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자전거 충전기

자전거에 장착하는 인간 동력 USB 충전 허브

기계공학자 더그 코스트로우는 자전거 마니아다. 유가가 천정부지로 치솟던 2009년 유류비 절감을 위해 자전거로 출퇴근을 했던 게 계기가 됐다. 어느 날 그는 자전거를 타면서 USB로 휴대폰 등의 기기를 충전하고 싶었다. 하지만 상용 휠허브(wheel hub) 발전기는 150달러로 너무 비쌌다. 그래서 직접 저렴한 시스템을 개발키로 작심했다.

전기공학 전공자가 아니었던 그는 회로를 구성하는 방법 등 기초부터 하나씩 배워나갔고, 두 개의 포트를 지닌 USB 발전기 3종을 개발해냈다. 시속 20㎞ 이상의 속도에서 70%의 효율을 발휘하는데 기존의 어떤 제품보다 바퀴에 저항력을 적게 가한다. 그리고 누구나 직접 만들 수 있다.

스테퍼 모터
스테퍼 모터(stepper motor)가 뒷바퀴의 회전운동을 전력으로 변환한다. 전자제품 충전에 필요한 전력을 지속적으로 발생시키기 위해 10달러짜리 5볼트, 3.3암페어 제품을 사용했다. 항공합판을 잘라 만든 작은 휠을 모터에 붙인 다음, 휠의 테두리를 발포재 패딩 및 절연테이프로 마무리한다.

정류기
스테퍼 모터는 교류전류를 만들지만 USB 기기는 직류 전류를 사용한다. 때문에 두 개에 1달러짜리 1N4001 다이오드 8개로 교류를 직류로 변환해줄 정류기를 제작했다. 다이오드 하나의 양극을 다른 다이오드의 음극에 납땜해 4쌍의 다이오드를 만들고, 이를 두 쌍씩 나란히 배치해 두 개의 브리지를 구축했다. 이후 전도성 와이어 4개로 각 브리지의 중간부분과 스테퍼 모터의 양극, 음극을 연결한다.



차량용 USB 충전기
차량용 2포트 USB 충전기를 분해하여 충전기를 전원포트에 고정시키는데 쓰이는 스프링을 제거한다.(원통형 끝부분과 두 개의 클립 쪽에 위치한다.) 정류기의 양극과 음극을 충전기의 단자에 납땜한 뒤 다른 쪽 전선의 끝을 스테퍼 모터의 단자에 연결한다.

발전기 프레임
발전기의 소형 휠이 뒷바퀴의 테두리와 맞닿도록 해줄 프레임을 만든다. 코스트로우의 자전거에는 짐 선반이 있어 알루미늄 판을 15㎝ 길이로 잘라 선반을 지지하는 바(bar)에 고정시켰고, U자형 볼트로 알루미늄 판과 발전기도 고정했다. 안장 아래 등 원하는 지점에 USB 충전 포트를 붙이면 완성이다.

500W 프로 사이클 선수가 경기 중 발생시킬 수 있는 전력량. 푸드 프로세서를 구동시키기에 충분한 전력이다.
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