Велогенератор 12 вольт постоянный ток на велосипед. Электрогенератор из велосипеда

При использовании обычных «динамок» для велосипеда всегда возникает вопрос их долговечности. Ведь в таком устройстве вращается ротор, вследствие чего в подшипниках (или втулках) возникает трение, которое впоследствии разрушает генератор. Также лишняя сила трения приводит к потере энергии, то есть велосипед катиться уже не так далеко и нужно прикладывать больше усилий, чтобы его разогнать.

Выходом из этой ситуации может стать использование бесконтактного генератора. В таком устройстве нет вращающихся деталей, и оно может работать практически вечно. Как правило, роль ротора выполняет само колесо велосипеда, ну а статор крепится к раме или вилке. Стоимость таких генераторов довольно велика, поэтому есть смысл попробовать создать его самому.

Ниже будет рассмотрен простейший способ создания бесконтактного генератора для велосипеда. Но это лишь модель , принцип, который можно брать для создания подобных самоделок .

Материалы и инструменты для самоделки:
- мощный магнит (автор использует неодимовый от жесткого диска);
- три катушки (можно сделать самому);
- задний фонарь тремя светодиодами;
- конденсатор на 4700 нФ;
- передняя фара (с пятью белыми светодиодами);
- двойной переключатель от компьютерного блока питания;
- два винта с гайками и шайбами (для крепления магнита к колесу);
- отвертки и гаечные ключи, паяльник, изолента;
- провода, переключатели и другие мелочи.

Процесс изготовления генератора:

Шаг первый. Установка элементов генератора на велосипед
Все работает по очень простой схеме. К колесу велосипеда с помощью двух винтов и гаек крепится мощный неодимовый магнит от жесткого диска компьютера (Автор использует три магнита, это позволяет убрать вибрации. Можно использовать и больше). Напротив него к вилке велосипеда на минимальном расстоянии размещается катушка, при прохождении возле нее магнита в ней возникает ток. У автора катушки три, одна нужна для работы заднего фонаря, а две для работы переднего. Так как ток получается импульсным, то при езде фонари будут мигать. Чем ближе магнит будет проходить возле катушки, тем больше она сможет выработать энергии.

Катушки можно намотать как самому, так и найти уже готовый, для этих целей подойдут старые реле. В идеале сопротивление катушки должно составлять 100-200 Ом, автор же использует две катушки по 600 Ом и уверяет, что все работает отлично. Чем выше будет сопротивление катушки, тем больше она будет вырабатывать энергии, но при этом снижается КПД из-за потерь в катушке. Желательно придумать для катушек какой-то корпус, либо иначе защитить их от попадания воды и грязи.
Если все сделано верно, то при вращении колеса катушки уже будут вырабатывать импульсное напряжение.

Шаг второй. Подключаем задний фонарь
Передний и задний фонари в системе абсолютно независимые. Задний фонарь питается всего от одной катушке. Для того чтобы немного стабилизировать напряжение, в схеме предусмотрен конденсатор на 4700 нФ. Исходное напряжение здесь составляет 2.2 Вольта. Как именно генерируется напряжение катушками, можно посмотреть на осциллографе.
При полном обороте колеса должно быть три импульса, так как в системе установлено три магнита.

Чтобы подключить фонарь, его нужно разобрать. Из него нужно извлечь батарейки, поскольку они тут более не понадобятся. Вместо батареек в фонарь нужно установить конденсатор. После того как фонарь будет собран, его можно установить на велосипед и затем с помощью двужильного провода подключить к одной из катушек. При вращении колеса задний фонарь должен начать мигать.

Шаг третий. Подключение переднего фонаря
Передняя фара питается от двух катушек, здесь автор установил пять светодиодов белого цвета. Схема устроена таким образом, что при езде передняя фара также будет мигать. Здесь не используется конденсатор, но его можно установить параллельно со светодиодом «3», потому что на него никогда не подается отрицательное напряжение. Таким образом, при езде один светодиод будет постоянно гореть, а три мерцать. Катушки не вырабатывают энергию одновременно, если их подключить последовательно, то одна катушка будет поглощать часть энергии другой, в этой схеме все работает иначе.

Ну а далее все подключается так, как и в случае подключения заднего фонаря. После сборки можно пробовать протестировать систему. Важно понимать, что чем быстрее будет двигаться велосипед, тем больше генератор будет вырабатывать энергии, а это может привести к перегоранию светодиодов. Так что на будущее важно придумать схему, которая будет ограничивать подачу тока на светодиоды.

Как вырабатывать электричество крутя педали? Один киловатт-час стоит 5 центов. Для получения такого количества энергии необходимо вращать педали 10 часов. Нет никакого смысла говорить о промышленных масштабах производства электроэнергии с помощью педальных генераторов. Тем не менее такой способ получения электрического тока требуется достаточно часто, потому что с помощью мускульной силы мы можем вырабатывать электричество где угодно без потребления топлива, днём и ночью. Оборудование дешёвое и практически не требует технического обслуживания.

В основном они требуются в двух случаях:

Для во время путешествий на велосипеде.
Для выработки как можно большего количества электроэнергии на стационарных педальных генераторах.

Педальные велогенераторы предназначены для получения электричества в отдалённых районах, где неудобно использовать солнечные батареи неудобны. Генератор для велосипеда может вырабатывать до 300 Вт электроенерги (в среднем 40-150 Вт в зависимости от велосипедиста).

В интернете дано много рекомендаций, работающий за счёт вращения педалей. не лучший выбор, так как они содержат много редких ненужных деталей или требуют много работы по адаптации генератора к велосипеду, страдают от проблем с трением, проскальзыванием ремня и быстрого износа.

Как правильно выбрать велогенератор.

Мотор устанавливается на неподвижный велосипед — это задний втулочный мотор (переднее колесо неподвижного велосипеда не вращается).
Для хорошей производительности в моторе должны использоваться современные редкоземельные постоянные магниты, велогенератор должен быть бесщёточной конструкции.
Для получения хорошего эффекта инерции, он должен быть тяжёлым и представлять собой электрическое велосипедное колесо.
Для уменьшения механических потерь мотор должен быть прямоприводным/не использовать передач на шестерёнках.
Чтобы человек мог справится с педалированием в течении длительного времени, мотор должен давать мощность не менее 200 Вт. Чем больше — тем лучше (снижаются потери, возрастает масса).
Напряжение мотора должно превышать заданное выходное напряжение, чтобы оно не падало ниже критического значения, даже во время педалирования не на полную мощность.

На рисунке вверху показано внутреннее устройство мотор-колеса, исполненного в виде втулочного генератора на 24 В, 500Вт производства Golden Motor / Jiangsu, заряжающего аккумулятор 12 В.

Установка генератора на велосипед.

Найдите велосипед — любую рухлядь, но с работающими передней осью, педалями, цепью, седлом и желательно задним переключателем.
Замените заднее колесо на втулочный мотор.
Установите велосипед на опору так, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Также можно подвесить зад велосипеда, чтобы он совсем не касался земли, взять подставку из металлических кронштейнов, установленных на деревянное основание.

Вернуть велосипед в его исходное состояние можно очень быстро — нужно лишь снять с опоры и поставить колесо назад.

Электрическая схема подзарядки аккумуляторов с помощью педального генератора.

Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) — справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключённые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.

Разберём схему более детально. Велосипедный генератор производит 3-трёхфазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение — поэтому прикрепите его к большой металлической детали.

Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.

На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм 2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора (нет на фотографии). Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что педальный генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Как только на нём высветится 14 В (для систем на 12 В) нужно прекратить вращать . Никогда не превышайте 15 В. Напряжение также не должно падать ниже 10.5 В. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.

Взаимосвязь напряжения аккумулятора, напряжения генератора, размеров передней и задней звёздочек.

Напряжения аккумулятора и генератора, размер передней и задней звёздочек влияют на затрачиваемые человеком усилия и его каденс. При правильном подборе данных параметров на выбранной мощности система выдаёт требуемое выходное напряжение при адекватном каденсе (50 - 60 об/мин).

Возрастание напряжения аккумулятора (без изменения других параметров)	->
Возрастание напряжения генератора (без изменения других параметров)	->
Возрастание размера передней звёздочки (без изменения других параметров)	->	Уменьшение каденса и увеличение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности
Возрастание размера задней звёдочки (без изменения других параметров)	->	Увеличение каденса и уменьшение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности

Чтобы проверить эту зависимость на практике необходимо установить напряжение генератора выше, чем напряжение аккумулятора, а также попробовать использовать разные передачи (потребуется велосипед с исправным переключателем).

По мере зарядки аккумулятора каденс возрастает и только своевременная смена звездочек переключателем позволяет поддерживать стабильный каденс. Наличие передач также необходимо для индивидуальной настройки педального генератора под каждого отдельно взятого человека.

Технические характеристики системы на базе Golden Motor / Jiangsu: генератор на 24 В, аккумулятор на 12 В, передняя звезда на 42 зуба, задняя звезда на 14 зубьев (18 зубьев, если напряжение аккумулятора ниже 11 В).

Здравствуйте, дорогие соратники! Предлагаю вашему вниманию экологически чистый источник электроэнергии.
По роду своей деятельности мне неоднократно приходилось решать задачи энергообеспечения удалённых объектов. Однако применяемые методы по финансовым соображениям для меня не приемлемы. Остаётся опыт.
Планируя резервирование электрообеспечения своего «объекта» я исходил из доступных мне технических и финансовых возможностей: когда кончится электричество в одном фидере я переключаюсь на другой (АВР), накроется вся внешняя сеть – есть бензиновый генератор, закончится горючее (ну, или для его экономии) – солнечные батареи. В качестве резерва – 6 штук разномастных аккумуляторов от автомобилей («паспортной» ёмкостью от 44 до 115 А*ч). Ёмкость у них конечно уже не та, что в молодости, но для малых нагрузок – вполне пойдут (использую так же в качестве пусковой батареи для реанимации замёрзших авто).
Минимальная суммарная мощность потребителей зимой – 100 Вт (котловая автоматика, циркуляционный насос и 2-3 LED-светильника). В случае острого дефицита бензина одной солнечной благодатью я столько не обеспечу (короткий зимний день + снег). Ну, или надо увеличивать площадь солнечных батарей (дороговатое удовольствие).
Идея создания простого резервного источника электричества «из того, что под рукой» была давно. Вкладывать немалые по моим меркам деньги в то, что может никогда не понадобиться, я считаю не разумным.
Итак имеются: б/у автомобильные аккумуляторы в ассортименте, б/у генератор 80А (от десятки ВАЗ, менял с своё время на более мощный), велосипед сына. И ноги. Ну, и конечно, руки.

Сын сделал из кусков фанеры подставку под заднее колесо. Гайки оси заднего колеса заменили на «пэги» (опоры для ног, используются при выполнении велотрюков). С помощью кусков металлического профиля и шпильки М8 закрепили на заднем колесе генератор. Подключили батарею и начали её заряжать.

Ага! Щаз! Силы не хватает. Начал разбираться и считать. Реле-регулятор держит (старается) 14,5 В, зарядный ток АКБ – 4-5А. Итого больше 70 Вт. С учётом потерь педали-цепь-покрышка-шкив надо, наверное ещё столько же. Вики сообщает, что это малореально – я ни разу не спортсмен.
Надо как-то уменьшать мощность. Зарядный ток зависит от конструкции (размеров) аккумулятора, тут ничего не изменишь – используем то, что есть. Остаётся напряжение. Вспоминаю, что в мототехнике было 6 Вольт. Снять с 12-то вольтового генератора 6 вольт можно, используя подходящее реле напряжения вместо штатного автомобильного. А 12-ти вольтовую батарею заряжать за два захода, «разделив» её пополам. Это позволит вдвое уменьшить усилие на педалях за счёт двойного увеличения времени их вращения.
В использованном мной аккумуляторе перемычка между третьей и четвёртой банками находится как раз под пробкой (если помните раньше перемычки были снаружи, сейчас встречал такие только на грузовых). Нашёлся 100-мм саморез, испачканный в силиконе (прочищал носик пистолета), Силикон – защита железного самореза от кислоты, вернее наоборот – электролита от посторонней железяки. Медленно, аккуратно, с усилием закрутил его в перемычку (тут главное не перестараться и не прокрутить насквозь – можно замкнуть пластины в этой банке) и получил третий контакт. Надо помнить, что он является плюсовым, если работает в паре с штатным «минусом» и минусовым, если в родным «плюсом».

Переделал штатное реле-регулятор в простой щёточный узел (откусил ножки реле, припаял провода), установил РР1 от ИЖака и процесс пошёл! Мотоциклетное реле держало напряжение не выше 7,5 В (среднее ок. 7 В), средний ток заряда ок.4 А. Усилие на педалях нормальное, для моего не тренированного организма. В общем, всё работает.
Однако, как нас учили на занятиях по МЛ-философии: практика – критерий истины! Необходимо оценить практическую ценность этого источника энергии. Методика оценки была предложена следующая: контрольный аккумулятор подключается к аварийному освещению пока последнее не погаснет. После этого батарея заряжается педальным способом в течении одного часа и вновь подключается к освещению. Отношение времени зарядки к времени работы освещения может являться параметром оценки эффективности системы.

Система аварийного освещения – светодиодные ленты (остались от ремонта квартиры) общей длиной 5,7 м, приклеены к направляющей кран-балки. Рабочее напряжение от 12,5 В до 8 В (среднее 10 В), ток 0,8 А. Средняя потребляемая мощность 8 Вт. Если принять, что из генерируемой мощности 28 Вт (7 В * 4 А) удастся «запасти» 20 Вт ожидаемое время работы системы аварийного освещения ок. 2,5 часов.
Предварительно разряженный (до 7,5 В под нагрузкой светодиодной лентой) аккумулятор заряжался 40 минут. Педали крутили по очереди с сыном по 5 минут – не лёгкое дело оказалось. 20 минут одну половину батареи и 20 минут другую.

После чего подключили к нему аварийное освещение и начали ждать. Тут меня ждало горькое разочарование – мои расчёты оказались не верны. После двух с половиной часов поехали домой, оставив светодиоды включёнными. Утром, через 12 часов заехал проверить – светятся, заразы. Ещё через 8 часов уже почти не светились – напряжение под нагрузкой упало до 7,5 В.
В общем, после 40-минутной подзарядки велогенератором время работы составило около 20 часов. Где-то я ошибся  Но главное – результат достигнут. Имея подобный аппарат можно обеспечить себя электроэнергией, достаточной для скромного освещения и работы не очень мощных приборов. Час велотренажёра – сутки со светом
Практические советы для желающих повторить опыт:
Сильно желателен велосипед с переключением скоростей – начнёте вы на одной скорости, заканчивать будете на другой.
Поменяйте покрышки на колёсах местами. Задняя покрышка имеет развитой протектор, по которому скачет шкив генератора, постоянно подпрыгивает и теряет привод.
Не используйте полупроводниковое реле-регулятор – обмотка возбуждения автомобильного генератора рассчитана на большую мощность, нежели выходной каскад мотоциклетного реле. Я таким образом сжёг релюху от Явы.

Необходимо контролировать процесс зарядки по вольтметру (напр. не менее 6,5-7 В), амперметру (± тока) или по контрольной лампочке (некоторые реле позволяют установить её).
Если остановились отдохнуть – снимите клемму с аккумулятора, разрядка через реле с генератором довольно быстро сожрёт ваши труды.