Posso alimentare un dispositivo portatile a pedale mentre il dispositivo è in uso?

Voglio ricercare quanto sarebbe facile usare un piccolo dispositivo portatile mentre lo si alimenta pedalando su un telaio fisso. (Ad esempio, utilizzare un tablet su una cyclette o utilizzare un netbook mentre si pedala alla scrivania.)

So già che è possibile eseguire un laptop con alimentazione a pedale, perché ho trovato diversi esempi di questo fatto. [1] [2] Ora voglio costruire una tale configurazione per il mio studio accademico . Devo confermare esattamente ciò di cui ho bisogno prima di acquistare l'attrezzatura. Non ho una preparazione in ingegneria elettrica , quindi anche se ho molti numeri, non so cosa devo calcolare o considerare per scegliere un'opzione fattibile.

POSSIBILI DISPOSITIVI TARGET:

1. netbook: ingresso adattatore: 100-240 V 1,7 A, uscita: 19 V 65 W [3,4 A]
2. tablet: ingresso adattatore: 100-240 V 0,45 A, uscita: 5,1 V 2,1 A [10,7 W]
3. smartphone: 3.7 V 4.44WH (tutte le informazioni che ho)

POSSIBILI ARCHITETTURE: Oltre alla disposizione dei posti a sedere (bicicletta, bicicletta reclinata, scrivania) sembrano esserci diverse opzioni su come collegare l'attrezzatura:

1. ruota> bicicletta dinamo> regolatore> dispositivo (abbastanza potente per il tablet o il netbook?)
2. pedali> generatore DC> convertitore DC-DC> regolatore> dispositivo
3. pedali> generatore DC> regolatore di carica> batteria (ad es. acido al piombo)> inverter> dispositivo [3]

Dati aggiuntivi:

• Un adulto può generare 50-150 W nel corso di una faticosa pedalata di un'ora. Voglio che i miei utenti pedalino comodamente anziché in modo faticoso.
• Qualsiasi dispositivo avrà la propria batteria, quindi posso eliminare la necessità di avere una batteria nella configurazione?
• È una cattiva idea collegare direttamente il dispositivo al regolatore per evitare di utilizzare l'adattatore del dispositivo?

DOMANDA

Sono molto confuso su una via da seguire a questo punto (anche se sembra che non lo sia). Ciò che cerco soprattutto nelle risposte è chiarezza e risolutezza .

Di queste combinazioni di dispositivi (1-3) e architetture (1-3), che funzioneranno sicuramente?

Quali combinazioni dovrei colpire dalla lista come categoricamente no?

L' architettura della dinamo mi sembra buona perché sembra più facile / economica da collegare: è in grado di alimentare tutti questi dispositivi, anche il netbook?

Background: progettavo controller per macchine per esercizi. La macchina azionava un alternatore trifase e veniva applicato un carico resistivo per soddisfare vari criteri.

Ho effettuato prove di carico con una visione specifica per stabilire quanto potere gli utenti possono fare prontamente per un lungo periodo al fine di alimentare apparecchiature elettroniche o caricare batterie.

Considera una persona moderatamente in forma come una persona che potrebbe camminare svelta su una superficie piana per un'ora ed essere stanca ma non completamente esausta nel processo. cioè non super atletico nelle capacità e nemmeno "estremamente in forma" - ma ben al di sopra della forma fisica "couch potato".

Usando un alternatore di buona qualità un utente moderatamente in forma può fornire 50 watt medi per un'ora. Questo è un livello al quale sicuramente sai che ti alleni, ma sarebbe sopportabile per molti.

Lo stesso utente moderatamente in forma potrebbe fornire 100 watt per un'ora ed essere estremamente stanco.

se si mirava a un'attività di alimentazione frequente, 50 Watt sarebbero di gran lunga preferibili a 100 Watt.

Quanto sopra presuppone un sistema di efficienza ragionevole di buona qualità. Idealmente con "intasamento" minimo o salienza - cioè nessuna scossa a bassa velocità per guidare mentre i magneti si avvicinano e si allontanano dalle bobine. Alcuni sistemi utilizzano generatori con rapporti di trasmissione sostanziali che utilizzano la trasmissione a catena. Questi potrebbero essere ragionevoli ma di solito non lo sono. La trasmissione a cinghia verso un alternatore a bassa salienza può funzionare in modo ottimale.

Si noti che le affermazioni fatte sul sito Web fornito tendono a contraddirsi. Stimerei l'uscita media, come mostrato in quel grafico, come un intervallo di 60 - 70 Watt. Il loro grafico:

Ma dicono:

• NOTA: qualcuno che si allena ogni giorno può emettere tra 200 e 300 Watt di potenza.

  Coloro che non sono in ottima forma possono erogare da 80 a 100 Watt di potenza, come mostrato nel grafico di allenamento di un'ora sopra.

  E infine - Qualcuno che è un ciclista competitivo può erogare fino a 500 Watt !!

L'affermazione da 200-300 Watt è vera ma tat è molto impegnativo.
500 Watt + vale anche per i migliori atleti.

Molto di più in casi selezionati - come
Gossamer Albatross - 1 ° volo a motore umano attraverso la Manica il 12 giugno 1979.. !!! :-).
Circa 300 watt continui in aria calma e nessuna turbolenza. "Sorge rapidamente" con turbolenza.
Un altro giorno in ufficio per Bryan Allen . ( lavoro giornaliero ) -

Posso fare 500 Watt per circa 10 secondi, dopo di che le mie gambe si trasformano in gelatina e sono completamente esausto.

Le tue 3 opzioni non sembrano abbastanza diverse da importare:

• ruota> bicicletta dinamo> regolatore> dispositivo (abbastanza potente per il tablet o il netbook?)
• pedali> generatore DC> convertitore DC-DC> regolatore> dispositivo
• pedali> generatore DC> regolatore di carica> batteria (ad es. acido al piombo)> inverter> dispositivo 2

Ognuno di questi potrebbe funzionare bene o essere terribile se mal progettato.

Non è chiaro cosa intendi per ruote / pedali.
L'alimentazione da un cerchione come mostrato può funzionare correttamente - e potrebbe essere ciò che intendi per "ruota". L'obiettivo principale è una perdita ridotta, nessun sussulto o irregolarità. Idealmente un carico costante non ciclico.

Alcuni di questi sembrano buoni - sul sito a cui hai fatto riferimento.

Il migliore è un alternatore CA - preferibilmente trifase o più. Come mostrato di seguito, una forma d'onda trifase non scende a zero in qualsiasi fase. La rettifica e il filtraggio producono un risultato ancora più fluido. Più di 3 fasi danno un risultato ancora migliore ma è raro. Un generatore CC è un alternatore CA in cui la rettifica è fornita da un commutatore e spazzole - quando i livelli di tensione cambiano, un nuovo avvolgimento viene selezionato dal commutatore che ruota un nuovo contatto di avvolgimento sotto le spazzole. Mentre il principio è simile all'utilizzo di un alternatore con diodi, con le spazzole si ottiene generalmente una maggiore resistenza meccanica e perdite rispetto a un alternatore. La maggior parte delle offerte di generatori (DC) saranno moli DC pilotati come generatori - i due ruoli sono intercambiabili ma una macchina progettata per uno tenderà ad essere meno ottimizzata per l'altro.

La dinamo basata su motore alimentata da cerchioni che hai citato è in linea di principio OK ma probabilmente sarà terribilmente inefficiente nella pratica a causa di problemi meccanici. Da bambino le molte dinamo dei cerchioni che ho visto erano tutte terribili, quindi sono stato sorpreso di vedere unità moderne che lo fanno ragionevolmente bene - è una questione di sapere effettivamente cosa stai facendo meccanicamente con allineamento dell'albero, ingranaggi, attrito superficiale ecc. A " la dinamo "in genere produce in genere da 1 a 10 Watt. Con un sistema efficiente, noteresti 10 watt durante la pedalata e quasi non noteresti 1 watt se non in condizioni di carico o inerzia molto leggere.

Una qualche forma di conservazione della batteria è quasi essenziale. Un laptop o tablet ecc. Avrà il suo se non rimosso. Verso il limite inferiore, un netbook di tablet più del solito può ottenere 6 ore da 3 celle 18650 LiIon. Dire 3,5 V media x 2 amp ore x 3 = 21 Watt ore. Quindi operativo per 6 ore = 21/6 = 3,5 Watt. I laptop di grandi dimensioni possono arrivare a 2 ore con 6 o 8 o 9 o 12 celle, quindi nel peggiore dei casi da 20 a 30 Watt. La velocità con cui caricheranno i loro pacchi batteria non è direttamente collegata, ma ovviamente un pacco più grande richiede più energia. Un caricabatterie più grande può specificare 19 V x 5,5 A = 110 Watt. Una singola cella LiIon da 2 AH 18650 (utilizzata in combinazione con la maggior parte delle batterie dei laptop) richiede circa 10 watt di picco per caricare (4,2 V x 2 A + un po 'di "headroom"), quindi i 110 watt sopra sono adatti per il più grande dei pacchi batteria (12 celle). Questo è per circa i primi 40 minuti di un ciclo di carica da completamente "piatto". Successivamente le celle entrano in una modalità di corrente conica a tensione costante.

Più tardi, se necessario. Il sonno chiama ahimè ..

Probabilmente sarò sbattuto per questo, ma ... voi ragazzi state pensando come, beh, ingegneri elettrici. Perché nessuno ha mai menzionato i vantaggi meccanici dei grandi volani, dei rapporti di trasmissione rispetto alla generazione di generatori, ecc.? Il tempo di spin-down su un volano rispetto all'energia necessaria per farlo muovere dovrebbe sicuramente essere un fattore, dal momento che un essere umano non è una pura energia in-out energia macchina. Il Powertap sulla mia bici TT dice che posso erogare circa 400 watt circa per un'ora, durante la mia migliore gara dell'anno. Con il massimo breve sforzo, riesco a colpire 16-1700, e i ragazzi più grandi di me rompono regolarmente 2K. Tuttavia, mettimi sul mio allenatore con il suo piccolo volano (non una configurazione molto PRO) e l'effetto spin down quando smetto di pedalare mi costringe a fare più sforzi per mantenere la stessa velocità. La soluzione al problema non è t l'ottimizzazione per un output costante, si sta rendendo conto che un output costante è quasi impossibile con un essere umano e che un essere umano più fresco può produrre più energia per iniziare rispetto a quanto serve per andare avanti una volta in movimento. Come il alzarsi e andare a un segnale di stop.

Probabilmente andrei con il numero 3, con una leggera modifica.

A meno che tu non stia pedalando a una velocità perfettamente costante, la tensione probabilmente varierà abbastanza ampiamente. Variare più in alto della tensione regolata non dovrebbe importare troppo, ma più in basso poiché il regolatore avrà bisogno di una tensione di ingresso minima per funzionare correttamente.
Potresti ottenere un regolatore di commutazione della gamma di ingresso molto ampio, ma ciò non consentirebbe comunque un arresto completo (o vicino a)

EDIT - per quanto riguarda la batteria esterna, per qualche motivo inizialmente non stavo prendendo in considerazione la batteria del dispositivo. Penso che potresti farne a meno ma dato che hai chiesto quale dei 3 funzionerà sicuramente , per i motivi menzionati di seguito probabilmente mi atterrei. Il collegamento MIT che hai citato usando una batteria da 12V e un convertitore da accendisigari da 12 V -> 19,5 V, questo sarebbe un modo semplice per fornire la tensione di ingresso se non vuoi fare casino con i regolatori di commutazione.

Quindi un po 'di accumulo di energia è una buona idea (anche se in realtà non menzionate nulla sul rallentamento / arresto della pedalata)
Potreste usare alcuni grandi (super) condensatori (o anche un volano di grandi dimensioni) ma a una potenza ragionevole ha vinto' Dare così tanto margine di manovra, quindi penso che una piccola batteria sia la strada da percorrere. Probabilmente sceglierei il tablet, o un laptop di potenza inferiore, poiché 30-65 W è una quantità ragionevole di energia da tenere a lungo, mentre ~ 10 W per il tablet sarebbe molto più semplice.
Avrei il generatore -> regolatore di carica -> batteria 12V -> convertitore boost (o buck a seconda del dispositivo) + filtro -> input laptop / tablet.
Non mi preoccuperei di utilizzare l'alimentazione di laptop / tablet e l'inverter in quanto sarà più inefficiente rispetto al semplice utilizzo di un convertitore da CC a CC. Con un filtraggio adeguato (un paio di condensatori e un tallone induttore / ferrite) e una protezione dai transitori (ad es. Un TVS - soppressore di tensione transitoria), ciò dovrebbe andare bene.

Ricordo, da bambino, che avevo l'illuminazione della dinamo sulla mia bici - e quasi mi sono investito quando mi sono fermato a un incrocio perché le luci si sono spente!

Concettualmente, sì, è possibile utilizzare un generatore a pedale (sia dinamo che CC / CC); e certamente sceglierei l'opzione (3), altrimenti potresti perdere energia se la generazione supera la domanda o perdere energia se la domanda supera la generazione.

Per molti aspetti, (3) si associa all'attuale paradigma dei veicoli elettrici, che utilizzano un piccolo motore come generatore di estensione della portata, piuttosto che come potenza motrice.