【脂肪變電能】健身車DIY改裝發電裝置,明天的手機用電,今天趕快用脂肪交換

【脂肪變電能】健身車DIY改裝發電裝置,明天的手機用電,今天趕快用脂肪交換
運動為了瘦身健美,大家都想要,但要能讓自己持之以恆似乎很難?

運動的毅力如何持續?小弟也不知道,但~如果小弟知道今天不趕快運動,明天手機就沒電了,這就絕不能停啊~

為了要給予懶惰的小弟多個運動理由,也為了讓每一次的運動都能為地球盡一份心力,脂肪換電計畫準備來啟動吧!!

我是目錄
一、運動發電現況
二、事前紙上作業及規畫
三、3D設計實作及零件說明
四、實際安裝狀況
五、運作及發電狀況
六、開發後記


一、運動發電現況

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目前的健身器材,若是有氧性質,如健身車、踏步機、划船機等,為了符合每個人需要的運動強度,會設計一套阻力裝置來消耗掉運動時產生的能量,而大部分這種能量,最終都是以熱能方式逸散掉,一來是一種浪費,二來夏天時夠熱了,還多個逸散熱能來火上加油…如果運動燃燒脂肪產生的能量,能變成電力來供應日常需求,豈不美事一樁?

話說邊運動邊發電,這應該不是甚麼創新發明,偶而也會有新聞寫到,但不知為什麼,真正有推出運動發電產品的廠商似乎不多,而有推出的,價位也是高了一截,這類運動發電的產品,目前大多以健身車為主,但是發出來的電,經常是娛樂性質(炫彩燈光、儀表用電),不一定都設計成可儲電被利用,這樣實用的意義也會打折…


二、事前紙上作業及規畫

這次脂肪換電計畫,小弟是要玩真的,就是要變成能被利用的電力,所以有三大理念:
  1. 發電系統本身的阻力希望盡量搭配運動強度,避免或減少用到原本的阻力裝置
  2. 儲電系統預計行動電源為主,發電最後輸出為5V,便於充手機或小3C
  3. 發電裝置完全外掛,將來或許適用更多品牌健身車
實際執行面,要先了解現有健身車的合理輪速,才比較好選擇適合的馬達,所以先進行轉速與飛輪直徑測量~發現腳踏板轉一圈時,飛輪實際上跑三圈,再來飛輪直徑是42公分,換算圓周等於131.88公分,若腳踏板每秒轉一圈,飛輪轉三圈,則每分鐘,飛輪可以滾動高達23738.4公分~

這樣若選擇馬達來當發電機時,要選擇多少瓦數規格的馬達呢?好吧小弟不是專業電機科系,掰不下去了,接下來只能亂講一通…若選擇12V6000轉輸出的馬達,假設小弟反向給予6000轉速,應該可以供應12V電力吧,其實若有瓦數規格+伏特數,就有機會推算可發電的電量,但實際去電子街買馬達時,其實多數馬達根本沒寫規格,只寫輸入供電範圍….所以事實上就是要走一步算一步,先走出第一步買顆感覺良好的馬達來試試就對了~接下來回到數學,若飛輪滾動23738.4公分,換算馬達要能跑6000轉,則要設計出一個圓周是3.9564公分的被動滾輪,得出從動輪直徑應為1.26公分~


三、3D設計實作及零件說明

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接下來所有設計都先指向一件事…如何讓馬達貼住健身車飛輪,穩固且少損耗的被帶動~這共要兩項組件:1.馬達固定裝置 2.車身固定裝置~其實乍看不算困難,但有魔鬼細節藏於其中…當飛輪高速旋轉時,要如何讓從動輪貼住飛輪高速轉動,這不只距離要剛好,還要善用”自鎖效應”,此外這次購買的馬達,輸出軸是特殊3.17mm直徑的D軸,要如何讓馬達與從動輪結合也是一項考驗…就先各別介紹吧~

1.馬達固定裝置:顧名思義就是要將馬達鎖於其上,再進一步連接車身固定裝置,設計方式只要注意馬達直徑,以及兩個鎖孔的直徑與距離就可以,難處在於懸吊臂的長度,這項零件,共設計修改4次才完成~
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2.車身固定部件:就是要固定於健身車的部件,最早原本是設計於飛輪下方,後來改為在上方,剛好可以利用原本健身車阻力裝置的2個鎖點來固定,且之後若鎖上馬達,就有一股重量自然下拉讓從動輪與飛輪接觸摩擦更確實~這項零件,共設計修改3次才完成~
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3.從動輪:為了長期堅固使用,小弟先網拍買了適用於17mmD軸的金屬法蘭,然後再設計這項部件…文前有說過,搭配這次設計,理想直徑應該是1.26公分,但實際上買來的法蘭要搭配4根螺絲固定,最終直徑只能設計成2.2公分….這樣的缺點是運轉稍慢時,有可能發電的電壓會較低,且馬達發電時形成的阻力會比較不夠應付運動強度…
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下圖為金屬法蘭,是很重要且不易買的零件
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4.電力轉換5V裝置:該項部件,這次其實是直接拿以前一項廢電池電力回收器作品來沿用,不過該裝置本身已是進階版,內含有一組7-28V降壓5V晶片及一組5-5V升壓USB的晶片,以對應較廣的供電範圍,也多少幫助穩壓一下
(過去實作:環保電力回收器DIY-榨乾廢電池的最後一滴電)

5.馬達:採用12V 6000RPM的直流馬達,一顆賣150元,但缺點若轉速未達6000RPM時,輸出電壓會遞減。
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6.行動電源:由於這種健身車發電,輸出可能不穩定,怕太智慧的行動電源可能不太給充,所以小弟選擇這種內含18650鋰電池的簡單行動電源盒(先前也被用於水塔水位偵測裝置的太陽能儲電用途),通常飽電狀況下,可以將iphone充到半飽,足以讓手機帶出門助充而夠用一天。
(過去實作:【限水大作戰】想知道水塔庫存剩多少?來DIY水塔水位偵測計吧)


四、實際安裝狀況

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(三項關鍵部件列印後,先完成馬達安裝)
上圖可看到右邊的車身固定部件,設計成有點像洞洞板,這樣可以減少因尺寸長度不適用而失敗再列印的機率

馬達固定裝置則如下圖讓馬達能順利被固定並且讓從動輪適切接觸於飛輪上
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從動輪由於是PLA材質較硬,所以繞上幾條橡皮筋,增加與飛輪之接觸摩擦力,另外還有個重要功能是可以因軟材質,大幅減少運轉時噪音(很土砲但有用,之後小弟再來試試包覆矽膠)
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電源線則從馬達向上到健身車手把,中間用束帶固定,之後接上電源轉換裝置,降為USB 5V輸出~
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為了掌握實際發電量,另外安裝一個電流電壓顯示小裝置~

安裝好之後,就可正式開始脂肪換電計畫…這裡小弟建議電源轉換裝置的輸出端,盡量都不要直接手機充電,除非踩踏轉速可以非常穩定…保險還是要先儲存於行動電源為宜


五、實際運作及發電狀況

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首先,健身車發電裝置加裝完成後,小弟踩踏雖有感到一定阻力,但對於小弟運動量會較不足,若完全不使用原本健身車的阻力裝置,則必須持續踩較快及較長時間,才能接近過去的運動量~

但內人使用時,則感覺非常剛好,她認為踩起來很舒服,不宜再增加阻力,所以這也可以是將來發展方向….如何控制發電量形成可調阻力…

不過重點來了,這個發電裝置到底能帶來多少電力呢?雖然目前剛完成此裝置,尚須要進一步測量,不過以下數據先讓大家參考一下~

先不接行動電源時,可達5.71V(正常踏速約5.45~5.71V),感覺較高還不錯,但其實是因為沒有接電池,幾乎沒電流所導致的假象~
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(因固定方式關係,顯示是倒著看的狀況)

接上行動電源後,馬上就有電流出現,可達0.28~0.39A,但電壓會掉到剩約4.28~4.6V(浮動),還好小弟使用簡易型行動電源,若較高級的行動電源說不定會斷電充不進去…
電壓4.35V
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充電電流0.37A
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若初步計算,小弟正常踏速時,發電量最高可能約是4.6V*0.35A=1.61W電力,好像有點弱,因為這相當於要充飽一顆2800mah的18650電池,可能需要連續踩踏6小時~

不過這發電量也可能受到升壓串聯降壓元件的影響而損耗,小弟會再試試較理想的電源轉換方式,再持續更新內容~

不過若要顯著增加發電量,一則更換更強力的馬達,二則是增加馬達數量,對於小弟腳力而言,若增加三倍阻力仍可應付,不過還要與家人討論看看,在還沒有辦法設計出可調發電阻力時,可能要找出適合自己與家人都可接受的阻力的馬達才是….

六、開發後記

其實這次開發之初,自覺以小弟3D設計功力,應該不需要太長時間就可完成,結果過程中大改版二次,才成為這次大家看到的成果,可見得廠商要開發一項裝置,也不一定像我們想的單純容易~小弟印象較深刻的思慮不周,就是運作噪音,這是始料未及…原本較早版本的從動輪,與飛輪接觸時會有顯著噪音,在某個轉速域也會出現另外的共振噪音,家人聽得很不舒服,持續修改後才如目前看到的,噪音也低到可以接受的設計….
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(圖中是其中一版的失敗版本)

不過這種運動兼發電的優勢,還是賦予了運動持之以恆的一個新理由,可以是環保、可以是不浪費、或是怕停電但還需要行動電源充電,總之多個理由,增加10%毅力都是好事~

之後小弟還會陸續更新改良過程,目前較具體是希望發電量能再提升一倍,該增加馬達或強化馬達再來好好思考,若夥伴有更好的建議都非常歡迎~
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燃脂轉電力,運動不浪費,健康又環保!!
很復古
小時候的腳踏車
大燈就是同樣的方式
靠輪子轉動發電供應
而且發電機構是可動的
可以切換要不要靠上去發電開燈

還可以進一步改造
民國70幾年巨大外銷的健身車
輪子部分是風扇
邊踩邊吹風
環保又涼快
對啊早期腳踏車燈就是用類似原理,不用再裝電池~但若真的當交通工具要騎遠,是會希望阻力越小越好~但若健身車就希望善用阻力轉換另一種能源了

其實比起摩擦生熱增加阻力,小弟還寧可像您提到,是做成風扇型式,但之前查起來也不便宜⋯倒是現在這台是家人朋友給的,剛好適合改,不然小弟還有另一台磁阻式,不過就沒那麼方便改發電裝置了
zzzrrrzz wrote:
運動為了瘦身健美,大(恕刪)

太厲害了吧~自己改造欸!只是要充飽一顆2800mah的電池,要連續踩6小時真的是偏累阿XDD
真厲害
這樣可以邊運動邊發電一舉兩得
樓主太厲害了!
如此以來更有動力爆汗了
目前發電量不大,其實還需要持續進化,但比較關鍵的安裝方式若逐漸掌握,換大馬達其實反而比較不難,小弟希望發電量應該要能在1小時充飽2800mah的行動電源,會更具實用價值,這周末再去挑個更大馬達來試試~不過目前多了發電這件事,運動心態自然而然會更積極,算是好事,而且若發電量更大,運動的額外成就感就更大了

不過目前的新問題就是因為要達到足夠運動量,會希望邊看電視邊踩1小時,但實際上健身車的椅子好難坐,半小時屁屁就會痛,應該要來換張較舒服的椅墊才是.....
zzzrrrzz wrote:
運動為了瘦身健美,大(恕刪)

很有趣的改裝DIY
要做到功能很好倒也不容易
樓主真的是太厲害了
自己DIY發電裝置
忍不住要給個讚
真的很棒的改裝 可以邊健身邊充電
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