Генератор постоянного тока из велосипедного колеса. Обзор генераторов электрического тока на велосипед: бутылочные, бесконтактные и динамо-втулки

Велосезон уже начался, и многих велосипедистов стали посещать мысли о создании бортовой сети для велосипеда. Что бы на велосипедной прогулке можно было использовать фонарь, сигналы поворота, стоп сигналы или музыкальную систему и не только во время движения. А кроме того, нелишней была бы возможность зарядки телефона, смартфона или фотоаппарата. Вот одно из таких писем: «Здравствуйте. Предлагаю вам идею продукта для раздела авто-мото-вело (хотя он четко для вело, конечно). Это некое универсальное зарядное устройство для подзарядки аккумуляторов и питания световых элементов на велосипедах с электрогенераторами. Проблема в том, что во время стоянки весь свет гаснет, т.к. нет аккума. Данное устройство должно подключаться к динамке, уметь подзаряжать небольшой аккумулятор, отображать уровень его заряда, ну и конечно запитывать при движении световые приборы.»

Готового устройства у нас нет, но в этой статье мы расскажем, как на базе модулей Мастер Кит можно создать бортовую сеть для велосипеда.

В качестве источника берем обычный велосипедный генератор «бутылочного» типа, например, такой , как более универсальный:

Для минимальной бортовой сети нам понадобится три модуля. Это BM037 , PW810 и NT800 .

BM037 представляет из себя импульсный понижающий DC/DC преобразователь. В схеме он будет использоваться в качестве выпрямителя для преобразования переменного напряжения простого велосипедного генератора, «бутылочного» типа, в постоянное напряжение. При необходимости, вместо данного модуля можно использовать диодный выпрямитель с электролитическим конденсатором большой емкости.

PW810 представляет из себя импульсный универсальный DC/DC преобразователь. Модуль способен как уменьшать, так и повышать входное напряжение. Так как генератор при движении имеет нестабильное выходное напряжение, оно сильно зависит от скорости движения, с помощью этого преобразователя мы получим стабильное напряжение бортовой сети.

При использовании двух этих устройств мы сможем получить стабильное выходное напряжение от 5В до 12В. Необходимое напряжение устанавливается с помощью регулятора на модуле PW810. Но при таком включении при остановки в бортовой сети будет пропадать вырабатываемое напряжение генератором. Что бы этого не происходило необходимо дополнить схему аккумулятором NT800. Такое включение позволит пользовать бортовой сетью при остановках и увеличит мощность системы, что позволит подключать большее количество устройств. А в процессе движения на велосипеде будет происходить процесс зарядки аккумулятора.

Кроме того, в статье написано: Вместо NT800 можно использовать любой имеющийся у вас под рукой аккумулятор с рабочим напряжением 3,7В, 6В или 12В.

Схему подключения модулей можно увидеть на рисунке:

Она получилась не сложной. Ее сможет повторить любой человек, даже незнакомый с электроникой. Настройка схемы тоже не вызывает ни какой сложности. Подключите лабораторный источник питания вместо генератора или раскрутите колесо, на котором установлен генератор. Теперь, с помощью регулятора напряжения на модуле BM037 необходимо ограничить максимальное выходное напряжение до 26В. С помощью регулятора напряжения на модуле PW810 необходимо выставить выходное напряжение используемого аккумулятора, в нашем случае 13,8В. Теперь выведите кабель с аккумулятора на необходимые розетки, например типа автомобильного прикуривателя, и используйте любые любимые гаджеты не переживая, что они разрядятся в самый неподходящий момент.

Если вам необходимо иметь в бортовой сети не стандартное напряжение, ниже 12В, например 5В или 2,4В. Для этого можно подключить к клеммам аккумулятора понижающий DC/DC преобразователь PW841 :

Данный преобразователь оснащен двумя дисплеями верхний для отображения выходного напряжения, нижний для отображения потребляемого тока. Это позволит вам контролировать состояние и потребляемый ток подключенных устройств.

При желании, аккумулятор можно оснастить модулем контроля заряда MP606 :

Модуль подключается параллельно клеммам аккумулятора. Несмотря на то, что модуль имеет очень низкое энергопотребление, всего 10 мА, при длительных стоянках рекомендуется предусмотреть его отключение. Данный модуль так же может пригодиться в любой другой технике, где используется аккумулятор, например скутер, автомобиль и т.п.

Тогда финальный вариант будет выглядеть согласно схеме:

Генератором электрической энергии называется устройство, преобразующее химическую, механическую или тепловую энергию в электрический ток. Таким генератором, использующимся на велосипедах для питания задних фонарей и передней фары, является динамо-машина.

Разновидности

Рассмотрим существующие виды велосипедных динамо-машин заводского исполнения.

Бутылочная

Этот вид велосипедного генератора наиболее доступный и простой. Однако его мощность не самая большая из всех видов. Приводной ролик генератора вращается за счет касания к протектору шины колеса во время движения.

Втулочная динамо-машина

Динамо-втулка по своему устройству является осевой динамо-машиной. Исполнения таких моделей могут быть различного вида. Стоимость втулочного генератора довольно высока. Установка более сложная, по сравнению с бутылочным вариантом.

При приобретении необходимо проверить число спиц и метод фиксации установочного колеса. К достоинствам втулочного генератора относится его защищенность от влаги, в отличие от бутылочного генератора, приводной ролик которого в сырую погоду проскальзывает по покрышке велосипеда. Устройство заключено внутри втулки колеса, и работа происходит от его вращения.

К недостаткам такого устройства относится то, что выключить работу втулочного генератора не получится.

Цепная

Цепной вариант велосипедного генератора встречается достаточно редко. Однако есть несколько разных исполнений этого вида. Устройство может оснащаться USB портом для зарядки мобильных гаджетов.

Недостатком такой конструкции является малый срок службы, так как при эксплуатации происходит воздействие металлической велосипедной цепи на пластиковые элементы генератора.

Бесконтактная

Это оригинальная динамо-машина с бесконтактным принципом действия. Колесо велосипеда играет роль ротора. На колесо фиксируется специальный обруч, на котором закреплены 28 магнитов. Они расположены поочередно, с разными полюсами.

Статором является индукционная катушка, в которой вырабатывается электрический ток. В эту систему включена аккумуляторная батарея для накопления энергии. По заверениям производителя для обеспечения нормального светового потока достаточно двигаться со скоростью 15 км в час.

Достоинствами этой конструкции является:

Отсутствие трущихся элементов.
Бесшумная эксплуатация.
Неограниченный срок эксплуатации (кроме батареи аккумуляторов).

Недостатком бесконтактной модели является малая емкость аккумуляторов. Ее хватает всего на несколько минут. Однако многие умельцы легко исправляют этот недостаток различными способами, в том числе заменой батареи на более мощную.

Другие конструкции

В настоящее время очень популярны различные интересные устройства, которые изготовлены в Китае. Иногда видишь такие устройства, которые раньше нигде не производили. Даже их принцип действия не всегда понятен, однако они работают.

Такое китайское устройство можно смело назвать велогенератором будущего. Динамо-машина из поднебесной выглядит по аналогии фантастических фильмов. Судя по внешнему виду, для ее функционирования нет необходимости в контакте с шиной колеса или цепью. Также нет никаких магнитов.

Принцип ее работы не совсем понятен. Возможно, это является технологическим секретом завода изготовителя.

Конструктивные особенности и работа

Наиболее популярной моделью динамо-машины на велосипедах является ее бутылочная конструкция, за ней идет динамо-втулка. Остальные виды используются значительно реже. Поэтому рассмотрим самые распространенные модели.

Динамо-бутылка

Динамо-машина бутылочного вида работает на боковой части передней шины велосипеда. Выполнена в виде небольшого генератора электрической энергии, и служит для работы заднего фонаря и передней фары велосипеда, а также зарядки электронных мобильных устройств.

Такой мини-генератор может монтироваться как на переднее колесо, так и на заднее. В первом случае устройство может совмещаться со встроенным фонарем. Для отключения генератора предусмотрен специальный откидной механизм, фиксирующий корпус генератора в том положении, когда нет соприкосновения с шиной колеса велосипеда.

Название этого устройства происходит от внешнего сходства формы с бутылкой. Бутылочный велогенератор имеет и другое название – боковое динамо. Приводной резиновый или металлический ролик приводится во вращение на боковой стороне шины колеса. При движении велосипеда шина придает вращательное движение ролику велогенератора, который вырабатывает электрический ток.

Достоинства

Отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения. Динамо-втулка в отличие от бутылочного велогенератора, всегда оказывает сопротивление вращению колеса, хотя значение этого сопротивления незначительно. Если бутылочный велогенератор включен, но фонари и фара не подключены к питанию, то сопротивление движению велосипеда меньше.
Легкая и простая установка. Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами.
Небольшая стоимость. Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.

Недостатки

Сложная настройка. Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с покрышкой колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Если велосипед упадет, либо ослабнут фиксирующие винты, генератор может быть поврежден. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу. Если винты крепления слишком ослабнут, то механизм может сдвинуться с места и попасть в спицы колеса, что приведет к поломке спиц и выходу колеса велосипеда из строя. Некоторые велогенераторы оснащены специальными петлями, предохраняющими их попадание в спицы.
Для переключения требуется физическое усилие. Чтобы привести в действие генератор, необходимо переместить его корпус до соприкосновения с колесом. Втулочные генераторы могут включаться автоматически или с помощью электроники. Для этого не нужно прикладывать усилия.
Повышенный шум. При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума.
Износ шины колеса. Для эксплуатации генератора требуется соприкосновение с шиной, в результате происходит трение и износ покрышки. Если сравнить с динамо-втулкой, то там трение с покрышкой отсутствует.
Сопротивление движению. Бутылочная динамо-машина оказывает значительно больше сопротивление движению велосипеда, чем втулочная модель. Однако при правильной настройке сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
Проскальзывание. При сырой дождливой погоде приводной ролик бутылочного генератора будет скользить по шине колеса, что уменьшает выработку электрического тока и снижает яркость света фары и заднего фонаря. Втулочные генераторы не требуют для работы хорошего сцепления с покрышкой, и не зависят от погоды и других неблагоприятных условий.

Динамо-втулка

Втулочная конструкция велогенератора разработана в Англии, а производится различными фирмами во многих странах. Мощность такой конструкции может достигать 3 ватт при напряжении 6 вольт. Технологии их изготовления постоянно совершенствуются, размеры конструкции становятся меньше и мощнее. Современные фары для велосипеда стали излучать более эффективный свет, так как применяются и .

Динамо-втулки при работе не создают шума, но их масса больше, чем у других моделей. Трущиеся части во втулочном варианте устройства отсутствуют. Они функционируют за счет магнита, имеющего множество полюсов, и выполненного в виде кольца. Он находится в корпусе втулки и вращается вокруг неподвижного якоря с катушкой, зафиксированной на оси. Сопротивление вращению такой конструкции очень незначительное.

Динамо-втулки вырабатывают переменный ток. На малых скоростях вырабатывается больше электричества, по сравнению с бутылочной моделью, за счет низкой частоты тока. Существуют схемы выпрямителей для динамо-машины. Они выполнены по простой схеме моста из четырех диодов.

Динамо-машина втулка вырабатывает низкое напряжение, поэтому при применении кремниевых диодов потери составляют значительную величину – 1,4 вольта. С германиевыми диодами потери снижаются, и составляют всего 0,4 вольта.

Принцип работы динамо-машины

Динамо-машина вырабатывает электрический ток с помощью эффекта электромагнитной индукции. Ротор вращается в магнитном поле, в результате чего в обмотке возникает электрический ток. Концы обмотки ротора подключены к коллектору, выполненному в виде колец. Через них с помощью прижимающихся щеток электрический ток поступает в сеть.

Ток в обмотке имеет максимальное значение, если ротор находится перпендикулярно по отношению к магнитным линиям. Чем больше угол поворота обмотки, тем ток меньше. Вращение обмотки в магнитном поле изменяет направление тока за один оборот два раза. Поэтому ток называют переменным.

Подобный генератор для постоянного тока изготавливается на этом же принципе. Разница в некоторых деталях. Концы обмотки соединяют не с кольцами, а с полукольцами, которые изолированы друг от друга. При вращении обмотки щетка контактирует поочередно с каждым полукольцом. Поэтому ток, поступающий на щетки, будет иметь только одно направление и будет постоянным.

Я сделал этот фрикционный велогенератор для велосипеда, чтобы питать фонарик и задние лампочки. Идею и много информации для этого проекта педального генератора я нашел в интернете.

Недавно я купил велосипед, для того, чтобы ездить на работу и по городу, и решил, что ради безопасности мне нужна подсветка. Мой передний фонарь питался от двух батареек АА, а задняя лампочка от 2 батареек ААА, в инструкции было сказано, что передний свет будет работать 4 часа, а задний — 20 часов в режиме мигания.

Хотя это и неплохие показатели, но все же требуют некоторого внимания, чтобы батарейки не сели в неподходящий момент. Я купил этот байк за его простоту, единственная скорость означает, что я могу просто сесть и поехать, но постоянная замена батарей становится дорогой и усложняет его использование. Добавив динамку для велосипеда, я могу подпитывать батарейки прямо во время езды.

Шаг 1: Собираем запчасти

Если вы хотите собрать динамо машину своими руками, то вам понадобится несколько вещей. Вот их список:

Электроника:

1x шаговый двигатель — я достал свой из старого принтера
8 диодов — я использовал персональную силовую установку использовала 1N4001
1x Регулятор напряжения — LM317T
1x Макетная плата с печатная платой
2х резистора — на 150 Ом и на 220 Ом
1x радиатор
1x Разъем для батареи
Цельная проволока
Изоляционная лента

Механические части:

1x держатель для велосипедного отражателя — я снял его с велосипеда, когда подключал свет.
Алюминиевая угловая заготовка, вам понадобится кусок длиной примерно 15 см
Маленькие гайки и болты — я использовал винты от принтера и некоторые другие б/у детали
Маленькое резиновое колесо — прикрепляется к шаговому двигателю и трется о колесо при его вращении.

Инструменты:

Дремель — он не совсем необходим, но делает вашу жизнь намного проще
Сверла и биты
Напильник
Отвертки, гаечные ключи
Макетная плата для тестирования схемы до того, как вы поставите всё на велосипед.
Мультиметр

Шаг 2: Создаём схему

Показать еще 10 изображений

Давайте сделаем схему динамомашины для велосипеда. Неплохой идеей является проверить все перед тем, как спаять все вместе, поэтому сначала я собрал всю схему на макетной плате без припоя. Я начал с разъема двигателя и диодов. Я распаял разъем от печатной платы принтера. Размещение диодов в такой ориентации изменяет поступающий от двигателя переменный ток, на постоянный ток (выпрямляет его).

Шаговый двигатель имеет две катушки, и вам необходимо убедиться, что каждая катушка подключена к одному набору диодных групп. Чтобы узнать, какие провода от двигателя подключены к одной и той же катушке, вам просто нужно проверить контакт между проводами. Два провода связаны с первой катушкой, и два со второй катушкой.

Как только схема будет собрана на макетной плате без припоя — проверьте ее. Мой мотор вырабатывал до 30 вольт при нормальной езде на велосипеде. Это 24-вольтный шаговый двигатель, так что его эффективность кажется мне разумной.

При установленном регуляторе напряжения выходное напряжение составляло 3,10 вольт. Резисторы контролируют выходное напряжение, и я выбрал варианты на 150 и 220 Ом для получения 3,08 вольт. Проверьте этот калькулятор напряжения LM317 , чтобы увидеть, как я рассчитал свои показатели.

Теперь всё нужно спаять на печатной плате. Чтобы сделать аккуратные соединения, я использовал маленький калибровочный припой. Он быстрее нагревается и обеспечивает лучшее соединение.

В файле.Pdf вы найдёте, как все связано на печатной плате. Изогнутые линии — это провода, а короткие черные прямые линии – это то, где вам нужно спаять перемычки. Файлы

Файлы

Шаг 3: Установка мотора

Крепление двигателя было выполнено из алюминиевого уголка и кронштейна отражателя. Чтобы смонтировать двигатель, в алюминии были просверлены отверстия. Затем, чтобы освободить место для колеса, была вырезана одна сторона угла.

Колесо было прикреплено путем наматывания изоленты вокруг вала двигателя до тех пор, пока соединение не будет достаточно плотным, чтобы надеть колесо прямо на изоленту. Этот метод неплохо работает, но в будущем его нужно доработать.

Как только мотор и колесо были присоединены к алюминию, я нашел на раме подходящее место, чтобы все установить. Я прикрепил заготовку к трубке сиденья. Рама моего велосипеда — 61 см, поэтому площадь, на которой установлен генератор, довольно велика по сравнению с велосипедами меньшего размера. Просто найдите на своем велосипеде лучшее место для установки генератора.

После того, как я нашел подходящее место, я сделал отметки под алюминиевый кронштейн с установленным кронштейном отражателя, чтобы его можно было обрезать по нужному размеру. Затем я просверлили отверстия в кронштейне и алюминии, и смонтировал конструкцию на байке.

Я закончил сборку велосипедного генератора на 12 вольт, прикрепив двумя стойками проектную коробку к алюминиевому креплению.

Шаг 4: Подцепляем провода

Динамомашина для велосипеда собрана, теперь все что нужно – просто подключить провода к лампочкам. Я протолкнул концы проводов за клеммами аккумулятора к передней фаре, затем просверлил отверстие в её корпусе, чтобы пропустить провода внутрь. Затем провода были подключены к разъему аккумулятора. В проектной коробке также нужно будет сделать отверстия для проводов.

Генератор на велосипеде — вещь незаменимая в дали от благ цивилизации. Зарядить телефон, ночное освещение дороги, послушать музыку на ходу, подключить навигатор или GPS-трекер — да, мало ли для чего понадобится электричество в дороге.

СТАРИННЫЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР

Школота не помнит о первых велогенераторах появившихся вместе с «Камами» и «Салютами»:

Крепится такой генератор на вилку и прижимается валом к боковой поверхности колеса, за счет чего может выдавать напряжение до 7 вольт и мощность в 5 ватт.
Немного, но для фары вполне достаточно. Подключить такой генератор напрямую для зарядки телефона или MP3 проигрывателя не получится, необходим преобразователь который выдаст на выходе стабильных 5 вольт. Короче, без доработки, для современных девайсов он не годится.

Хотя жаль, вещь надежная, сделано на века. До сих пор на блошинном рынке можно купить такой велогенератор в рабочем состоянии. По мощности превосходит даже следующий велогенератор от известного велосипедного брэнда SHIMANO.

ВТУЛОЧНЫЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР

Электрогенератор от SHIMANO достаточно дорогая игрушка. Есть определенные сложности в установке, например нужно переспицовывать переднее колесо для установки такого генератора. Напряжение выдает не стабилизированное, т.е. электронные устройства запитать напрямую так же не получится — нужен преобразователь напряжения . А не какой то там, делитель из двух резисторов как пишут в разных некомпетентных источниках.

Велогенератор Shimano AlfineDH-S701 на колесе

Напряжение выдает 6 вольт, мощность 2,4 Ватта. Вполне пригоден для питания фары.

Самый дешевый втулочный генератор SHIMANO стоит от 35$.

Посмотрите видео о проверке характеристик SHIMANO DH-3N30:

Изобретение Китайского велопрома, появился не так давно. Оригинальная идея снимать энергию с цепи велосипеда и встроенный преобразователь напряжения позволят подключить на зарядку телефон, MP3 плейер или другое устройство расчитаное на питание с USB разъема. Встроенный небольшой аккумулятор позволяет выдавать стабильное напряжение 5 вольт и ток до 1 Ампера.

ЦЕПНОЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР на вилке

Минусы этого велогенератора — дополнительный шум и ненадежное крепление на задней вилке велосипеда.

Посмотрите видео о ЦЕПНОМ ВЕЛОГЕНЕРАТОРЕ:

В сети встречаются в основном контактные варианты велогенераторов, основанные на использовании трущихся частей. Электроэнергия, вырабатываемая такими устройствами достаточна для зарядки аккумулятора, который питает передний и задний фонари велосипеда.

Недостатками таких заводских и самодельных генераторов для велосипеда являются сопротивление, которое они создают при езде и шум. Поэтому идея бесконтактного велогенератора представляется полезной и перспективной. Интересную идею такого приспособления для велосипеда представлена на видео, которое вы можете посмотреть в статье ниже.

На заднее колесо автор идеи установил катушку, мимо которой при езде пролетает постоянный магнит. При вращении колеса магнит движется мимо катушки, в результате вырабатывается импульсный электрический ток довольно высокого напряжения, но с очень малой величиной тока, который можно использовать для питания светодиодной лампочки. Если вам нужен готовый магазинный велогенератор или неодимовый магнит, приобретайте в этом китайском магазине . Генераторы для велосипеда, тоже в нём .

Катушка использована от небольшого аквариумного компрессора на 220 вольт. Магнит неодимовый – шайба толщиной 4 мм и диаметром 1,5 см.
Две светодиодные ленты на 12 вольт включены последовательно для предотвращения сгорания ламп, так как напряжение, генерируемое в импульсе может доходить 40 вольт, при этом величина тока очень мала. Если в схему включить конденсатор более 1000 мф, то светодиоды могут гореть постоянно, но число их необходимо в этом случае сократить в несколько раз.

Magnic Light

Отдадим должное смекалке автора интересной инновации для велосипеда, но должны отметить, что идея бесконтактного велогенератора не нова. Более того, существует оригинальная промышленная разработка такого устройства. Magnic Light является первым бесконтактным источником питания для фонарей велосипеда без дополнительных компонентов в колесах. Энергия берется из вращающихся колес велосипеда без каких-либо физических контактов и, таким образом, без трения.

Электричество преобразуется в свет за счет использования вихревых токов, создаваемых сильных магнитов (International Patent Pending PCT/EP/2012/001431). С помощью этого нового технического решения электричество могут подаваться на источники света полностью без батарей и без внешних кабелей, и в то же время с высокой эффективность.

Механизм действия на официальном сайте описывается так: “с перемещением колеса вращаются магниты внутри крошечного генератора весом 60 грамм и встроенным конденсатором, который держит свет, даже когда велосипедист останавливается”.

Видео, датированное 2014 г., показывает некоторые свойства генератора Magnic Light .

Идея изобретения генератора электроэнергии, или динамо-машины, как его сначала называли, принадлежит венгерскому физику и электротехнику Аньошу Иштвану Йедлику, который с 1827 года успешно занимался разработкой концепции динамо-машины, но не стал патентовать его, так как думал, что его идея не нова. Патент на электрогенератор принадлежит Вернеру Сименсу.

Более мощный самодельный генератор .