletta designen. Bilden visar inte den tolkande delen av projektet som snart kommer.
Slutsats
Idén, designen, konstruktionen och testningen av löpbandet-a-volt var en fantastisk lärorik erfarenhet som hade sina utmaningar och belöningar. Några av utmaningarna vi hade var att hitta en lämplig gymutrustning som skulle uppfylla våra mål. Vi hade ett öppet sinne när vi letade i länet och utanför efter prisvärd utrustning. Flexibilitet från alla förutfattade idéer är en viktig aspekt i designfasen. Det som fungerar på papper översätts inte nödvändigtvis bra i verkligheten. Vår ursprungliga idé att fästa en växel, "kraftsläden", till transmissionen som faktiskt tillhandahålls för många varvtal till generatorn. Dess effektivitet skulle ha omvandlat vår träningsmaskin till en avslappningsmaskin eftersom generatorn bara krävde en mycket långsam gångtakt på bältet. Därmed inte sagt att fördesign på papper inte är viktigt. Dess tillämpning med skisser, diagram, modeller och prototyper tar fram problem och idéer som du kanske inte har tänkt på. Dessa extra steg kan spara tid och pengar på delar och arbete. Vi ville kompensera för användningen av nya produkter som batteri, växelriktare och multimeter genom att använda så mycket återvinningsbara delar som möjligt. Detta ledde oss till däckrörets drivremmen. Många olika saker användes innan vi blev nöjda med gummit. Förenklingen av elektroniken var också viktig för oss. Vi ville skapa en effektiv krets utan att spendera mycket på delar. Allt som allt var detta ett lyckat projekt. Vi hoppas att The Eco-Hostel i Manila uppskattar det lika mycket som vi, och att det utbildar och inspirerar alla som använder det.
Nästa steg
Vi har en mängd idéer som andra kan ta och springa med.
- Inkludera en pedagogisk panel kan konstrueras för att illustrera hur den fungerar och lyfta fram några av de grundläggande koncepten som ingår i designen.
- Montera de elektriska komponenterna på ett dedikerat kretskort. Grundläggande lödning och lite tid kan förbättra kretsboxens estetik.
- Lägg till en vippströmbrytare för att koppla in och ur batteriet från systemet. För tillfället eliminerar en manuell urkoppling av säkringen batteriet från systemet som leder ström direkt till växelriktaren.
- Bygg eller köp en mer robust drivrem.
- Montera en iPod och dryckeshållare på konsolen.
- Extra ambitiösa människor kanske vill undersöka tanken på att använda den kraftfulla släden och arbeta i ett avspårningssystem för att växla och driva remmen i olika hastigheter.
Referenser
- ↑ Dean, Tamara.2008. The Human Powered Home, som väljer muskler framför motorer. Gabriola Kanada. New Society Publishers.
- ↑ Shelden, J, Linda. 1977. Basic Home Wiring, illustrerad. Menlo Park Kalifornien. Sunset Böcker och tidskrifter.
- ↑ Jones, Calvin. 2005. Big Blue Book of Cykelreparation. Saint Paul MN. Park Tool Company.
- ↑ Dean, Tamara. Det människodrivna hemmet; Att välja muskler framför motorer. New Society Publishers, 2008.
- ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Gear
- ↑ Walton, Harry. Hur och varför av mekaniska rörelser. New York, NY: Popular Science Pub. Co., 1968.
- ↑ Folkhälsocykelblandare
- ↑ Dean, Tamara. Det människodrivna hemmet; Att välja muskler framför motorer. New Society Publishers, 2008.
- ↑ Vandrarhem i Samoa Smärta i axeln
- ↑ WaterPod cykelenergigenerator
- ↑ WaterPod Tour de Volts
- ↑ Dean, Tamara. Det människodrivna hemmet; Att välja muskler framför motorer. New Society Publishers, 2008
- ↑ http://web.archive.org/web/20210214051355/http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html
- ↑ Thad Starner, Joseph A. Paradiso. Människogenererad kraft för mobil elektronik. Atlanta: Georgia Tech, 2 13, 2011.
- ↑ Levesque, Tylene. 2007. Människodrivna gym i Hong Kong. http://inhabitat.com/human-powered-gyms-in-hong-kong/ .