Windbelt Charger. Semestrální projekt. Česká zemědělská univerzita v Praze Technická fakulta

Transkript

1 Česká zemědělská univerzita v Praze Technická fakulta Semestrální projekt Windbelt Charger Vypracoval: Jaroslav Lufinka Obor: IŘT Ročník: 2 Předmět: Konstuování s pomocí počítačů

2 Cíl projektu: Koncept Windbelt Charger vznikl za účelem dobíjení mobilních zařízení jako je telefon, pda, kapesní gps a další. Tato nabíjecí stanice byla navržena tak, aby byla vhodná pro cestování. Je tedy složitelná do minimálních rozměrů při zachování vysoké účinosti. Vycházel jsem z vlastní zkušenosti, kdy jezdím na delší dobu do hor a mobilní zařízení, které sebou vozím nevydrží po celou dobu pobytu, nebo je nuto s nimi šetřit. Inspiroval jsem se projektem Windbelt, využívající větrné energie, který navrhl Shawn Frayne. Princip Windbeltu je velice jednoduchý, účinný a především levný. Princip činnosti Winbelt: Celé zařízení se skládá z pásku neboli windbeltu, silného magnetu a dvou cívek. K tomu aby začalo výrabět elektrickou energii, využívá větru, který proudí kolem napnutého plastového pásku. Takto napnutý pásek vlivem proudícího vzduchu začne rezonovat, podobně jako případy rozvibrovaného mostu větrem. Na konci pásku je uchycen magnet, nejlépe dva, který kmitá určitou frekvencí, ta záleží na délce pásku a síle větru ale pohybuje se od Hz. Kolem magnetu jsou uchyceny dvě cívky a mezi nimi kmitá magnet. Celý systém využívá elektromagnetické indukce, tedy vlivem pohybujícího se magnetického pole, které vyvolávají magnety, se do cívek indukuje střídavé napětí. Toto napětí již stačí usměrnit a přes kondezátor, který bude sloužit jako buffer může být nabíjeno dané zařizení. Účinnosti se liší podle síly větru, délky pásky a síly magnetu (mag, indukce). Nejúčinější prototypy jsou schopny výkonu až 50W. 2

3 Winbelt Charger Koncept nabíjecí stanice byl navržen, aby byl co nejúčinější ale zárověn skladný. Proto jsem zvolil rovnou tři pásky tedy Windbelty do jednoho zařízení pro zvýšení nabíjecího proudu. Nosným pilířem jsou tři plastové trubky, které se dají do sebe složit. Při rozkládání stanice má každá trubka na konci závity, díky kterým se do sebe trubky zašroubují a napnou tak pásky. Aby toto bylo možné jsou u hlavice stanice pásky namotávány na navíjecí systém který umožní navíjení pásků a tedy rozkládání a skládání. Šroubováním středového pilíře se navíc docílí potřebného napnutí pásků, které je důležité pro jejich rezonanci. Vysouvací mechanismus je jednoduchý, má pouze jeden pílíř a navíc plní i funkci dotáhnutí pásků. Ve spodní části se nacházejí cívky a vodotěsná kryt, do kterého bude ústit kabel s konektorem, do kterého se připojí dané zařízení. Kryt je vyjimatelný, takže se dá využít i samostatně na vodotěsnou ochranu mobílních zařízení. Na spodu stanice se nacházejí profily pyramidového tvaru pro lepší přilnavosti k zemi. Použití: Stačí nalézt někde v terénu příhodné místo, kde by se dal postavit Winbelt charger a kde aspoň trochu fouká vítr, nezáleží na směru. Po uchycení a výtáhnutí hlavice, stačí zašroubovat středový pilíř tak, aby byly pásky napnuté. Dále do otvorů na hlavici upevníme potřebně dlouhá lanka a pomocí kolíků ukotvime k zemi, aby stanice byla zafixována. Potom už stačí jen napojit mobilní zařízení a schovat do vodotěsného krytu. Ideální situací je ukotvení stanice přes noc, zatím co spíme někde v horách a nechat zařízení nabít. Do konceptu nejsou záměrně znázorněny kotvící lanka ani kolíky, předpokládám použití obyčejného provázku a např. větví jako kolíky. Popis nabíjecí stanice: Detail středového pilíře se závity 3

4 Hlava stanice s navíjecími kotouči Windbelt (pásek) Navíjecí kotouč Otvor pro uchycení kotvícího lanka Detail jednoho z Windbeltů, cívek a magnetu Cívka Windbelt Magnet 4

5 Detail spodní části stanice Dosedací plocha se zemí Celkově rozložená stanice Windbelt Charger Středový pilíř Vodotěsný kryt na mobilní zařízení 5

6 Složená stanice Windbelt Charger 6

7 Technický popis: Rozložená stanice má na délku 700mm, složená 290mm. Průměr v nejšiřší části je 130mm. Teoretický výkon, který stanice může dodávat na jeden pásek je cca 18W, počítáno na jednu cívku. Tato hodnota je ovšem velmi vzdálené relitě a v praxi těžko dosažitelná. Je to způsobeno tím, že výpočty zahrnují stoprocentní indukci na každý závit a magnetické pole uvnitř cívky. Navrhnout výpočet, který by popsal kmitající magnet od určité vzdálenosti od cívky by byl mnohem náročnější. V praxi vše záleží na rychlosti větru, na závitech a průměru cívky a síle magnetu. V tomto projektu uvažuji použití nejsilnějších neodymových magnetů, které se dají pořídit, mají mag.indukci 1,32T. Materiály, z kterých je stanice postavena jsou převážně plasty. Výhoda je možnost použití pvc trubek na středový pilíř. Cívky jsou měděné a Windbelty jsou z plastu. Spodní část bude z tvrzeného plastu kvůlu odolnosti. Celkově by měla být stanice relativně lehká. 7

8 Výpočet teoretického výkonu Winbelt Charger Parametry cívky: N 800 délka drátu na jedné cívce: délka drátu jednoho závitu: pruměr vodiče: obvod vodicě: l 70m li m p m o m Ω.m Sv Měrný elektrický odpor mědi: Průřez vodiče: m 2 Výpočet magnetického toku: S = plocha drátu B = mag.indukce S o li B 1.32T S B S m Wb Výpočet indukovaného napětí: Uiz Uiz V t N = počet závitů cívky U iz = indukované napětí na jednom závitu t = čas změny mag pole, magnet kmitá 100Hz = 0,01s U N Uiz U V Výpočet odporu cívky: l R Sv Výpočet výkonu: I U R 1.74 A R Ω P U I W 8