Сидел я тут, друзья, сидел, и, почему-то, пришли мне в голову мысли о тех самых модных «спиннерах», «фиджетах» (ещё одна крутилка для пальцев, чтобы занять их в свободное время).
Не в том смысле, чтобы я увлекался этим :-В, а в том — как бы их применить, да ещё и с пользой для дела!?
И пришла мне в голову одна идейка — вот сейчас многие говорят о возобновляемых источниках энергии, так почему бы и не использовать это извечное желание что-то покрутить в руках — с пользой для дела? А когда в пределах дома наиболее часто возникает такая задача?
Не знаю как у вас, но у меня — когда начинается реклама по телевизору (иногда смотрю его, что уж говорить, грешен).
И тут подумал — а ведь можно приделать некий возобновляемый источник энергии прямо к пульту дистанционного управления, чтобы больше никогда не думать о батарейках!
Ну а что, мысль занятная… поехали? Поехали! :-)
Вообще говоря, мысль использовать возобновляемые источники энергии для бытовых предметов далеко не нова — вспомним, хотя бы, советский, широко известный и легендарный ручной фонарик «Жучок», который представлял собой устройство, объединяющее в одном корпусе, собственно, сам источник света (маленькую калильную лампочку) и электрогенератор нажимного действия:
Аппарат этот далеко не нов — выше показана его модификация 1980-х годов (с которой некоторые имели возможность ознакомиться, и я, в том числе), тогда как существовали у него и более ранние варианты, например, тот же самый советский фонарь «Электросила СП-1», судя по всему, являющийся последователем французского «Пигмея» (Pygmy) (довольно развёрнутая статья на эту тему есть тут).
Впрочем, похоже, что в те годы (в основном, первая половина XX века, и, немного вторая половина, уже в меньшей степени) сама идея подобных устройств просто витала в воздухе, поэтому до нас дошли свидетельства о множестве подобных систем, например, был вот такой фонарь от компании Philips:
Или, вот такой нашейный фонарь немецкого производства, времён аж первой мировой войны, который зажигался на 5 секунд, после выдёргивания цепочки, связанной с маховиком генератора:
Встречаются и интересные фонари наших дней, например, как показанный ниже и производившийся в начале 2010-х годов, где в одном корпусе с фонарём было и AM/FM радио, зарядка производилась с помощью вращения рукоятки, где 1 минута вращения позволяла обеспечить от 30 до 60 минут работы устройства (источником энергии выступала литий-ионная батарея):
Кстати говоря, нечто подобное мне доводилось видеть на aliexpress и в наши дни — примерно подобный радиоприёмник, также, с вращаемой рукояткой. Эдакое «устройство судного дня»:
Таким образом, мы видим, что сама идея весьма жива и целый ряд инженеров применяют её в разных направлениях!
Соответственно, наша самоделка в этой области вполне себе имеет шанс занять интересное место в ряду таких устройств…
Сам принцип действия довольно прост (с одной стороны) — там обычно используется храповой механизм, то есть, когда мы нажимаем на рычаг, мы раскручиваем тяжёлый маховик внутри фонаря, который накапливает механическую энергию и крутит генератор, а когда отпускаем рычаг и он стремится выйти из корпуса наружу (то есть вернуться в изначальное положение) — «собачка» (на картинке ниже, показана красным цветом), то есть специальный зацеп, проскальзывает и не даёт возвращающемуся в изначальное положение рычагу тормозить вращение маховика:
При наличии 3d принтера подобное устройство повторяется довольно легко.
Однако, на мой взгляд, это существенно усложняет устройство конкретно в нашем случае — так как подобные «суперобороты» двигателя, достигаемые с помощью маховика и храпового механизма используются обычно для довольно энергопотребляющих устройств, в нашем же случае, когда нужно запитать всего лишь «какой-то несчастный пульт» :-) — на мой взгляд, это в значительной степени излишне… Попробуем проще!
Если специфицировать задачу, то, требуется генерировать каким-то образом, как минимум, грубо говоря, 3 вольта, так как у меня пульт питается именно от двух батареек форм-фактора ААА.
Так как у меня был достаточно большой опыт, условно назовём его «баловства» с генерацией электроэнергии, применяя коллекторные электродвигатели от всяких маленьких машинок и т.д. и т.п. (считай, с детства этим занимаюсь, с перерывами на школу, вуз, сон, еду и другие малозначительные занятия :-D — уже бессчётное количество лет), то я знаю, что если просто пытаться крутить вал двигателя, на скоростях, реально достижимых с помощью руки человека — электродвигатель будет генерировать достаточно малые напряжения — рука человека обычно не способна раскрутить ротор двигателя до сколь-нибудь значимых оборотов, по крайней мере, тех маленьких коллекторных электродвигателей, о которых я говорю — у них просто банально нет достаточно инерции…
Однако есть прекрасная альтернатива — двигатели, частенько используемые в разных хобби-проектах, которые обычно носят маркировку N20 и имеются на том же самом али в виде единых блоков, где совмещается электродвигатель и, как правило, металлический редуктор — у меня как раз под рукой есть подобный, с выходными оборотами вала редуктора 500:1.
Соответственно, если мы будем вращать рукой вал редуктора, то получим, что обороты самого двигателя (по моим прикидкам, могу ошибаться) поднимутся где-нибудь до несколько более 20000 в минуту (думаю, вряд ли больше, редуктор скорее развалится)! Неслабо так! Просто рукой до таких оборотов вряд ли раскрутишь!
И, такие двигатели, на мой взгляд, могут выступить отличным генератором электричества!
Однако двигатели — это ещё не всё: если мы, скажем, исключаем постройку сложного механического привода с использованием храпового механизма, то, на мой взгляд, самый простой и банальный способ добиться вращения двигателя на больших оборотах…. Да просто-напросто насадить на его вал штатное обрезиненное колесо, для которого он и предназначен! Соответственно, вращая это колесо, мы можем генерировать довольно большие напряжения (я пробовал, получается — вплоть до 7 вольт где-то)!
Кстати говоря, это было бы даже забавно — эдакие взрослые «игры в машинки» — катаешь пульт дистанционного управления во время рекламы по столу, опираясь на колесо!
Но убрав храповой механизм, который естественным образом вращал генератор только всегда в одном направлении — мы неизбежно сталкиваемся с тем, что должны каким-то образом обеспечить правильную полярность подачи питающего напряжения на пульт — «всегда выбрать катать только в одну сторону» — сами понимаете, не вариант… :-)
Соответственно, что нас спасёт? Да обычный диодный мост — он как раз для этого и предназначен: чтобы выпрямлять инвертированное напряжение:
Благодаря ему, мы можем крутить вал редуктора в любую сторону, а на выходе — всегда будет напряжение одной и той же полярности!
Так уж сложилось, что у меня от прошлых проектов по всему дому лежит некое число электронных компонентов, где, в числе прочих, есть компактные сборки диодных мостов для поверхностного монтажа — MB6S:
Как можно видеть, они очень маленькие, и содержат четыре вывода: как раз, как по схеме выше: верхние два вывода полярные — они как раз обозначены как минус и плюс (мы их направим к потребителю, то есть пульту), а нижние два — неполярные, туда мы подключаем электродвигатель.
Такие диодные сборки, конечно, не предел мечтаний, не диоды Шоттки, с их низким падением напряжения, но, учитывая, что двигатель у нас генерит огромное количество энергии — это индифферентно абсолютно. Зато недорогие… :-)
По характеристикам, даже более чем надо: 600В, 0,5А. У нас столько даже нет…
Однако, если мы начнём приглядываться (это я заметил при тестах, когда вращал двигатель), что не всё хорошо на самом деле — наблюдаются довольно высокие скачки напряжения, значительно превышающие тот уровень питания (где-то в районе 3В), который могут обеспечить штатные батареи пульта ДУ; соответственно, если мы эти скачки подадим на пульт — с очень высокой вероятностью мы его просто сожжём!
Соответственно, нам каким-то образом нужно привести уровень напряжения к безопасному, вне зависимости от скачков!
И тут нам поможет стабилизатор напряжения HT7333, коих у меня тоже завалялось довольно большое количество — они тоже выполнены в очень миниатюрном корпусе SOT-89-3 для поверхностного монтажа и чем-то напоминает транзисторы по внешнему виду:
Как мы можем видеть, пройдя по ссылке на даташит, которую я привёл, такие стабилизаторы принимают на вход вплоть до 12В, выдавая на выходе стабилизированные 3,3В.
Ну и, остаётся последний логический вопрос — не будем же мы постоянно крутить генератор, в процессе вращения судорожно стараясь успеть нажать на кнопки пульта, «пока свет дали» ?! :-)
Вовсе нет: для этого у меня тут завалялись довольно интересные штуки, которые как-то приобрёл по случаю и всё думал куда применить, так как изначальная затея отменилась — ионисторы или, другими словами, «суперконденсаторы»:
Как видно, это весьма компактные таблеточные штучки, которые поддерживают напряжение до 5,5В и имеют ёмкость в 5.0F (5 Фарад).
Много это или мало?
Сначала, до официальных цифр, скажу свой субъективный опыт: ниже на фото есть чёрного цвета прямоугольник — это мой бокс для 4 батареек форм-фактора АА; они уже маленько подсаженные и вся сборка выдаёт 5,45В. Кстати на фото — тест стабилизатора. Не ровно 3,3В выдаёт, да. Но тоже сойдёт...
Заодно можете видеть среди проводов диодный мост и этот стабилизатор: в реальности, в жизни, это такие микронные штуки, которые поместятся вдвоём на ноготь мизинца:
Соответственно, я как-то тестировал такую штуку: подключал эту сборку к вот этому блоку ионисторов (т.е. вот этой сборке из 2 «таблеток» — она неразъёмная) и держал подключенной что-то около 8-15 минут (примерно, уже точно не помню).
После чего, отсоединил ионистор (он, по идее, теперь у нас заряжен и мы можем проверить уровень заряда, насколько его хватит) и подключил к нему вот этот мотор-редуктор N20, на базе которого мы пытаемся сделать генератор — этот мотор бодро начал вращаться и, с некоторым замедлением, вращался час! И я так и не смог посадить этот ионистор! Мне надоело ждать, и я забросил всё, разъединив…
Потом, в течение года, я иногда ещё подходил, подтыкал этот двигатель к нему, секунд на 10-15-20 — двигатель всё ещё крутился!
Тест прошёл более чем год назад, и сейчас, во время написания статьи, я решил ещё раз проверить уровень заряда и опять подоткнул двигатель — он всё ещё крутится! :-D
Вот что такое ионистор!
Конечно, вряд ли мой опыт можно считать полностью корректным, однако, я хотел рассказать именно свой субъективный опыт — а он был именно таким, без преувеличений, но и без преуменьшений!
Этот эксперимент, который я провёл, вовсе не говорит о том, что ионисторы являются каким-то супердевайсом и надо срочно отказываться от всех остальных источников питания, например, литиевых и переходить на ионисторы!
Но, штука крайне занятная, однозначно — кому интересно, вот здесь есть сравнение литиевых аккумуляторов и ионисторов, с точки зрения их разницы; также, вот здесь мы можем для себя узнать, что ионисторы могут хранить вплоть до 100 раз больше энергии на единицу массы, чем электролитические конденсаторы, а также, отдавать её быстрее чем аккумуляторы и выдерживать гораздо больше циклов заряда/разряда.
Если посмотреть на официальную таблицу сравнения отсюда (см. на две выделенные жёлтым колонки), то мы увидим, что конденсаторы всё ещё серьёзно уступают литий-ионным аккумулятором по удельной энергии, но, зачастую, превышают их по удельной мощности, так как могут быстро заряжаться и разряжаться:
Однако, если вернуться к нашей схеме, я думаю, вам понятна суть затеи: просто-напросто, выпрямленный после диодного моста ток — мы подаём на ионистор, от которого, в свою очередь, уже и должен запитываться выходной стабилизатор HT7333 и уже от него — сам пульт.
Но, тут есть явная проблема: как мы видели — при вращении колеса возникают довольно сильные всплески напряжения, превышающее то, на которое ионистор рассчитан (5,5В) и если мы напрямую подадим такое напряжение на него — полагаю, что он особо долго не прослужит (ну, или начнёт терять ёмкость и т.д. — впрочем, я не хочу это проверять).
Таким образом, становится понятно, что после диодного моста и перед ионистором — нужно ставить ещё один стабилизатор, только уже на 5,5В! Проблема только в том, что у меня его нет… :-)
Почему я говорю про стабилизатор на 5,5В: дело в том, что напряжение, до которого был заряжен ионистор, по мере его разряда постепенно уменьшается — например, то напряжение, от которого у меня крутился двигатель только что, про которое говорил чуть выше и которое сохраняется уже более года — это 0,74В.
Как-то замерял, уже точно не помню, что пульт у меня работает не ровно от 3В, а что-то там вплоть до 2,2…2,4В (при этих напряжениях ещё работает, может и ниже тоже, но я не замерял).
Таким образом, если сказать проще — чем до большего вольтажа (в пределах его возможностей) мы зарядим ионистор — тем дольше он сможет питать пульт, постепенно просаживаясь.
То есть, в теории, мы могли бы даже выходной стабилизатор перенести перед ионистором, а пульт питать напрямую от ионистора — тоже вполне себе вариант!
Но если мы хотим совсем экстремальной продолжительности работы от одной зарядки — то придётся всё делать по уму: заряжать ионистор до 5В (вряд ли можно будет найти стабилизатор на 5,5В, а паять схемы под генерацию 5,5В неохота, хочу минимальными силами) и потом уже питать всё от него…
Таким образом, получается, что просто-напросто надо будет прикупить ещё один стабилизатор — только на 5В и установить его после диодного моста, только и всего! :-)
Кстати, о продолжительности работы: провёл кое-какие вычисления, которые показывают, что при среднем напряжении питания, которое генерирует у меня установка в 4…4,5В — для зарядки пульта на весь вечер (50-60 нажатий) хватит всего лишь 1…2 секунд вращения генератора!
А если предположить, что мы хотели бы зарядить пульт на несколько дней (например, 2…3 дня) — то это всего лишь потребует примерно 10 секунд «баловства с колёсиком»!
Впрочем, никто этого не знает точно и тесты покажут, на что это всё годится! Однако подозреваю, что будет это весьма недурно! :-)
Внизу схемы: первая — как у меня сейчас, а вторая — как, по идее, надо. Хотя, если выяснится, что даже от 3,3В схема будет работать неделями...Да и ладно тогда, так и оставлю...:-)
Ну и в итоге, нечто такое у меня вышло (один из видов показан в шапке статьи):
P.S.
Можно дополнить систему ещё микроконтроллером, с маленьким OLED-мониторчиком, который будет считывать напряжение с ионистора в процессе зарядки (например, через делитель напряжения на резисторах относительно высокого сопротивления, подключенный к АЦП микроконтроллера), а потом его можно было бы выключать, чтобы не сажал систему — индикатор сделать при этом наподобие полоскового, как на смартфоне: занятно будет наблюдать, как при вращении колеса генератора — с большой скоростью будут добавляться полоски уровня заряда батареи!
Смартфоны так не заряжаются! :-)
P.P.S.
А вообще, вся эта концепция с генераторами, которые минимальными усилиями запитывают что то на долгое время мне очень нравится с той точки зрения, что это напоминает сюжеты из фантастики — ну, знаете, когда на далёкую неизвестную планету прилетает экипаж, находит в джунглях заброшенный корабль, буквально несколько раз вращает ручку какого-то высокоэффективного генератора, от чего запитывается вся бортовая сеть, загораются мониторы, появляется голограмма давно погибших членов экипажа, что-то говорящих на давно забытом языке … :-)
Красота…
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
