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自造風力自行車手機充電器

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(感謝作者Rasmus M開放授權,使我們得以摘譯這篇文章,特此致謝。原文網址:https://www.instructables.com/Wind-Powered-Bicycle-Phone-Charger/?fbclid=IwAR0hyU9S6Y_YTPYTyMyocC13fG4f-XZVX_6eNbJLm7A6Z1XwPpIFmvS_50g,若讀者想要下載相關檔案及圖片,請點擊原文網址,並至相關步驟進行下載,謝謝。)

這篇介紹文,是我針對實用發明類別,參加Tinkercad學生設計競賽參賽作品的介紹。

騎自行車時,我經常將手機安裝於車把上,用於導航與追蹤。在長途的單車旅行時,我的手機曾多次沒電,這讓我盼望有一種在騎自行車時,為手機充電的方式。

這通常透過連接至車輪的發電機完成,藉由摩擦旋轉發電機提供能量。然而,這並不是我想要的方式,因為發電機增加了騎自行車的阻力,需要很長的電線由車輪連接至車把,並且無法快速拆卸或連接至另一輛自行車上。因此,我決定採用風力發電的方式設計,因騎自行車的人本身已遇到空氣阻力,這意味著,這樣的方式不會增加任何額外阻力。

我使用Tinkercad幫助產品設計,主要是進行3D列印,同時使用了下面列出的一些其它組件。若您有興趣列印此設計,以下是所有的STL文件。

耗材:

  • PLA長絲:50m
  • TPU長絲:5m
  • 細絕緣線:2m
  • 2個壓縮彈簧:直徑6毫米,長20毫米。
  • 8顆螺絲:直徑6 毫米,長度不同。
  • 2台直流發電機和2台螺旋槳
  • 1個小型的5伏特USB升壓器
  • 4個塑料黏合劑點
  • 小橡膠握墊

第一步:構思與開發

在構思階段,我試圖牢記以下基本考慮因素,以達成適合的設計:

功能:應提供恆定5伏特的最大功率輸出,並且可以調整,以適應各種手機尺寸(60×130毫米至90×170毫米)和車把尺寸(直徑22至32毫米)。將設計固定至車把上應該要很快(不超過5秒)。

尺寸:使用者應可以觸碰整個手機螢幕及所有側邊按鈕,並且螺旋槳不會干擾車把和剎車。

形狀和樣式:應符合空氣動力學,並在可能情況下具有彎曲的邊緣,可進行 3D列印。

連接:應只使用非永久性連接,因這樣設計可輕鬆拆卸和分離,更容易維修與回收。

第二步:測試電路

在創建最終原型前,我想測試所計劃的簡單電路是否奏效。於是,我使用連接至電路的萬用電表,當一個或兩個螺旋槳旋轉時,成功地產生了5.06伏特的穩定電壓輸出。

第三步:在Tinkercad上設計

這是我所達成的最終設計,它具備空間使所有電子元件緊密配合。設計有180 毫米長,但必須有這樣大型的設計,才能讓螺旋槳不礙事。

最終設計由7個3D列印組件構成:3個主體、3個手機支架及一個可連接至任何自行車車把的彈性夾子。接下來,我創建了每個組件的STL文件,準備列印。

第四步:列印主體

我使用了黑色PLA長絲列印這三個主體。這些主體上已有小孔,可更輕鬆將它們固定在一起,並在一定程度上,為手機支架提供了滑出的空間。

重要的列印設置如下:

層高:0.2毫米

初始層高:0.3毫米

線寬:0.4毫米

填充:25%

第五步:列印手機支架部件

我使用紅色PLA長絲列印手機支架部件,2個側支架設有用於壓縮彈簧的插槽。對這些部件,我使用了與主體部件相同的列印設置。

第六步:列印具有彈性的夾子

我使用紅色TPU細絲列印夾子,發現填充25%的TPU足夠靈活,以適應不同的車把直徑,同時仍能緊緊固定於車把上,以防止旋轉。

我使用與PLA部件相同的層高、寬度及填充,但溫度和流量更高。

第七步:組裝之一

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上圖顯示所有部件(包括焊接電路和發電機)如何組合在一起。這也應表明如何設計壓縮彈簧系統,使手機緊緊固定到位。另外,USB輸出可於設計的背面輕鬆使用。

這些部件透過八個直徑為1.6毫米或1/16″的螺釘連接在一起,設計底部較寬的孔,可將這些螺釘的頂部隱藏良好。

請注意:在焊接電路時,請您記得螺旋槳將面朝外,因此會以相反的方向旋轉。

第八步:組裝之二

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連接TPU夾子很簡單,因有一個插槽可以將其滑入,如上圖所示。該夾子覆蓋了2個螺絲孔,並部分隱藏了另外2個螺絲孔。

照樣,螺旋槳可直接推入從側面伸出的軸。而我把螺旋槳噴成紅色,以保持黑色和紅色的配色計劃。

第九步:增加抓地力(可以選擇不要執行)

雖然側面的手機支架牢牢抓住手機,但無橡膠套的手機仍可些許移動。所以,我以4個塑料黏合劑點,為設計增加了更多抓地力。

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此外,我想確保即使在顛簸的騎車過程中,設計也不會在車把上旋轉或滑動。 為增加抓地力,我在夾子上添加橡膠抓地墊,如上圖所示。我以重物對此進行測試,只有一個夾子在滑動前,能水平承重1.3公斤(相比之下,沒有墊子時只有400克)。因此,添加這些握把,可確保車把上的設計非常堅固,同時仍能快速安裝並拆卸。

第十步:測試

該設計非常適合不同的車把,不會干擾剎車或車把。兩個螺旋槳開始以大約10公里/小時的速度旋轉,遠低於正常的騎行速度。發電機提供穩定的5伏特輸出,雖然瓦數很低,這意味為手機充滿電需要很長一段時間,但這項產品可延長手機電池耗盡所需時間。

為增加發電量,可使用更高效發電機。也許將來的另一項修改,可能是在設計中添加電池或移動電源,可透過騎自行車或在旅行前充電,以確保可以更快為手機充電。

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