人力
米海軍の人員が、USS ロナルド・レーガン （CVN-76）で航空機カタパルトを上げるために手回し式の機械を操作している。

人力とは、人体から生み出される仕事またはエネルギーの速度です。また、人間の力（時間当たりの仕事量）を指すこともあります。力は主に筋肉から得られますが、体温も、避難所、食料、あるいは他の人間を 暖めるといった作業に利用されます。

人間の力のパフォーマンスに関する世界記録は、作業計画者や作業プロセスエンジニアにとって興味深いものです。一定時間内に維持できる人間の力の平均レベルは、産業界における作業オペレーションの設計に携わるエンジニアにとって興味深いものです。

人力による交通手段には、自転車、ボート、スキー、その他多くの移動手段が含まれます。

人力機器は、他の電源が利用できない場所で電気エネルギーを生成したり、蓄電したりするために使用されることがあります。これには、ギブソンガール・サバイバルラジオ、ゼンマイ式ラジオ（ゼンマイ仕掛けラジオ）、ペダル式ラジオなどが含まれます。

利用可能な電力

通常の人間の代謝では、基礎代謝率約80ワット（0.1馬力）で熱が発生します。 [ 1 ]

自転車レースでは、トップクラスのサイクリストは1時間で約440ワットの機械的出力を発揮し、トラック競技のサイクリストは短時間で2500ワットを超える出力を発揮します。現代のレーシングバイクの機械効率は95%を超えています。健康な成人は、激しい運動を1時間行うと平均50～150ワットの出力となります。平均的な健康で栄養状態が良く、やる気のある肉体労働者は、8時間の労働シフトで約75ワットの出力を維持できます。 [ 2 ]しかし、人間の電力の潜在的収量は、あらゆる発電機の非効率性によって減少します。なぜなら、実際の発電機はすべてエネルギー変換プロセスで損失が発生するからです。[ 3 ] [ 4 ]

運動器具の可動部分を発電機の部品に取り付けることで、運動器具を発電に利用することができます。[ 5 ]一部の家庭用ジム機器では、DC発電機を使用して、表示器やディスプレイに電力を供給し、機器の抵抗量を制御しています。[ 5 ]発電量は産業用電源に比べて非常に小さいため、変換装置のコストを考えると経済的に現実的ではありません。[ 5 ]例えば、平均的な米国の家庭に運動器具で発電した電力を1日分だけ供給するには、100人以上がエアロバイクを漕いでその電力をすべて賄う必要があります。[ 5 ] [ 6 ]

輸送

自転車は人力による交通手段の一例です。

人力を利用する交通手段は数多くあります。自転車、車椅子、歩行、スケートボード、手押し車、ボート、スキー、人力車などが挙げられます。形態によっては、複数の人が利用することもあります。歴史的なガレー船は、古代には自由人や市民によって推進され、近代には海賊に捕らえられた奴隷によって推進されていました。マクレディ・ゴッサマー・コンドルは、制御された持続的な飛行が可能な最初の人力飛行機であり、1977年に初飛行を行いました。2007年、エクスペディション360のジェイソン・ルイスは、極地以外の緯度で人力のみを使用して世界一周を達成した最初の人物となりました。陸地では歩行、自転車、ローラーブレードで横断し、海では水泳、カヤック、ボート、および全長26フィートのペダル駆動のボートを使用しました。[ 7 ] [ 8 ]

一般的な装置および機械

1864年にイギリスのロンドンにあるコールドバス・フィールズ刑務所で使用されていた刑罰用の踏み車
機械式懐中電灯。リニア発電機を使用し、長軸に沿って振ることで充電します。

トレッドホイール（トレッドミルとも呼ばれる）は、人力で動くエンジンまたは機械です。外観は水車に似ており、円周に設置されたパドルを人が踏んで動かす（トレッドミル）か、人が中に立って動かす（トレッドホイール）かのいずれかで作動します。

一部のデバイスは人力を使用します。筋肉からの機械的力を直接利用する場合もあれば、発電機が人体で発生したエネルギーを電力に変換する場合もあります。

人力機器は、主に使い捨て一次電池や電力網といった従来の電源の代替として、人力で発電した電気で駆動できる電気機器から構成されています。このような機器には、発電機または誘導システムが搭載されており、バッテリーを充電します。携帯電話などのバッテリー駆動の携帯型電子機器を充電するために、クランクで操作する発電機が別途販売されています。機械式懐中電灯など、機器に発電機が組み込まれているものもあります。腕時計は、筋力を利用してゼンマイを巻き上げることができます。

充電式バッテリーに代わる電力貯蔵手段としてスーパーキャパシタがあり、現在、ここに示した機械式懐中電灯などの一部の機器に使用されています。電気ではなく機械的にエネルギーを貯蔵する機器には、ゼンマイを内蔵したゼンマイ仕掛けのラジオなどがあります。ゼンマイはクランクで巻き上げられ、発電機を回してラジオに電力を供給します。

人力電気機器の常用例としては、初期の電話システムが挙げられる。電話加入者がハンドルを回すと小型の磁気発電機が回転し、遠隔ベルを鳴らす電流が供給された。人力機器は、自然災害、戦争、内乱などで通常の電力供給が不可能になった場合の緊急機器として有用である。また、電池が高価で主電源が不安定または利用できない貧困国では、人力機器は経済的にも優れていると考えられてきた。使い捨て電池はエネルギーの無駄が多く、環境に重金属を排出する恐れもあるため、人力機器は環境にも優しい代替手段である。人力発電機を回すことで比較的少量の電力を生成できるため、通信はこうした機器の一般的な用途である。

人力ラジオ

サバイバルラジオ

BC-778「ギブソンガール」無線送信機

第二次世界大戦中のギブソン・ガール・サバイバルラジオは、手回し発電機で電力を供給していた。乾電池の不安定な動作を回避できたため、乾電池は数ヶ月間保存しておくことができたが、生存者が手回しを回せるだけの体力が必要だったという欠点があった。サバイバルラジオは戦争中に両軍で発明され、配備された。[ 9 ] SCR-578（および戦後に同様のAN/CRT-3）サバイバルラジオ送信機は、海上作戦で航空機に搭載され、「砂時計」のような形状のため、発電機のハンドルを回している間、脚の間に固定しておくことができたことから、「ギブソン・ガール」というニックネームが付けられた。

軍用無線

第二次世界大戦中、GN-45手回し発電機を使ってラジオに電力を供給しているアメリカ兵

第二次世界大戦中、米軍は信号部隊無線送信機/受信機に電力を供給するために、手回し発電機GN-35とGN-45を使用することがありました。[ 10 ]手回しは面倒でしたが、SCR-131、SCR-161、SCR-171、 SCR-284、SCR-694などの小型無線機に十分な電流を生成しました。[ 11 ]

ワインドアップラジオ

クランクを巻き上げ位置にしたオリジナルのベイゲン時計仕掛けラジオ

ゼンマイ式ラジオ、またはゼンマイ仕掛けラジオは、電池や電力網ではなく、人間の筋力で駆動するラジオです。最も一般的な構成では、ケースの手回しクランクで巻き上げるゼンマイによって内部の発電機が駆動されます。クランクを回すとゼンマイが巻き上げられ、完全に巻き上げられると数時間動作します。また、発電機で内部バッテリーを充電することもできます。

手回し発電機で動くラジオは目新しいものではないが、その市場は以前は緊急組織や軍事組織に限られていると考えられていた。現代のゼンマイ仕掛けラジオは、HIV/エイズ危機への対応として、1991年にイギリス人発明家トレバー・ベイリス氏によって設計され特許を取得した。彼は、発展途上国、特にアフリカの、電池を入手できない貧しい人々が使うラジオとしてこれを思い描いた。1994年、イギリス人会計士のクリス・ステインズ氏と南アフリカ人のパートナー、ロリー・ステア氏がこの発明の世界的なライセンスを取得し、Baygen Power Industries (現Freeplay Energy Ltd) を共同設立して、最初の市販モデルを製造した。現在は使われていないその設計の鍵は、位置エネルギーを蓄える等速度バネの使用だった。BaygenがFreeplayになった時にベイリス氏が発明の管理権を失った後、Freeplay Energyのユニットは、より安価な手回し発電機で充電する使い捨て電池に切り替えた。

他の電源内蔵機器と同様に、手回し式ラジオはキャンプや緊急時、そして発展途上国や辺鄙な集落など、電力網がなく交換用電池の入手が難しい地域での使用を想定して設計されました。また、別荘や山小屋など、ラジオを日常的に使用せず電池が劣化しやすい場所でも役立ちます。

緊急用に設計された手回し式ラジオには、懐中電灯、点滅する非常灯、緊急サイレンが搭載されていることがよくあります。また、使い捨てまたは充電式の電池、シガーライターソケット、太陽電池など、複数の代替電源が搭載されている場合もあります。

ペダル式送信機

1946年、サウス・ソリタリー島の灯台でノラ・ヘッド灯台との通信に使用されていたペダルラジオ

ペダルラジオ（またはペダルワイヤレス）は、ペダル駆動の発電機で駆動する無線送受信機でした。1929年、南オーストラリアの技術者で発明家のアルフレッド・トレーガーによって、オーストラリア奥地の遠隔地にある農家や牧場に無線通信を提供する手段として開発されました。[ 12 ]当時は主電源や発電機による電力供給がなく、必要な電力を供給するための電池は高価すぎました。これは非常に重要な発明でした。[ 13 ]この技術によって、ロイヤル・フライング・ドクター・サービス、そして後に航空学校が設立され、遠隔地に住む人々を救急サービスや教育機関に繋げることができました。[ 14 ]

参照

参考文献

  1. ^ Cross, R. & Spencer, R. 2008.持続可能な庭園. CSIRO Publishing, Collingwood, Melbourne. ISBN 978-0-643-09422-2。
  2. ^ Eugene A. Avallone他編『 Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers 11th Edition』Mc-Graw Hill、ニューヨーク、2007年ISBN 0-07-142867-49-4ページ
  3. ^機械技術者のための参考書（第11版）Butterworth & Co. 1985年、p. 2-68、ISBN 040800083X一つの物体が接触している他の物体に対して相対的に運動する場合、摩擦力が伴います。
  4. ^電気工学入門サンダース大学出版局 1984年 610頁ISBN 0-03-061758-8。
  5. ^ a b c dギブソン、トム (2011). 「汗をワットに変える」IEEE Spectrum . 48 (7): 50– 55. doi : 10.1109/MSPEC.2011.5910449 . S2CID 41300023 .ジムは、エクササイズマシンを発電装置に改造するために費やした費用を回収するのに数十年かかるかもしれない。 
  6. ^人力自転車の効率は70%、 https://workingwellresources.blog/2010/02/19/green-workouts-with-human-dynamo-4-2/
  7. ^ギネス世界記録 (2007年10月6日). 「人力による世界一周航海」(PDF) .
  8. ^ AdventureStats by Explorersweb. 「Global HPC - Human Powered Circumnavigations」 . Explorersweb. 2018年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年7月12日閲覧。
  9. ^ http://wftw.nl/gibsongirl/gibsongirl.html Gibson Girl 2012年4月26日閲覧
  10. ^第二次世界大戦におけるアメリカ陸軍、図録『ドイツとの戦争：ヨーロッパおよび隣接地域』（紙面）政府印刷局、1994年、85頁～。ISBN 978-0-16-087334-8。
  11. ^ジョージ・レイナー・トンプソン、ディキシー・R・ハリス (1966). 「通信部隊：その成果（1943年半ばから1945年）」アメリカ陸軍軍事史部長室（米国政府印刷局文書管理局により販売）。665～頁。
  12. ^ベグビー、リチャード（1999年7月）「グレート・アウトバックのペダルラジオ」アンティークラジオ・クラシファイド誌16 （ 7）。
  13. ^ 「フライング・ドクター・サービスが使用したペダル発電機」。Trove 。オーストラリア国立図書館。 2019年1月3日閲覧。トレーガー・ペダルは、オーストラリアの通信史における重要なマイルストーンである。
  14. ^ Behr, John. 「Traeger, Alfred Hermann (1895–1980)」 .伝記 - Alfred Hermann Traeger - オーストラリア人名辞典. オーストラリア国立大学国立伝記センター. 2019年8月24日閲覧。{{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)
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