Велосипедные фары с генератором

8 минут Автор: Сергей Морской 351

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:

1. Скрутить ленты в кольцо, заварив концы.
2. Вырезать посадочные прорези сбоку под каждую спицу колеса. Глубина прорезей – ¼ от толщины кольца.
3. 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

1. Спаять диоды 1N4004 в параллельные мосты.
2. Припаять конденсатор между «положительным» и «отрицательным» концами схемы.
3. Установить резисторы и стабилизатор напряжения.
4. Припаять светодиод (1Вт) и резистор к цепи фары.
5. Через провода соединить фару с конденсаторами, а затем электрическую цепь с генератором на заднем колесе.
6. 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.

При вращении педалей вырабатывается энергия, которую можно преобразовать в ток и запустить этим фары. Такой прибор позволяет не тратиться на фары с батарейками или другим самостоятельным блоком энергии.

У бюджетных генераторов есть эффект воздействия на компоненты велосипеда, из-за чего они быстрее затираются. Поэтому многих людей интересует, как сделать электрогенератор своими руками.

Что такое велосипедный генератор и для чего он нужен?

Велосипед – это конструкция, которая передвигается за счет работы ног для вращения педалей. Вращательные действия можно использовать для выработки энергии. За эту выработку отвечает велосипедный электрогенератор.

Он нужен для функционирования световой фары, как у автомобиля. Электрогенератор перерабатывает часть энергии от вращений педалей для освещения дороги. Это удобно при езде в темное время суток как на специально отведенных дорожках, так и на проезжей части.

Виды велосипедных генераторов, их особенности, плюсы и минусы

Динамо-втулка

Динамо-втулка – это улучшенная магнитом обычная втулка. Ее механика заключается в образовании вихревых токов. На выходе энергия становится током, соответствующим велосипеду по силе, напряжению и мощности. Для сравнения в автомобиле энергия мощностью 6 Ватт, а для велосипеда – не больше 2.

• Динамо-втулка популярна из-за простоты и небольшого размера.
• Она закрепляется на втулку, а не колесо и не создает лишнее трения. Ток передается прямо к фаре.
• Из недостатков этого типа выделяют замедленную скорость переднего колеса и тяжесть велосипеда. Вес исправляется легким магнитом.

При вращении педалей ток поступает волнообразно, с ускорением или замедлением. Поэтому в фарах при втулочном генераторе установлен стабилизатор.

Если фара другая, то будет необходим выпрямитель для стабилизации. Яркость освещения зависит от мощности выхода втулки. Чем мощнее фара и менее мощный выход, тем более тусклый свет.

Конструкция состоит из компонентов:

• Якорь, который обматывает ось,
• Кольцевой магнит, закрепленный на втулку,
• Двойные проводы с клеммами.

Бутылочный велогенератор

Бутылочный электрогенератор имеет такое название из-за внешнего сходства с бутылкой. Он прикрепляется на колесо, регулируется в сторону увеличения или уменьшения мощности. При его смещении он легко выключается.

• Цена на генераторы такого типа недорогие.
• Почти не влияют на вес байка.
• Но от него затираются покрышки колеса.
• На сильной скорости работу сопровождает характерный шум.
• А в дождливое время энергия вырабатывается плохо.

Бесконтактный велосипедный генератор

Бесконтактный генератор – это самая дорогая конструкция из всех аналогов. Это оправдывается почти полным отсутствием недостатков. Принцип работы заключается в накоплении энергии от вращений колеса через магнитное поле.

Электрогенератор располагается близко к колесу, в которое встроена динамо-втулка. Таким образом нет трения или сопротивления движению, как в других конструкциях. Электрогенератор крепится парой спереди и сзади.

Весь принцип похожий на работу фонариков. У электрогенератора прямой мост передачи тока от выхода втулки к фаре. Получается, что фара работает, как самостоятельный механизм. У такого прибора нет стабилизатора, поэтому при низкой езде свет должен был бы тускнеть.

Но этот недостаток возместили накоплением энергии во время поездки. Таким образом, фара может гореть даже в условиях полной остановки велосипеда.

Плюсы прибора:

• Отсутствие трения, затирания, контакта с компонентами велосипеда,
• Низкий вес,
• Система сохранения энергии для работы фар во время остановок.
• Из минусов характерна высокая стоимость.

Как сделать генератор для велосипеда самостоятельно?

Электрогенератор можно сделать самостоятельно в домашних условиях. Для этого за основу берется шаговый мотор.

Характеристики у мотора для осветительного прибора должны быть:

• Напряжении – 2.88 Ватт,
• Сопротивление – 1.2 Ом,
• Номинальный ток – 2.4 А.

Необходимые материалы и инструменты

Для создания оптимального электрогенератора понадобятся материалы:

• Пластиковая лента (гибкого материала) для маховичка.
• Светодиоды выпрямительного 4 типа, компании 1N400 –4 пары.
• Регулятор линейного напряжения (стабилизирующий) компании LinearRegulatorStandardRegulatorPos.
• Резистор одноваттныйCF-100.
• Резистор 1206 на 820 Ом.
• Резистор для диода до 0.25 Ватт.
• Одноваттный диод.
• Проводки.
• Конденсатор на 1 мкФ.
• Емкость для помещения генератора (пластиковая коробка).
• Пластина для дополнительного пространства при креплении (по необходимости).

Инструменты:

• Клеевой пистолет (клей-герметик),
• Сварочный аппарат,
• Плоскогубцы,
• Острый нож.

Порядок действий

Для создания электрогенератора своими руками нужно придерживаться порядка действий:

• Создание передаточного кольца. Ток должен поступать от вращений колеса к маховичку (или колесику) мотора через соединение – передаточное кольцо. Для этого следует пластиковую ленту скрутить в кольцо и заварить концы.

По бокам вырезаются прорези для посадки под спицы. Глубина не должна превышать четверть толщины скрученной ленты. Далее следует установка кольца на спицы. Закреплять лучше внутри клеем-герметиком, чтобы конструкция крепче держалась.

После этого можно приступить к созданию самого генератора:

• Диоды 1N4004 нужно спаять до параллельного состояния.
• Конденсатор прикрепляется посередине концов схемы + и -.
• К конструкции прикрепляются резисторы и стабилизатор скачков напряжения.
• После этого одноваттный светодиод с резистором крепятся к фарной цепи.
• При помощи проводов фара соединяется с конденсаторами.
• Требуется соединить электрогенератор и электрическую цепь.
• Для удобства можно установить выключатель между конденсаторами. Его принцип действия будет в замыкании или размыкании цепи. Это позволит велосипедисту выключать фары даже при езде.
• Далее закрепляется электрическая схема на раму велосипеда, а оставшиеся провода фиксируются хомутиками.
• После этого к перьям можно прикрутить мотор и установить маховик поверх пластиковой конструкции. При отсутствии места рекомендуется приварить пластину с отверстиями к раме.
• Обязательная проверка в конце: маховичок передвигается синхронно с колесом велосипеда. При вращении фара включится. Стоит обратить внимание, что на низкой скорости свет имеет мерцательный эффект.

Электрогенераторы делятся на три основных типа:

• Динамо-втулка (у бюджетных вариантов низкая мощность, тусклое освещение, но не воздействует на колесо),
• Бутылочный электрогенератор (трение о колесо, перевес на одну сторону),
• Бесконтактный электрогенератор (высокая стоимость).

Можно сделать электрогенератор своими руками при наличии инструментов и компонентов для сборки. Проще всего сделать динамо-втулку из подручных средств. Создание своими руками бесконтактного электрогенератора требует большей подготовки и материалов.

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 светодиоды и галогенные лампы.

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.