Bachelor's Thesis

Recharging mobile devices using a bicycle generator

Final Thesis 2.25 MB Appendix 2.98 MB

Author of thesis: Bohuš Németh

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Králík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Formánek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the design, construction, and implementation of a stationary bike generator designed for charging of mobile devices by converting human mechanical work into electrical energy. The practical part describes the conversion of a non-functional bicycle into a stable stationary generator mounted on a rigid base platform. A permanent magnet synchronous motor (EC motor), and its key parameters, specifically the velocity constant K_V = 250 RPM/V, were experimentally verified. A mechanical transmission with a total multiplication factor of approximately 40.31 was designed using a belt drive system, ensuring that within a standard cyclist cadence of 60 to 90 RPM, it delivers a safe voltage range of 8 to 15 V. The electrical system consists of a three-phase rectifier, Li-ion storage cells, boost DC-DC converters, and modules supporting modern charging protocols. The thesis places a strong emphasis on energy transfer efficiency, operational safety in compliance with standards, and monitoring of both generated and consumed power.

Keywords:

bicycle generator, EC motor, stationary bicycle, Li-ion battery, charging, USB Power Delivery, alternative energy sources

Date of defence

12.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svou bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté členové komise položili následující otázky: - Jaká je celková hmotnost zařízení? - Proč jste na výstup zařadil ultrakapacitor? Je ultrakapacitor zapojen paralelně? - Proč jste použil pasivní přístup k řízení energie namísto přímého řízení měniče motoru? - Neuvažoval jste o použití setrvačníku? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako uspokojivá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šebek, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Krejčí, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Švancara, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Králík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Králík, Ph.D.

Pan Németh se ve své práci zabývá návrhem a sestavením demonstračního modelu umožňujícího dobíjení mobilních zařízení pomocí cyklogenerátoru. Součástí práce je úprava běžného jízdního kola na statický cyklogenerátor, přičemž je nutné zohlednit požadavky na bezpečnost jak uživatele, tak okolí. Další část práce se věnuje návrhu samotného generátoru, výkonové a řídicí elektroniky. Závěrečná část je zaměřena na uživatelské rozhraní pro zobrazení toku energie.

Popis testování výsledného zařízení je poměrně stručný a postrádá doplňující obrazovou dokumentaci (např. fotografie či videozáznam provozu systému), která by přispěla k lepší interpretaci výsledků. Vzhledem k tomu, že realizace a testování probíhaly mimo prostory fakulty, nebylo možné jejich průběh přímo ověřit.

Po formální stránce je práce na nízké úrovni, není dodržen jednotný styl formátování, text často není zarovnán do bloku a práce místy působí nepřehledně. U rizikové analýzy navíc chybí její vyhodnocení. Student na práci pracoval převážně samostatně, přičemž v případě potřeby si aktivně sjednával konzultace k řešení dílčích problémů. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení D (uspokojivě).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry E
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis E
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Martin Formánek, Ph.D.

Bakalářská práce studenta Bohuše Németha se zabývá aktuálním tématem alternativního získávání energie prostřednictvím přeměny lidské mechanické práce na elektrickou energii. Autor úspěšně zrealizoval přestavbu běžného jízdního kola na stacionární cyklogenerátor, přičemž využil synchronní motor s permanentními magnety. Práce má výrazně praktický charakter a spojuje poznatky z mechaniky, programování, a především z výkonové elektroniky. Jedná se o komplexní mechatronický problém, který se studentovi dle prezentovaných výsledků podařilo dovést až do podoby zdárného prototypu.

K předložené práci mám nicméně pár výhrad. V praktické části postrádám celkové blokové schéma či obecný popis systému jako celku. V kapitole 3.4 se sice nachází slovní popis jednotlivých částí, pro čtenáře je však velmi obtížné se v textu plynule orientovat. Jelikož je návrh elektroniky jednou z hlavních částí práce, mohla být tato část (včetně schématu v příloze) zpracována podstatně pečlivěji. Celkově by práce, hlavně praktická část, mohla být přehledněji strukturována. V závěru bych také očekával zhodnocení dosažených výsledků – například informaci, zda bylo navržené řešení experimentálně ověřeno na mobilním zařízení, případně s jakými výsledky. Uživatelské rozhraní (obr. 3.5.2) by bylo podle mého názoru vhodnější demonstrovat na aktivním, zapnutém systému. V návaznosti na výše uvedené bych uvítal, kdyby byla funkčnost zařízení během obhajoby demonstrována (ať už fyzicky, nebo alespoň formou videozáznamu).

Předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a na základě hodnocení praktického přínosu i zmíněných nedostatků navrhuji výslednou známku C (dobře).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 3.3.2 uvádíte, že akumulátor nedisponuje vyrovnávacím mechanismem pro napětí na jednotlivých článcích, ale piny konektoru pro balancer nevyužíváte. Jak tedy řešíte vyrovnávání napětí na jednotlivých článcích během nabíjení?
  2. Jakých výkonů bylo během testování dosaženo? Můžete zobrazit časový průběh?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová