كيفية توليد الكهرباء من الحذاء أثناء المشي

في هذا المنشور سوف نتعلم كيفية توليد الكهرباء من حذائنا أثناء المشي. يمكن استخدام هذه الكهرباء في وقت واحد لشحن بطارية الهاتف المحمول.

تعلمنا في عدد قليل من مشاركاتي السابقة كيف يمكن استخدام الآلات البسيطة بكفاءة لاستخراج الكهرباء المجانية ، يمكنك معرفة المزيد عن هذا من خلال المنشورات التالية:

الكهرباء من البندول

الكهرباء من الجاذبية

طاقة خالية من وزن الجسم

أقدامنا هي مثال ممتاز لآلة بسيطة يمكن مقارنتها بالرافعة. في كل مرة نتحرك فيها لأخذ خطوة إلى الأمام ، نرفع جسمنا بالكامل على أصابع قدمنا ​​دون جهد ، ثم نعيده مرة أخرى إلى الأرض ، ونستمر في القيام بذلك طالما أننا نسير ، دون أي مشكلة على الإطلاق.

يصبح هذا ممكنًا بسبب التصميم الفعال للغاية لآلية عظم الكاحل لدينا والتي تكون قادرة على تنفيذ العمل بكفاءة عالية لدرجة أننا بالكاد نفهم مقدار العمل الذي يمكننا القيام به عدة مرات على مدار اليوم.

على الرغم من أن حركة المشي قد تبدو سهلة للغاية بالنسبة لنا ، إلا أن أقدامنا تقوم بالفعل بقدر كبير من العمل عن طريق رفع حوالي 60 كجم (متوسط) من الأرض ثم إعادتها إلى الأرض ، مما يشكل قوة صعودًا وهبوطًا قد يساوي 60 كجم مكافئ الجاذبية.

في حركة المشي لدينا ، تكون أقدامنا قادرة على رفع الجسم بكفاءة عالية بسبب آلية الرافعة لمفصل الكاحل ، وأثناء تحرير وزن الجسم ، تصبح الجاذبية مسؤولة عن استعادة الكتلة مرة أخرى على الأرض.

في كلتا الحالتين يتم تبادل كميات هائلة من القوى ، ونحن مهتمون حاليًا بتسخير هذه القوة لتوليد كهرباء مجانية أثناء تنفيذ حركة المشي.

المفهوم ليس جديدًا في الواقع ، لقد جربه الناس من قبل ولكن باستخدام مواد كهرضغطية في الأحذية.

استخدام عنصر بيزو كخيار

تحول مادة بيزو الكهربائية الضغط إلى كهرباء ولكن حجم الكهرباء المولدة بمفهوم بيزو تافه للغاية لدرجة أنها تبدو ببساطة عديمة الفائدة.

عندما يكون لديك ضغط وقوة كافيين متاحين مجانًا لتسخيرها ، فلن ترغب في إهدارها باستخدام مفهوم غير فعال ومقلل الأهمية مثل بيزو كهربائي لهذا الغرض.

باستخدام المحرك أو الدينامو

يبدو استخدام المحرك أو الدينامو جيدًا للتطبيق ، إلا أن هذه الأدوات تتطلب التدوير باستخدام التروس التي يمكن أن تجعلها غير مرغوب فيها للغاية للاستخدام مع الحذاء بسبب التعقيد غير الضروري والضوضاء التي قد تتولد أثناء تشغيل عملية المشي بالآلة.

يمكن أن يكون البديل الرائع والطريقة الممكنة لتوليد الكهرباء من أحذيتنا باستخدام ملف لولبي صغير ، كما هو موضح في الصورة التالية:

الصورة مجاملة: https://cdn.sparkfun.com//assets/parts/6/3/2/2/11015-04.jpg

يوضح الشكل أعلاه ملفًا لولبيًا صغيرًا محمل بزنبرك بجهد 5 فولت والذي يبدو أنه الخيار الصحيح لتطبيق مولد الأحذية المقترح.

باستخدام ملف لولبي

نظرًا لأنه تم تحديد الملف اللولبي للعمل باستخدام إدخال 5 فولت @ 1 أمبير ، يمكننا افتراض نفس القدر من الطاقة تقريبًا عبر أسلاكه عندما يتعرض لقوة ميكانيكية دفع وسحب. المعلمات الصحيحة التي قد تكون مناسبة تمامًا لشحن بطارية الهاتف المحمول .

الميزة الكبيرة لاستخدام هذه الملفات اللولبية هي أن لها آلية عمود محمل بنابض ، مما يعني أن القوة الفعالة الوحيدة المطلوبة لتوليد الكهرباء بواسطة الوحدة هي قوة الجاذبية ، بينما تكون أقدامنا في حالة راحة ، وعندما يتم رفع القدمين العمل الربيعي للملف اللولبي يكمل الحركة مما يجعل النظام فعال للغاية.

ومع ذلك ، نظرًا لأن الملفات اللولبية تستخدم عادةً قضيبًا حديديًا كمكبس ، فلا يمكننا توقع أن يقوم النظام بتوليد أي كهرباء حتى يتم تحويل هذا الشريط إلى مغناطيس أولاً ، لأن المغناطيس المتحرك فقط سيكون قادرًا على توليد الكهرباء عند تحريكه من خلال ملف من الأسلاك.

يمكن تنفيذ هذا التعديل ببساطة عن طريق ربط عدد قليل من مغناطيسات النيوديميوم بالحافة العلوية لقضيب الملف اللولبي ، كما هو موضح أدناه ، سيؤدي ذلك إلى تحويل المكبس بالكامل إلى مغناطيس فعال ، والذي سيكون بعد ذلك قادرًا على التفاعل مع ملف الملف اللولبي من أجل لتوليد الكهرباء ، إذا كان لديك أي طريقة فعالة أخرى لتحويل القضيب إلى مغناطيس دائم ، فيمكنك استخدامه لإنتاج استجابة أفضل من العمليات.

في القسم التالي سوف نتعلم كيفية توليد الكهرباء من الحذاء أثناء المشي ، والتي يمكن استخدامها لشحن خلية Li-ion.

يتم تقديم الإعداد أعلاه في شكل تصويري لإظهار تفاصيل الاتصال فيما يتعلق بكيفية توليد الكهرباء من الحذاء ، وعمليًا يجب إخفاء جميع العناصر بشكل مناسب داخل حاوية وإرفاقها بإحكام بكعب الحذاء.

في الشكل ، يمكننا أن نرى بوضوح كيف يجب وضع الملف اللولبي عند كعب الحذاء ، بحيث يتعرض الملف اللولبي لضغط وتحرير على عمود الدوران أثناء سير المستخدم.

في كل مرة يتم فيها سحب عمود الملف اللولبي أو دفعه ، يتفاعل المغناطيس المرتبط بالعمود داخل الوحدة مع الملف المحيط بالمغناطيس الذي يولد الكهرباء والذي يصبح متاحًا عبر الأسلاك المتصلة للملف اللولبي.

نظرًا لأنه من المفترض أن تؤدي الحركة إلى جيئة وذهابا لعمود الملف اللولبي إلى إحداث تيار متناوب عند الخرج ، فإن هذا يحتاج إلى تصحيح للحصول على تيار مستمر ، ولهذا السبب يمكن رؤية مقوم الجسر متصلاً بأسلاك الملف اللولبي.

يمكن الآن استخدام التيار المباشر المعدل لشحن بطارية Li-ion أو أي بطارية أخرى يمكن تصنيفها على مستوى الجهد المحدد.

باستخدام آلية مصباح يدوي مرفوع

إذا وجدت أن تحسين آلية الملف اللولبي أمرًا صعبًا ولا ينتج عنه تيار كافٍ ، فيمكنك تجربة مفهوم بديل باستخدام آلية المصباح اليدوي.

كما نعلم جميعًا ، تستخدم المصابيح اليدوية ذات الكرنك آلية المحرك / التروس المحملة بنابض والتي يتم فيها تحريك الترس بقوة يدوية لإنتاج دورات متعددة سريعة لمغزل المحرك بمساعدة نسب التروس المحسوبة. هذا الدوران القسري للمحرك يولد في النهاية الكهرباء المطلوبة للحمل المتصل.

يمكن تطبيق نفس المبدأ لتوليد الكهرباء من الحذاء عن طريق التثبيت المناسب لآلية مصباح يدوي صغير مرفقي على حذاء وتوصيل خرجه ببطارية ، كما هو موضح أدناه. تأكد من إزالة قسم LED من الوحدة واستخدم فقط آلية الشحن المقصود للبطارية.

تحذير: لا تشتمل الدائرة على حماية من الشحن الزائد ، والتي يمكن أن تكون خطيرة على البطارية ، في الوقت الحاضر تأتي خلايا Li-ion مع PCMs داخلية أو وحدات دائرة حماية تضمن السلامة الكاملة للخلايا ضد الشحن الزائد أو التفريغ الزائد ... تأكد من أن خلية Li-ion بها هذه الوحدة مرفقة بحيث يمكنك شحنها بأمان باستخدام المفهوم المقترح لتوليد الكهرباء من أثناء المشي.