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

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.

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:

Далеко не каждому велосипедисту приходилось слышать о таком устройстве как генератор для велосипеда. Но даже те, кто он нем что-то слышал, не всегда знают, на каком принципе построенная его работа и для чего он нужен. Вместе с тем, он предоставляет массу возможностей для экономии энергии, на которые стоит обратить внимание.

Большинство людей, слыша слово «генератор», представляют собой довольно массивное устройство, имеющее большой мотор и предназначенное для того, чтобы создавать высокое напряжение. Все это, разумеется, никак не связать с небольшим по размеру велосипедом, для движения которого вовсе не нужна электрическая энергия. В таких условиях будет нелишне обратить внимание на велосипедный генератор, начав с вопроса о том, для чего он вообще нужен.

Для чего он нужен?

Пожалуй, ни для кого не секрет, что велосипед движется за счет усилий ног, вращающих педали, которые, в свою очередь, приводят в движение колеса. Следовательно, это устройство нужно не для того, чтобы сдвинуть железного коня с места. У генератора в этом случае есть другое назначение. С его помощью работают лампы на фарах, освещающих дорогу.

Это очень удобно, поскольку позволяет обеспечивать энергией фары без зарядного и дополнительного источника энергии. Устройство просто позволяет использовать часть энергии, вырабатываемой велосипедистом во время движения, для того, чтобы поддерживать горение лампы в фарах.

Какие бывают?

Среди всего этого множество вариантов можно выбрать несколько основных типов:

• Динамо-втулочные генераторы;
• Бутылочные;
• Беспроводные;
• Сделанные своими руками.

У каждого из них есть свои отличительные черты, преимущества и недостатки, поэтому будет нелишне обратить внимание на каждый из них в отдельности.

Вместе с тем, даже большой вес можно назвать просто платой за надежность. К тому же, это никак не нарушает равновесия и не создает дополнительных проблем.

Динамо втулка

Первый вариант представляет собой особенный интерес, работа этого типа устройств отличается своей простотой и незаметностью. В отличие от других, динамо втулка не закрепляется на колесо, поэтому не создает ни ненужного трения, ни каких-либо других проблем. Напряжение создает работа встроенного во втулку магнита и передается цепями переменного тока прямо к фарам.

Среди преимуществ этого варианта можно выделить надежность, универсальность и незаметность динамо втулок. Вместе с тем, нельзя не сказать о том, что использование такого устройства оказывает влияние на скорость реакции переднего колеса и на общий вес велосипеда. Правда, последнюю проблему можно решить с помощью использования магнита полегче.

«Бутылка»

Бутылочным этот генератор, обеспечивающий заряд в фарах, назван не столько из-за схемы работы, сколько из-за своего внешнего вида. Он удобен тем, что закрепляется снаружи на колесо, а это значит, что при необходимости можно своими руками осуществлять его регулировку, также его можно без особых усилий снять при необходимости или же просто временно отодвинуть, если его работа сейчас не требуется.

У этого устройства есть свои определенные преимущества и недостатки, на которые стоит обратить особое внимание. Среди сильных его стороны можно выделить следующие несколько пунктов:

• Доступная цена;
• Легкость в использовании и настройке руками без использования дополнительных инструментов;
• Возможность отключить, снять, заменить при необходимости;
• Незначительное влияние на общий вес велосипеда.

Однако есть у «бутылки» и свои определенные недостатки, которых также достаточно:

• Покрышки колес могут затираться от его работы;
• Генератор висит с одной стороны колеса, таким образом, создается перевес;
• На высоких скоростях при использовании создается шум;
• Эффективность снижается в дождливую погоду.

Этот вариант достаточно удобен и практичен, речь идет о том, что нужно создать постоянное электрическое напряжение в комфортных для езды на небольшие дистанции условиях. В случае же с теми велолюбителями, которым нравится кататься по любой местности и при любой погоде, использование «бутылки» может повлечь за собой определенные трудности. То же самое касается и тех, кто любит гонять на больших скоростях.

«Беспроводной» генератор

Беспроводной или бесконтактный генератор – это, пожалуй, самый интересный вариант из всех, рассматриваемых в этой статье. Можно с уверенностью сказать, что он обладает главными преимуществами тех, которые уже были описаны выше, и при этом практически лишен всех их недостатков.

Разумеется, беспроводное устройство сложнее и технологичнее, поэтому и стоить оно будет заметно дороже. Зато весит оно очень немного, и фары встроены прямо в него, что существенно упрощает его работу и экономит немало энергии. Помимо того, такой электрический мотор не имеет никаких проводов и кабелей, он, к тому же, никак не соприкасается с колесом, а значит, не создает никакого трения и сопротивления.

Как сделать своими руками?

Собрать генератор руками самостоятельно будет под силу далеко не каждому. Однако те, кому уже приходилось работать с механикой, смогут справиться не только своими силами, но и своими ресурсами, находящимися под руками и доступными в любое время. Для сборки понадобятся следующие элементы:

• Шаговый мотор – он будет служить основой;
• Маленький двигатель, выдающий напряжение до трех ватт;
• Передаточное кольцо, которое можно сделать самостоятельно;
• Электрический блок.

Все эти элементы нужно объединить в общую электрическую цепь, соблюдая последовательность.

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.

Существует специальное устройство, которое может вырабатывать энергию питания. Таким аппаратом является велогенератор. Получаемая электроэнергия абсолютно бесплатная. Процесс выработки происходит путем прокрутки педалей. По разновидностям генераторов велосипедного происхождения существует 4 типа:

• Бутылочный.
• Втулочный.
• Бесконтактный.
• Кареточный.

Довольно тесно и практически неразрывно связано учащенность педалирования с выдачей силы тока, а также напряжения. Данное воспроизведение присуще для всех разновидностей генераторов. Выдается ток велосипедным генератором только переменный. Чтобы был ток постоянный, необходимо установить выпрямительный мост. Он состоит из специализированных ламп диодного происхождения. Или же можно установить выпрямитель из двух полупериодов. Купить генератор на велосипед можно в специальных магазинах, а также на авторынках.

Генератор бутылочный для велосипеда

Данный тип генератора называют шинным. По типу он является генератором второстепенного значения. Состоит бутылочный генератор велосипедный из корпуса, который полностью изолированный. Снаружи на нем есть специальный ролик, который предназначен для вращения. Он плотно прикреплен к корпусу, то есть на вилку. Также начинка данного генератора состоит из обычной медной обмотки и магнита. Движение поля магнитного происхождения возникает вследствие контакта ролика с покрышкой колеса велосипеда. Исходя из этого, идет передача энергии от колеса к механике.

Чем быстрее вращается колесо, тем быстрее прокручивается валик на генераторе. Достигается максимальная полярность в самом генераторе, воспроизводится напряжение.

Положительной стороной данного вида генератора является:

• Небольшая цена относительно других видов.
• Легкость в установке на велосипед.
• Аппарат можно без труда отключить или включить, путем отдвижки от велосипеда.

Что касается недостатков, то они не так уж и весомы:

• Покрышка со временем начинает изнашиваться.
• Занимает время установка уровня наклона.
• Появление звука из-за трения об покрышку, особенно при высоких скоростях.
• Незначительный перекос колеса из-за веса генератора, который колеблется от 200-250 грамм. Это связанно за счет его крепежа на одну сторону.
• Если дождливая погода, то генератор не работает на полную мощность. Трение по колесу неполноценно из-за скольжения.

Но учитывая данные недостатки и преимущества, то в целом, данный вид генератора вполне эффективен.

Генератор бесконтактный для велосипеда

Производится выдача электроэнергии путем работоспособности бутылочного генератора. Кареточный также выдает ток. По-другому данный вид велогенератора называют динамо-втулка. Название происходит из-за того, что никакого соприкосновения генератора к колесу не наблюдается. Ток появляется в результате тесного контакта обода к генератору. Из-за чего формируется намагниченное поле ободка колеса.

Диод освещения непосредственно установлен в аппарат. Напряжение идет напрямую, без каких-либо дополнительных устройств стабилизации. Положительными сторонами данного аппарата является:

• Отсутствие факторов трения об колесо.
• Компактность и маленький вес, до 70 грамм.
• Кабелей соединения нет.

Фара, которая находится спереди, устанавливается на вилку. Задняя фара – сзади. Исходя из этого, данные фонарики сами по себе самостоятельны. Они горят не за счет аккумуляторов, а за счет прокручивания колеса в поле магнетизма. Качество выдачи освещения на достаточном уровне. При замедленном движении на велосипеде лампочки по идее должны гаснуть, но это не так. Это не происходит из-за того что установлен специальный конденсатор. По сути его можно назвать аккумулятором, который набирает энергию при езде на велосипеде.

Вывод

Использование генератора для велосипеда является выгодным. Во-первых, абсолютно бесплатная выработка электроэнергии. Во-вторых, удобное и комфортное освещение дороги в темное время суток. Велогенератор 12 вольт постоянный ток является удобным в использовании и в легкости установки. Также его практически быстро можно собрать. При транспортировке не занимает много места. Генератор для велосипеда не приносит никакого вреда.