Windbelt Charger

Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická fakulta
Semestrální projekt
Windbelt Charger
Vypracoval: Jaroslav Lufinka
Obor: IŘT
Ročník: 2
Předmět: Konstuování s pomocí počítačů
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 50 –
100Hz. 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
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
Hlava stanice s navíjecími kotouči
Navíjecí kotouč
Windbelt (pásek)
Otvor pro uchycení kotvícího lanka
Detail jednoho z Windbeltů, cívek a magnetu
Cívka
Windbelt
Magnet
4
Detail spodní části stanice
Dosedací plocha se zemí
Celkově rozložená stanice Windbelt Charger
Středový pilíř
Vodotěsný kryt na mobilní zařízení
5
Složená stanice Windbelt Charger
6
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
Výpočet teoretického výkonu Winbelt Charger
N  800
Parametry cívky:
délka drátu na jedné cívce: l  70m
délka drátu jednoho závitu: li  0.0628m
pruměr vodiče:
m
p  0.0005
obvod vodicě: o  0.00157m
9
Ω.m

Měrný elektrický odpor mědi:   16.7810
Průřez vodiče:
Výpočet magnetického toku:
S  o li
5
S  9.86 10
T
B  1.32
m

t
U  N Uiz
4
  1.301 10
U  10.41174 V
 l
R  5.982 Ω
Výpočet výkonu:
I 
U
R
 1.74
Wb
N = počet závitů cívky
Uiz= indukované napětí na jednom závitu
t = čas změny mag pole, magnet kmitá 100Hz = 0,01s
Uiz  0.013 V
Sv
m2
  S B
Výpočet odporu cívky:
R 
7
S = plocha drátu
B = mag.indukce
2
Výpočet indukovaného napětí:
Uiz 
2
Sv    0.00025  1.963 10
A
P  U I  18.121 W
8