Обзор генераторов электрического тока на велосипед: бутылочные, бесконтактные и динамо-втулки
Дата публикации: 14 августа 2019
Велогенератор для зарядки телефона и поддержания работы фар — это портативное устройство, позволяющее вырабатывать энергию путем вращения педалей.
Что такое велогенераторы и зачем нужны
Электрогенератор, устанавливаемый на велосипед, — это удобное портативное устройство, которое дает возможность самостоятельно вырабатывать электрический ток для поддержания работы фар или других электроприборов. Например, с его помощью получится на ходу бесплатно заряжать телефон или GPS-навигатор.
Принцип работы заключается в генерации переменного тока, который преобразуется в постоянный за счет диодного моста. Факты о велогенераторах:
- в зависимости от навыков и скорости езды велосипедист производит 0,15-0,25 КВт в час;
- рекордный показатель, достигнутый за 24 часа, составил 12 КВт;
- чем выше частота вращения педалей, тем больше генерируется электроэнергии. Подобная закономерность характерна как для покупных, так и самодельных генераторов электричества на велосипед;
- педальные генераторы бывают стационарными: приспособление получится изготовить самостоятельно, используя старый и ненужный велосипед.
В промышленных масштабах использование педальных генераторов теряет смысл, так как на выработку 1 КВт энергии уходит около 10 часов, но для личного использования такой прибор — хороший выбор. Ведь главные преимущества: возможность бесплатно добывать ток и днем, и ночью, дешевизна оборудования и простота обслуживания. Еще больше снизить стоимость получится, если сделать велогенератор своими руками.
Стационарный педальный генератор также выступает альтернативой солнечной черепице или батареям, которые не всегда получается использовать из-за климатических условий. Приспособление никак не зависит от солнца, ветра и легко размещается в доме или квартире.
Виды конструкций для велосипедистов
Выделяют следующие типы велогенераторов:
- бутылочная динамо-машина;
- динамо-втулка;
- бесконтактный генератор.
Каждая из конструкций обладает рядом преимуществ и недостатков, поэтому велосипедисту следует заранее определить приоритеты: играет ли решающую роль стоимость, удобство обслуживания, уровень воспроизводимого шума или другие характеристики.
Бутылочная динамо-машина
Приспособление по форме напоминает бутылку. По сути, это небольшой электрический генератор, который крепится на боковую стенку велосипедной шины. Принцип работы: когда велосипедист движется, покрышка прокручивает ролик динамо-генератора.
В таблице рассмотрены преимущества и недостатки такого типа конструкций:
| Плюсы | Минусы |
| Если выключить бутылочный генератор для велосипеда или заряжаемые устройства, фары, то прибор не будет создавать дополнительное сопротивление во время езды. | Устройство плохо переносит влажную погоду и начинает вырабатывать меньше энергии. |
| Приспособление устанавливается практически на любую шину. | Создание шума во время езды. |
| В среднем бутылочные приборы дешевле, чем конструкции других типов, но есть и исключения. | Во включенном режиме бутылочные динамо-машины сильнее затрудняют передвижение велосипедиста, чем динамо-втулки и бесконтактные велогенераторы. |
| Динамо-машину сложно правильно установить неспециалисту: важную роль играет, под каким углом, на какой высоте идет соприкосновение с боковой стенкой шины. | |
| Приспособление необходимо перемещать и включать вручную. Автоматический режим не предусмотрен. |
Важно: если велогенератор такого типа неправильно отрегулирован, то во время поездки он может зацепиться за спицы. Но в некоторых моделях предусмотрены дополнительные петли для предотвращения подобных ситуаций.
Велосипедисту следует знать: падение на землю способно существенно повредить велогенератор. Перед каждой поездкой рекомендуется проверять, не ослаблены ли крепежные винты.
Динамо-втулка
Динамо-втулки — это подвид динамо-машин, которые размещаются не на покрышке, а в ступице велосипедного колеса. Генератор создала английская производственная компания Sturmey-Archer, затем подобные приспособления стали выпускать производители Shimano и Schmidt.
В основе работы лежит многополюсный магнит, который располагается в ступице велошины и вращается вокруг неподвижной катушки, закрепленной на оси. Мощность для разных моделей разнится от 1,8 до 3 Вт.
Перед покупкой лучше ознакомиться с главными преимуществами и недостатками динамо-втулок:
| Плюсы | Минусы |
| Полная бесшумность, достигаемая за счет отсутствия движущихся и, как следствие, соприкасающихся деталей. | Большой вес, но проблема решается благодаря использованию оболочек из алюминия и редкоземельных магнитов. |
| Минимальное сопротивление при езде. | Высокая стоимость. |
| Низкие требования к обслуживанию. | Иногда требуется сборка отдельного динамо-колеса. |
| Эффективная работа при любых климатических условиях. | |
| Не изнашивает покрышку велосипеда. | |
| Автоматическое включение. |
В комплекте со многими туристическими велосипедами идут именно динамо-втулки. Стоит отметить, что такой велогенератор своими руками в домашних условиях смастерить возможно.
Бесконтактный велосипедный генератор
В бесконтактном типе электрогенератора велосипедная шина выступает ротором: на ней фиксируется специальный обод с закрепленными 28 магнитами с чередующимися разными полюсами. Статор в этой системе — индукционная катушка, вырабатывающая ток. Фары уже встроены в электрогенератор, поэтому электричество поступает напрямую.
Плюсы и минусы приспособления подробно представлены в таблице:
| Преимущества | Недостатки |
| Отсутствие проводов и кабелей. | Небольшая электроемкость аккумуляторов, но можно вручную установить более мощную батарею. |
| Легкость генератора: вес не превышает 60 г. | Высокая стоимость. |
| Применение в дальних поездках. | Небольшой выбор производителей. Однако, учитывая растущий интерес к альтернативным источникам энергии и высокой перспективности их применения, можно ожидать скоро появления новых интересных моделей. |
| Полное отсутствие сопротивления при езде, поэтому велосипедисту не нужно прилагать дополнительных усилий. | |
| Использование света даже во время стоянки за счет встроенного конденсатора, выполняющего функцию батареи. | |
| Полная бесшумность. |
В целом велосипедисты отмечают, что яркость свечения фар на бесконтактных моделях примерно такая же, как у обычных аккумуляторных ламп. Тот, кто желает сэкономить, может собрать бесконтактный генератор для велосипеда своими руками.
Портативные электрогенераторы — это девайс, который пригодится каждому велосипедисту. Лучше остановить свой выбор на бесконтактных приборах или динамо-втулках, но при ограниченном бюджете удастся найти интересные и не очень шумные бутылочные модели. ТОП-производителей, на которых стоит обратить внимание: Shimano, CadenceX, Sturmey-Archer, Schmidt.
-
Окна — они как люди
-
Российская светодиодная лампа SvetaLED получает международное признание
-
Энергоэффективность современной экономики России
-
Что такое энергосберегающий дом и в чем его преимущества
Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.
Мотор-колесо как генератор
Коммерческие ветрогенераторы обычно оснащаются винтовыми пропеллерными электродвигателями. У них высокий КПД – до 49%. Но такие двигатели сложны в изготовлении, поэтому самодельные ветрогенераторы обычно имеют стандартную конструкцию на роторном моторе.
В роли генераторов для домашней ветроэнергетики нередко используются мотор-колеса для электровелосипедов и гироскутеров. Фактически МК для велосипеда, скутера или электромобиля – это готовый 3-фазный генератор тока на магнитах.
Устройство мотор-колеса
Внутри втулочного мотора для велосипеда или скутера находится вращающийся статор с 30–50 неодимовыми магнитами и статичный ротор с 3 независимыми обмотками. Каждая из них выполнена из 4–9 проводов общим диаметром 3–4 мм. В велосипедных МК обмотки обычно соединяются по схеме «звезда», а в моделях для электросамокатов и скутеров – по принципу «треугольник».
Характерные особенности
Перечислим важные особенности втулочных электродвигателей:
- В режиме генератора мотор-колесо начинает выдавать ток без промедлений. Номинальная мощность МК при таком варианте использования достигается при 500–700 об./мин., в зависимости от особенностей модели.
- Выработка электроэнергии обеспечивается сразу после установки ветрогенератора, даже при незначительной силе ветра (1–2 м/с).
- Выходное напряжение пропорционально скорости вращения.
- Для увеличения снимаемой мощности достаточно подключить дополнительные обмотки.
- Для торможения МК достаточно закоротить обмотки между собой.
- Для регулировки мощности можно снять или подключить дополнительные обмотки, предварительно закоротив их.
Типы мотор-колес
Мотор-колеса бывают редукторными и прямоприводными. Для использования в качестве генератора электрического тока для ветряка подходят только модели прямого привода. Они не только более надежны и дольше служат благодаря максимально простой конструкции, но и обеспечивают возможность рекуперации энергии. К тому же, отсутствие шестеренок на прямоприводном электродвигателе снижает механические потери.
По весу и мощности МК прямого привода делятся на 3 категории:
- Модели массой 4,5–6 кг с номинальной мощностью 600–1000 Вт и КПД около 85%.
- Устройства массой 8–10 кг с номинальной мощностью 1,5–2 кВт.
- «Тяжеловесы» массой до 24 кг и мощностью до 8 кВт.
Для получения хорошего инерционного эффекта используемое в качестве генератора мотор-колесо должно быть тяжелым. Для получения мощного ветряка подойдет МК на 1000 Вт и 48 В. Универсальную модель можно собрать из МК на 800 Вт, а компактный вариант – на основе ступичного электромотора мощностью 500 Вт.
Выбор напряжения
При покупке прямоприводного МК для вертикального ветряка нужно выбирать модели с увеличенным вольтажом. Например, для аккумуляторной системы напряжением 12 В подойдет безредукторный электромотор на 24 В, для АКБ на 24 В – мотор на 36 В и т.д. Такая разница в напряжении необходима для компенсации его снижения на контроллере и корректной работы при увеличенных оборотах на ветряке. К тому же, напряжение электромотора должно быть выше заданного выходного напряжения, чтобы не допустить его критического снижения при вращении на неполную мощность.
Принцип работы мотор-колеса как генератора ветряка
Для запуска МК нужен источник крутящего момента. Для превращения мотор-колеса в источник энергии нужно инициировать его вращение и заставить устройство работать в качестве генератора. Для этого нужен выгодный пусковой старт, например, энергия ветра. Чтобы использовать ее для выработки электроэнергии, достаточно собрать и установить ветряк из мотор-колеса.
Основные элементы такой конструкции – это ось вращения, лопасти для улавливания ветра и мачта для подъема конструкции на необходимую высоту. Положение генератора может быть вертикальным и горизонтальным. Вертикальный вариант лучше, т.к. позволяет минимизировать сопротивление вращению. Лопасти можно сделать из полипропиленовых полусфер или другие, на усмотрение разработчика. Главное – чтобы они запускались в движение даже при небольшом движении ветра.
Сборка ветрогенератора из мотор-колеса
Процесс сборки ветряка своими руками включает следующие этапы:
- Подготовка мотор-колеса с подходящими значениями напряжения, мощности и крутящего момента.
- Изготовление и монтаж лопастей. Их можно сконструировать из ПВХ трубы, полипропилена, стеклоткани, дерева и других материалов. Для возможности вращения даже при незначительном ветре лопасти нужно развести на максимальное расстояние от оси вращения.
- Соединение лопастей с колесом. Проверка прочности крепления.
- Монтаж поворотного механизма, необходимого для вращения лопастей от малейших дуновений ветра. По прочности лучше использовать узел из стали, чтобы он выдерживал даже ураганные воздействия.
- Подготовка контроллера, необходимого для измерения выходной мощности.
- Установка турбины для монтажа ветряка. Например, можно соединить крепежом уголки из металла. Готовую турбину надеть на ось вращения и выполнить статическую балансировку.
- Подсоединение МК к устройствам, потребляющим энергию.
Читайте в предыдущей статье блога VoltBikes о выборе напряжения для электровелосипеда.
Генератор для велосипеда
8 минут Автор: Михаил Скворцов 2357
Велогенератор – устройство, которое позволяет получить электроэнергию за счет вращения педалей и передать ее на осветительные приборы велосипеда или сторонние электроприборы. По конструкции велосипедные генераторы делятся на несколько типов: втулочные, бутылочные, кареточные и бесконтактные.
Выдаваемые сила тока и напряжение неразрывно связаны с частотой педалирования – скоростью передвижения. Закономерность справедлива для всех типов генераторов. Велосипедный генератор выдает переменный ток, который стабилизируется в постоянный с помощью моста-выпрямителя. Его роль могут играть спаянные диодные лампы или специальные устройства, например, двухполупериодовой выпрямитель.
Динамо-втулка как электродвигатель
Динамо-втулка, или втулочный генератор, – обычная велосипедная втулка со встроенным магнитным механизмом. При вращении образуются вихревые токи, на выходе из втулки механическая энергия преобразуется в ток с заданной силой, напряжением и мощностью. На велосипедных динамо-машинах напряжение достигает 6В, а мощность – 1.8-2 Вт.
Изобретение запатентовано английской компанией Sturmey Archer. В наши дни производство активно поддерживают и другие фирмы-производители – Shimano и Schmidt.
Особенности конструкции втулки-генератора:
- неподвижный якорь (обмотка) на оси;
- зафиксированный и вращающийся вместе с втулкой кольцевой магнит;
- клеммы и двойные провода;
- высокая масса.
Втулочный источник электричества не использует в качестве заземления велосипедную раму и вместе с лампами изолируется от нее. В двухполупериодовом выпрямителе цепь переменного тока (на выходе) и постоянного тока (к фаре) полностью отделены друг от друга.
Динамо-втулки тяжелые, правда, более легкие магниты редкоземельных металлов и алюминиевая оболочка позволили немного снизить их массу. В работе устройство имеет невысокое сопротивление раскручиванию, а при возрастании угловой скорости усиливается частота тока. Этот эффект сглаживает усиление напряжения и позволяет генератору работать в широких диапазонах скоростей.
Фары, которыми оснащается втулочный генератор, имеют встроенный стабилизатор тока. При подключении другой фары в цепь устанавливается отдельный выпрямитель, чтобы не спалить электроприбор. Яркость фары зависит от ее требований к источнику энергии и, собственно, выходного напряжения втулки. Чем больше несоответствия в меньшую сторону (фара мощнее), тем свет будет тусклее. В противоположной ситуации источник света работать не будет.
Бутылочный велогенератор: особенности, плюсы и минусы
Познакомимся с другим источником энергии – бутылочным, или «шинным» преобразователем.
Бутылочный электрогенератор – закрытый корпус с вращающимся резиновым роликом снаружи, закрепленный на переднюю вилку. В корпусе находится непосредственно преобразующее устройство – обмотка и магниты. Движение магнитного поля достигается за счет зацепления ролика с покрышкой и прямой передачи на него механической энергии с колеса. Чем выше скорость движения, тем сильнее полярность внутри генератора и больше выдаваемое напряжение.
Преимущества «бутылок»:
- возможность отключить за ненадобностью – достаточно отодвинуть ролик вбок;
- легко установить на любой тип велосипеда;
- недорогие в сравнении с втулочными генераторами.
К слабым сторонам относятся:
- весовой перекос: масса порядка 250 г, крепится «бутылка» с одной стороны;
- низкая эффективность в мокрую погоду – ролик проскальзывает по покрышке;
- шум, высокое трение на скоростях;
- износ боковин покрышек;
- долго регулировать наклон и положение.
Отдельно стоит упомянуть кареточный велосипедный генератор. Корпус его закреплен в области педального узла – каретки, под нижними перьями. Вращение магнитному устройству задается роликом, который находится в зацеплении с задним колесом байка. Фиксацию ролика на покрышке обеспечивает зажимная пружина.
Бесконтактный велосипедный генератор
Бутылочный и кареточный генераторы выдают электроэнергию, соприкасаясь с движущимся колесом. Динамо-втулка является встроенным элементом колеса. Бесконтактный генератор никак не прикасается к колесу, не создает сил трения и сопротивления вращению. Вихревые токи образуются за счет близкого расположения плоскости вращения намагниченного обода и сильного магнита.
Фары встроены прямо в устройство, передача электричества идет напрямую через выпрямляющий мост. К неоспоримым достоинствам этого генератора относятся:
- отсутствие кабелей;
- нет силы трения и сопротивления со стороны устройства;
- небольшой вес конструкции – не более 60 г.
Приборы крепятся парно: на вилку – передняя фара, на перо – задний катафот. Фактически это самостоятельные фонарики, только работают они не от батареек, а через вращение колес в магнитном поле. Светимость ламп находится на уровне или превышает аналогичный параметр аккумуляторных световых приборов.
При замедлении колеса интенсивность вихревых токов снижается, лампочки должны тускнеть, а при остановке колеса – полностью гаснуть. Для обеспечения равномерного света и возможности использовать свет даже на стоянке, в конструкции предусмотрен конденсатор («батарея» для получения электроэнергии), который наполняется при движении велосипеда.
Как сделать генератор своими руками
А сейчас попробуем сделать генератор для велосипеда самостоятельно. В качестве основы будем использовать шаговый мотор. Для питания световых приборов понадобится двигатель с характеристиками:
- номинальный ток – 2.4 А;
- сопротивление – 1.2 Ом;
- выдаваемое напряжение – 2.88 В.
Устанавливать динамо-машину следует вблизи втулки заднего колеса. Для передачи вращения от колеса на маховичок (прорезиненное колесико) мотора необходимо передаточное кольцо. Для его создания потребуется гибкая пластиковая лента. Изготовление:
- Скрутить ленты в кольцо, заварив концы.
- Вырезать посадочные прорези сбоку под каждую спицу колеса. Глубина прорезей – ¼ от толщины кольца.
- Посадить кольцо на спицы, залить клеем-герметиком прорези с внутренней стороны у каждой спицы.
Когда кольцо готово, на свободные посадочные места к перьям прикручивается шаговый мотор, а маховик устанавливается поверх кольца. Если свободные места для двигателя отсутствуют, нужно будет наварить на раму дополнительную пластину с отверстиями.
Общая схема создания генератора своими руками: генератор – сборка электрической схемы (мосты, резисторы, конденсаторы) – соединение – установка фар.
Для сборки электрического блока на фары понадобятся:
- светодиоды 1N4004 – 8 шт (мост-преобразователь);
- стабилизатор LM317T;
- конденсатор керамический емкостью 1 мкФ;
- резисторы 240 Ом и 820 Ом для стабилизатора;
- диод мощностью 1Вт и резистор к нему 110 Ом (0.25 Вт);
- провода;
- пластиковая коробка, где все будет находиться.
Собираем компоненты с учетом следующей схемы:
Другой вариант этой схемы:
Электроцепь своими руками
- Спаять диоды 1N4004 в параллельные мосты.
- Припаять конденсатор между «положительным» и «отрицательным» концами схемы.
- Установить резисторы и стабилизатор напряжения.
- Припаять светодиод (1Вт) и резистор к цепи фары.
- Через провода соединить фару с конденсаторами, а затем электрическую цепь с генератором на заднем колесе.
- Чтобы отключать лампу даже во время езды на велосипеде, на промежутке между конденсаторами и установить выключатель, который будет замыкать и размыкать цепь.
Корпус с электрической схемой закрепляется на раме велосипеда, провода фиксируем хомутиками.
На последнем этапе проверяется работа системы: колесико должно свободно проходить по колесу и двигаться синхронно с ним. При правильно собранной электрической схеме из конденсаторов, резисторов и мостов-выпрямителей фара включится. Правда, на низких оборотах колеса ее свет будет мерцать.
Заключение
Электрогенератор позволит извлечь дополнительную выгоду от кручения педалей – совершенно «бесплатно» получать энергию на освещение своего двухколесного транспорта при движении по темному шоссе или пересеченной местности. Небольшое и полезное, это устройство практически не нуждается в обслуживании, и его вполне можно собрать самостоятельно.
Источник