Ako vyrábať elektrinu z topánok pri chôdzi

V tomto príspevku sa dozvieme, ako vyrábať elektrinu z našej topánky pri chôdzi. Túto elektrinu je možné súčasne používať na nabíjanie batérie mobilného telefónu.

V niekoľkých mojich predchádzajúcich príspevkoch sme sa dozvedeli, ako možno jednoduché stroje efektívne využiť na získavanie bezplatnej elektriny, o čom sa dozviete viac v nasledujúcich príspevkoch:

Elektrina z kyvadla

Elektrina z gravitácie

Energia zadarmo z telesnej hmotnosti

Naše chodidlá sú vynikajúcim príkladom jednoduchého stroja, ktorý sa dá porovnať s pákou. Zakaždým, keď sa pohneme o krok vpred, bez námahy zdvihneme celé telo na prsty na nohách a potom ho vrátime späť na zem, robíme to tak dlho, ako kráčame, a to bez akýchkoľvek problémov.

To je možné vďaka mimoriadne efektívnemu dizajnu nášho mechanizmu členkovej kosti, ktorý je schopný implementovať prácu tak efektívne, že len ťažko pochopíme množstvo práce, ktorú sme schopní vykonať toľkokrát počas dňa.

Aj keď sa nám chôdza môže javiť ako príliš ľahká, naše nohy v skutočnosti vykonajú značnú prácu zdvíhaním asi 60 kg (priemer) zeme a jej opätovným uvedením na zem, čo predstavuje silu smerom hore a dole, ktorá sa môže rovnať 60 kg gravitačnému ekvivalentu.

Pri chôdzi sú naše nohy schopné veľmi efektívne zdvihnúť naše telo vďaka pákovému mechanizmu členkového kĺbu a pri uvoľňovaní hmotnosti tela je gravitácia zodpovedná za obnovenie hmotnosti späť na zem.

V obidvoch prípadoch sa vymieňa obrovské množstvo síl a v súčasnosti máme záujem o využitie tejto sily na výrobu voľnej elektriny pri chôdzi.

Koncept vlastne nie je nový, ľudia to už skúšali, ale použili piezoelektrický materiál v topánkach.

Voliteľné použitie piezoelektrického prvku

Piezoelektrický materiál premieňa tlak na elektrinu, ale veľkosť elektriny vyrobenej pomocou piezo konceptu je taká triviálna, že vyzerá jednoducho zbytočne.

Ak máte dostatočný voľný tlak a silu na použitie, potom by ste ich nechceli premrhať používaním neefektívneho a podceňovaného konceptu, ako je piezoelektrický prúd.

Pomocou motora alebo dynama

Použitie motora alebo dynama vyzerá dobre pre danú aplikáciu, avšak tieto vychytávky vyžadujú natáčanie s ozubenými kolesami, čo môže spôsobiť, že implementácia s topánkou je veľmi nežiaduca kvôli zbytočnej zložitosti a hluku, ktorý sa môže vytvárať pri procese chôdze pri natáčaní stroja.

Skvelá alternatívna uskutočniteľná metóda výroby elektriny z našich topánok by mohla byť pomocou malého solenoidu, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:

Obrázok so súhlasom: https://cdn.sparkfun.com//assets/parts/6/3/2/2/11015-04.jpg

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje malý 5V pružinový solenoid, ktorý sa javí ako správna voľba pre nami navrhovanú aplikáciu generátora topánok.

Pomocou solenoidu

Pretože je solenoid určený na prevádzku pomocou vstupu 5 V @ 1amp, môžeme predpokladať takmer rovnaké množstvo energie cez jeho vodiče, keď je vystavený mechanickej sile tlačením a ťahaním. Správne parametre, ktoré môžu byť úplne vhodné na nabíjanie batérie mobilného telefónu .

Veľkou výhodou použitia týchto solenoidov je, že majú pružinový hriadeľový mechanizmus, čo znamená, že jedinou účinnou silou potrebnou na výrobu elektriny jednotkou je gravitačná sila, zatiaľ čo naše chodidlá sú v pokoji a keď sú chodidlá zdvíhané pružinové pôsobenie solenoidu dopĺňa činnosť, vďaka ktorej je systém mimoriadne efektívny.

Pretože však solenoidy bežne používajú ako piest železnú tyč, nemôžeme očakávať, že systém bude generovať elektrinu, kým sa táto tyč najskôr nezmení na magnet, pretože iba pohyblivý magnet bude schopný generovať elektrinu pri pohybe cievkou drôtu.

Túto modifikáciu je možné jednoducho implementovať pripojením niekoľkých neodýmových magnetov k hornému okraju tyče solenoidu, ako je to znázornené nižšie, čím sa transformuje celý piest na efektívny magnet, ktorý by potom mohol interagovať s cievkou solenoidu pre pri výrobe elektriny, ak máte inú efektívnu metódu na transformáciu tyče na permanentný magnet, môžete ju použiť na dosiahnutie lepšej odozvy z operácie.

V nasledujúcej časti sa dozvieme, ako vyrábať elektrinu z topánky počas chôdze a ktorú je možné použiť na nabíjanie lítium-iónového článku.

Vyššie uvedené nastavenie je znázornené v obrazovom formáte na zobrazenie podrobností pripojenia týkajúcich sa spôsobu výroby elektriny z topánky. Prakticky všetky prvky budú musieť byť vhodne skryté vo vnútri krytu a pevne spojené s pätou topánky.

Na obrázku jasne vidíme, ako musí byť solenoid umiestnený na päte topánky, aby bol solenoid pri chôdzi vystavený stlačeniu a uvoľneniu tlaku na svojom hriadeli.

Zakaždým, keď sa hriadeľ solenoidu zatiahne alebo zatlačí, magnet spojený s hriadeľom vo vnútri jednotky interaguje s cievkou obklopujúcou magnet, čím generuje elektrinu, ktorá je k dispozícii cez spojovacie vodiče solenoidu.

Pretože pohyb solenoidového hriadeľa tam a späť má indukovať striedavý prúd na výstupe, je potrebné tento usmerniť na získanie jednosmerného prúdu, preto je možné vidieť mostíkový usmerňovač spojený s vodičmi solenoidu.

Usmernený jednosmerný prúd je teraz možné použiť na nabíjanie lítium-iónovej batérie alebo akejkoľvek inej batérie, ktorá môže byť dimenzovaná na zadanú úroveň napätia.

Pomocou mechanizmu zalomenej baterky

Ak sa vám zdá optimalizácia solenoidového mechanizmu náročná a neprináša dostatočný prúd, môžete vyskúšať alternatívny koncept pomocou zalomeného baterkového mechanizmu.

Kľukové baterky, ako všetci vieme, využívajú pružinový motor / prevodový mechanizmus, v ktorom je ozubené koleso vytočené ručnou silou, aby pomocou vypočítaných prevodových pomerov produkovalo rýchle viacnásobné otáčky vretena motora. Táto nútená rotácia motora nakoniec generuje potrebnú elektrinu pre pripojenú záťaž.

Rovnaký princíp možno použiť na výrobu elektriny z topánky vhodnou inštaláciou malého zalomeného mechanizmu baterky na topánku a zapojením jej výstupu batériou, ako je to znázornené nižšie. Uistite sa, že ste z jednotky vybrali časť LED a aby ste nabíjali batériu, používajte iba mechanizmus.

Varovanie: Obvod neobsahuje ochranu proti prebitiu, ktorá môže byť pre batériu nebezpečná, v súčasnosti sú lítium-iónové články dodávané s internými modulmi PCM alebo ochrannými obvodmi, ktoré zaisťujú celkovú bezpečnosť článkov pred nadmerným nabitím alebo nadmerným vybitím. Uistite sa, že lítium-iónový článok má pripojený tento modul, aby ste ho mohli bezpečne nabíjať pomocou navrhovanej koncepcie výroby elektriny z chôdze.