Можно ли включить педаль для питания ноутбука во время его использования?

Я хочу исследовать, как легко было бы использовать маленькое портативное устройство , приводя его в действие, крутя педали на неподвижной структуре. (Например, использование планшета на велотренажере или использование нетбука при вращении педалей за столом.)

Я уже знаю, что можно запускать ноутбук с педалью питания, потому что я нашел несколько примеров этого. [1] [2] Теперь я хочу создать такую ​​схему для моего академического обучения . Мне нужно точно подтвердить, что мне нужно, перед покупкой оборудования. У меня нет опыта в электротехнике , поэтому, хотя у меня много цифр, я не знаю, что мне нужно рассчитать или рассмотреть, чтобы выбрать выполнимый вариант.

Возможные целевые устройства:

1. нетбук: вход адаптера : 100-240 В, 1,7 А, выход: 19 В, 65 Вт [3,4 А]
2. планшет: вход адаптера: 100-240 В, 0,45 А, выход: 5,1 В, 2,1 А [10,7 Вт]
3. смартфон: 3.7V 4.44WH (вся информация у меня есть)

ВОЗМОЖНЫЕ АРХИТЕКТУРЫ: Помимо расположения сидений (велосипед, лежачий велосипед, письменный стол), кажется, есть несколько вариантов подключения оборудования:

1. руль> велосипед динамо> регулятор> устройство (достаточно мощное для планшета или нетбука?)
2. педали> генератор постоянного тока> преобразователь постоянного тока> регулятор> устройство
3. педали> генератор постоянного тока> контроллер заряда> аккумулятор (например, свинцово-кислотный)> инвертор> устройство [3]

Дополнительная информация:

• Взрослый может вырабатывать 50-150 Вт в течение часа напряженных педалей. Я хочу, чтобы мои пользователи крутили педали комфортно, а не усиленно.
• Любое устройство будет иметь собственную батарею, поэтому я могу избавиться от необходимости иметь батарею в настройке?
• Это плохая идея подключить устройство к регулятору напрямую, чтобы избежать использования собственного адаптера устройства?

ВОПРОС

Я очень озадачен дальнейшим продвижением вперед (даже если кажется, что я нет). Больше всего в ответах я ищу ясности и определенности .

Из этих комбинаций устройств (1-3) и архитектур (1-3), которые обязательно будут работать?

Какие комбинации я должен вычеркнуть из списка, поскольку они категорически не будут?

Динамо архитектура выглядит хорошо для меня , потому что , кажется , проще / дешевле подключить - это способно приводить все эти устройства, даже нетбук?

Справочная информация: раньше я проектировал контроллеры для тренажеров. Машина приводила в действие 3-фазный генератор переменного тока, и резистивная нагрузка применялась в соответствии с различными критериями.

Я провел нагрузочные тесты, чтобы определить, сколько опытных пользователей можно легко заработать в течение длительного периода времени для питания электронного оборудования или зарядки аккумуляторов.

Представьте, что человек в умеренной форме может быть тем, кто может бодро ходить по ровной поверхности в течение часа и быть уставшим, но не полностью истощенным в процессе. то есть не супер спортивного в способностях и даже не "чрезвычайно пригодных" - но намного выше "пригодности кушетки".

Используя генератор хорошего качества, умеренно приспособленный пользователь может обеспечить 50 Вт средней мощности в течение часа. Это уровень, на котором вы точно знаете, что тренируетесь, но для многих это будет терпимо.

Тот же самый умеренно приспособленный пользователь мог обеспечить 100 ватт в течение часа и быть чрезвычайно уставшим.

если бы вы стремились к частой задаче питания, 50 Вт было бы гораздо предпочтительнее, чем 100 Вт.

Вышесказанное предполагает хорошее качество и разумную эффективность системы. В идеале, с минимальной «зубчатостью» или значимостью - то есть без рывков на медленной скорости, когда магниты приближаются и удаляются от катушек. Некоторые системы используют генераторы с существенными передаточными числами, использующими цепной привод. Это может быть разумно, но обычно это не так. Ременный привод к генератору с низким коэффициентом полезного действия можно заставить работать хорошо.

Обратите внимание, что претензии, представленные на сайте, как правило, противоречат сами себе. Я бы оценил среднюю мощность, показанную на этом графике, как диапазон 60 - 70 Вт. Их график:

Но они говорят:

• ПРИМЕЧАНИЕ. Тот, кто работает каждый день, может вырабатывать от 200 до 300 Вт мощности.

  Те, кто не в хорошей форме, могут вырабатывать от 80 до 100 Вт мощности, как показано на графике тренировки продолжительностью в один час выше.

  И наконец, кто-то, кто является конкурентоспособным велосипедистом, может произвести до 500 Вт !!

Требование 200-300 Ватт верно, но Тат очень требовательна.
500 Вт + также относится к лучшим спортсменам.

Гораздо больше в отдельных случаях - таких как
Gossamer Albatross - полет первого человека на английском канале 12 июня 1979 года. !!! :-).
Приблизительно 300 Вт непрерывно работают в неподвижном воздухе и без турбулентности «Быстро поднимается» с турбулентностью.
Еще один день в офисе для Брайана Аллена . ( дневная работа ) -

Я могу делать 500 Вт в течение примерно 10 секунд, после чего мои ноги превращаются в желе, и я совершенно истощен.

Ваши 3 варианта не кажутся достаточно разными, чтобы иметь значение:

• руль> велосипед динамо> регулятор> устройство (достаточно мощное для планшета или нетбука?)
• педали> генератор постоянного тока> преобразователь постоянного тока> регулятор> устройство
• педали> генератор постоянного тока> контроллер заряда> аккумулятор (например, свинцово-кислотный)> инвертор> устройство 2

Любой из них может работать хорошо или быть ужасным, если он плохо спроектирован.

Непонятно, что вы подразумеваете под колесами / педалями.
Питание от обода колеса, как показано, может работать нормально - и это может быть тем, что вы подразумеваете под «колесом». Основная цель - низкие потери, отсутствие рывков или неровностей. В идеале устойчивая нециклическая нагрузка.

Некоторые из них выглядят хорошо - на сайте, на который вы ссылаетесь.

Лучше всего использовать генератор переменного тока - предпочтительно 3-х фазный или более. Как показано ниже, 3-фазный сигнал не падает до нуля ни на одной стадии. Исправление этого и фильтрация дают еще более гладкий результат. Более чем 3 фазы дают еще лучший результат, но редко. Генератор постоянного тока - это генератор переменного тока, в котором выпрямление обеспечивается коммутатором и щетками - при изменении уровня напряжения новая обмотка выбирается коммутатором, вращающим новый контакт обмотки под щетками. Хотя принцип аналогичен использованию генератора с диодами, при использовании щеток вы, как правило, получаете больше механического сопротивления и потерь, чем при использовании генератора. Большинство предложений для генераторов (DC) будут представлять собой двигатели постоянного тока, приводимые в действие как генераторы - эти две роли взаимозаменяемы, но машины, предназначенные для одной, будут иметь тенденцию быть менее оптимизированными для другой.

Динамо с двигателем на ободе, которое вы упомянули, в принципе нормально, но на практике может оказаться ужасно неэффективным из-за механических проблем. Когда я был ребенком, многие динамо-ободки, которые я видел, были ужасны, поэтому я был удивлен, увидев современные агрегаты, которые делают это достаточно хорошо - это вопрос реального знания того, что вы делаете механически с выравниванием вала, зацеплением, поверхностным трением и т. Д. A " «Динамо», как правило, будет генерировать мощность от 1 до 10 Вт. С эффективной системой вы заметили бы 10 Ватт при езде на велосипеде и почти не заметили бы 1 Ватт, кроме как в условиях очень низкой нагрузки или выбега

Некоторая форма аккумуляторной батареи практически необходима. Ноутбук, планшет и т. Д. Будут иметь свои собственные, если не будут удалены. Ближе к нижнему пределу, более чем обычно нетбук планшета может получить 6 часов от 3 х 18650 LiIon-клеток. Скажем, 3,5 В означает х 2 ампер часов х 3 = 21 Вт часов. Таким образом, работа в течение 6 часов = 21/6 = 3,5 Вт. Большие ноутбуки могут работать всего за 2 часа с 6, 8, 9 или 12 ячейками, так что, в худшем случае, от 20 до 30 Вт. Скорость, с которой они будут заряжать свои батарейные блоки, напрямую не связана, но очевидно, что большая батарея потребляет больше энергии. Зарядное устройство большего размера может указывать 19 В x 5,5 А = 110 Вт. Для одного литий-ионного аккумулятора емкостью 2 AH 18650 (который используется в сочетании в большинстве аккумуляторов для ноутбуков) требуется около 10 Ватт для зарядки (4,2 В x 2 А + некоторый «запас»), поэтому вышеупомянутые 110 Ватт подходят для самых больших аккумуляторов. (12 ячеек). Это примерно в течение первых 40 минут цикла зарядки от полностью «плоского». После этого ячейки переходят в режим сужающегося тока постоянного напряжения.

Еще позже, если нужно. Сон зовет увы ..

Возможно, меня за это схватят, но ... вы, ребята, все думаете, ну, ну, как инженеры-электрики. Почему никто даже не упомянул о механических преимуществах больших маховиков, передаточных числах для приводных генераторов и т. Д.? Время замедления маховика в зависимости от энергии, необходимой для его движения, должно определенно быть фактором, поскольку человек не является машиной, вырабатывающей энергию из чистой энергии. Powertap на моем мотоцикле TT говорит, что я могу потратить около 400 Вт или около того в течение часа, во время моей лучшей гонки года. Максимально коротким усилием я могу достичь 16-1700, и более крупные парни, чем я, регулярно пробивают 2K. Однако поставьте меня на свой тренажер с его крошечным маховиком (не очень PRO-настройкой), и эффект замедления после того, как я перестану крутить педали, заставляет меня прилагать больше усилий для поддержания той же скорости. Решение проблемы не Оптимизация для стабильной работы, это понимание того, что постоянная продукция почти невозможна для человека, и что более свежий человек может выдавать больше энергии, чтобы начать, чем требуется, чтобы продолжать движение после движения. То же самое, что встать и пойти на эффект знака стоп.

Я бы, наверное, пошел с номером 3, с небольшой модификацией.

Если вы не вращаете педали с абсолютно постоянной скоростью, напряжение, вероятно, будет варьироваться довольно широко. Изменение более высокого значения, чем регулируемое напряжение, не должно иметь большого значения, но должно быть меньше, поскольку для корректной работы регулятора потребуется минимальное входное напряжение.
Вы могли бы получить регулятор переключения очень широкого диапазона входного сигнала, но он все равно не позволял бы полностью остановиться (или близко к)

РЕДАКТИРОВАТЬ - что касается внешней батареи, почему-то изначально я не рассматривал батарею устройства. Я думаю, что вы могли бы обойтись без, но так как вы спросили, какой из 3 определенно будет работать, по причинам, указанным ниже, я, вероятно, буду придерживаться этого. Ссылка MIT, которую вы упомянули, используя батарею 12 В и преобразователь 12 В -> 19,5 В прикуривателя, это будет простой способ подачи входного напряжения, если вы не хотите возиться с переключением регуляторов.

Так что некоторый запас энергии - хорошая идея (хотя вы на самом деле ничего не говорите о разрешении замедления / остановки педалирования).
Вы можете использовать несколько больших (супер) конденсаторов (или даже большой маховик), но при разумной мощности это выиграет ». Я думаю, что небольшая батарея - это путь.
У меня был бы генератор -> контроллер заряда -> батарея 12 В -> буст (или бак в зависимости от устройства), конвертер + фильтрация -> вход ноутбука / планшета.
Я бы не стал использовать блок питания для ноутбука / планшета и инвертор, поскольку он будет более неэффективным, чем просто использование преобразователя постоянного тока в постоянный. С адекватной фильтрацией (пара конденсаторов и катушки индуктивности / феррита) и защитой от переходных процессов (например, TVS - ограничитель переходных напряжений) это должно быть хорошо.
Вероятно, я бы выбрал планшет или ноутбук с более низким энергопотреблением, поскольку 30-65 Вт - это разумное количество энергии, которое нужно поддерживать в течение длительного времени, тогда как ~ 10 Вт для планшета будет намного проще.

Я помню, как в детстве у меня на мотоцикле зажигали динамо, и меня чуть не сбили, когда остановились на перекрестке, потому что у меня погас свет!

Концептуально, да, генератор с питанием от педали (будь то динамо или DC / DC) может быть использован; и я бы наверняка выбрал вариант (3), иначе вы могли бы тратить электроэнергию, если выработка превышает спрос, или терять энергию, если спрос превышает выработку.

Во многих отношениях (3) сопоставляется с текущей парадигмой в электрических транспортных средствах, которые используют небольшой двигатель в качестве генератора расширения диапазона, а не в качестве движущей силы.