Как сделать динамо на велосипед
Бесконтактный генератор на велосипед своими руками
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.
Навешиваем динамогенератор на велосипед
Привет Всем! Это моя первая статья. В ней я расскажу как собрал динамогенератор (ДГ) для велосипеда, который питает светодиод переднего фонаря.
Идея:
Во времена СССР динамогенераторы были довольно широко распространены, но источники света оставляли желать лучшего. В наше время в качестве ДГ используются динамовтулки или обычные генераторы приставляемые к колесу велосипеда. Мощность первых около 5 Вт, вторых 3 Вт, прямо скажем не густо, да и КПД их неизвестен. В предлагаемой конструкции в качестве генератора было решено использовать шаговый мотор Mitsumi M49SP-1 (рис.3) с небольшой доработкой. Реализации подобной идеи в интернете уже есть, но об их эффективности не сказано ни слова.
Купить эти ДГ можно, стоят они по разному, динамовтулки 1500-2000р, а другие от 300 и более, можно посмотреть здесь: www.aliexpress.com/product-fm/356677739-5pcs-lot-GENERATOR-BICYCLE-HEADLIGHT-TAIL-LITE-BIKE-DYNAMO-LIGHT-wholesalers.html
Предисловие:
У меня нет радиотехнического образования, а все выкладки по электронике – личный опыт, поэтому критикуйте и поправляйте. Порядок сборки написан прямым текстом, курсивом отмечены мои наблюдения и замечания по всему процессу конструирования.
Для питания LED’а фонаря можно использовать и батарейки, но моей целью при конструировании этого генератора было удовлетворение собственного любопытства и интереса, да и готовый результат впечатляет (меня и заказчика;-)).
ТЗ: Разработать ДГ к велосипеду с диаметром колес 28” для питания переднего фонаря на светодиоде Cree XM-LT6. ДГ должен развивать мощность не менее 5 Вт при скорости движения от 20 Км/ч.
Само ТЗ очень условно, но дает толчок к действиям.
Пациент:
Велосипед Orion 1200 (диаметр колес 28”, Рис. 1), c него снята корзина, а её крепление к рулю (зеленая рамка) использовано для крепления фонаря. (Вообще на фото не оригинал, но суть не меняется.)
ДГ установлен в точке крепления багажника к задней вилке (красная рамка), а крутящий момент снимается с боковой части покрышки с помощью прижимного ролика.
Велосипед не мой, а кореша. Дешев и сердит. 
Рис.1
Теория: 
По последней формуле можно сосчитать частоту вращения ролика. При скорости движения в 20 Км/час, диаметре ролика 6 см получаем частоту вращения ролика 29,5 об/сек, а при V=5км/ч – 7,4 об/сек.
Вообще так как заранее было известно мало, я предполагал что необходимая для генерации скорость 20 км/час, но оказалось что хватает гораздо меньшей скорости – скорости прогулочного бега. Также в момент проектирования у меня не было светодиода. Как видно из последней формулы диаметр D1 не участвует в расчете.
Конструирование и сборка:
Механическая часть:
В качестве генератора используется биполярный шаговый мотор Mitsumi M49SP-1 (рис.3). 
Рис.3
Этот мотор можно снять с некоторых принтеров HP, например, HP 6L, хотя его можно найти и в других моделях.
Перед использованием я проверил мотор. У меня был случай когда магнит ротора был размагничен наполовину! Для проверки берем маломощную лампочку (3В), подсоединяем её к одной обмотке и резко крутим за вал мотора, делаем то же самое с другой, если горит в обоих случаях – хорошо, нет — мотор испорчен.
Мотор необходимо доработать, предварительно вскрыв его. Понадобиться плосковыпуклый натфиль, которым нужно сточить следующие крепления (обозначены синим) (Рис.4). 
Рис.4
Получается (Рис.5) нечто подобное (обозначено голубым): 
Рис.5
После этого аккуратно выстучал заднюю крышку с помощью ударов мотора дном о твердую поверхность. В итоге получилось разобрать мотор на следующие части: корпус, крышка, ротор (магнит+вал), статор. Для того чтобы вытащить вал из ротора следует выбить его прямо в разобранном моторе с помощью узкого стержня, я использовал стержень от заклепки.
Все эти процедуры нужны для того чтобы перемотать статор мотора (Рис.6, фото из интернета) более толстым проводом, по моему разумению это повысит выходную мощность генератора. 
Рис.6
Потом аккуратно намотал эмалированный провод диаметра 0,6 до заполнения пластиковой части секции. Начало и конец катушек завел в оригинальные места пайки (на фото просто статор, он не перемотан).
После намотки статора необходимо было вставить в магнит более длинный вал, для этого взял стержень из CD-Rom’а (Рис.7), предварительно его подрезал и вставил в магнит с помощью молотка.
На рисунке показаны: 1 – оригинальный вал мотора, 2 – стержень для замены, 3 – магнит. 
Рис.7
Стержень в CD-Rom’е используется как направляющая для каретки лазера, а её диаметр как раз такой что нужно! Берем этот стержень, отрезаем на нужную длину, так чтобы из мотора в итоге выход был на 2-3см. Собираем мотор аккуратно, используя все уплотнительные кольца, не забываем накапать масла.
Закрепил заднюю крышку, для этого загнул образовавшиеся после расточки на корпусе «места» (см. выше, обозначено розовым на рис.5) молотком.
Для того чтобы мотор служил генератором на его вал необходимо насадить ролик (Рис.8). Он хорошо приклеивается клеем ЭДП. 
Рис.8
В качестве ролика можно использовать колесо для авиамоделей Hobby Pro с ободом из пенополиуретана диаметром 60мм, внутренним отверстием 3мм и шириной обода 20мм (http://hobbyostrov.ru/product_info.php?products_id=19923). Можно использовать и другое, но я нашел это. Кстати оно плохо себя показало со временем — стачивается.
Мотор переделан и было нужно придумать какую то систему крепления его к велосипеду. Для этого мне понадобился лист стали из того же лазерного принтера 6L, его выточили в виде буквы L, а потом по длинной её стороне согнули пополам. Получилась следующая конструкция (Рис.9). 
Рис.9
По фото видно что у мотора одно его “ушко для крепления” использована в качестве шарнира (белая деталь на нижнем фото слева его прижимает), а другое ушко зажато между пластиной и дугообразной деталью, к нему прикреплена пружина. Такая конструкция выбрана потому, что колесо велосипеда имеет заметное торцевое биение, а прилегающий ролик (и сам генератор), соприкасаясь с ним, может свободно «покачиваться» относительно него. Да и еще такая конструкция позволяет отвести генератор от колеса, тем самым выключив его механически. Трущиеся части генератора смазывать нельзя, их лучше отполировать, я смазал только шарнир.
На фото генератора ролик не показан, диодный мост был впоследствии заменен. Пластина довольно толстая, но из мягкого металла, поэтому её можно довольно легко деформировать.
Фото в сборе на рис.10 
Рис.10
Демонстрация работы генератора:
Электрическая часть:
Электрическая часть очень проста, схема на рис.11. Что интересно — генератор вырабатывает переменный ток да еще и переменной частоты в зависимости от скорости. Так как у генератора две обмотки, то на каждую поставил свой диодный мост, а получившиеся + и – соединил параллельно. Чтобы не тратить зря полезную мощность использовал диоды Шоттки. Мною проверены диоды 10bq015tr (1А) и MBR0520LT1 (0,5А).
Первых я брал 8 штук, а вторых 16, использовал в мосту по два параллельно для пропуска большего тока. Ощутимой разницы между ними нет! Погрешность измерений нивелирует разницу в значениях мощности. Так что используйте какие предпочтете или свои). 
Рис. 11
После мостов поставил конденсаторную батарею на 50000+ мкФ, а уже потом от неё толстую пару проводов, сечения 2,5мм. На задний фонарь тоже использована батарея конденсаторов, чтобы запитывать его на остановках (еще не доделан).
В качестве переднего фонаря использовал Cree XM-LT6 (рис.12) со световым потоком около 1000 люмен, но драйвер для него в 5 Вт (рис.13) с выходной мощностью около 4 Вт, поэтому получил световой поток около 400-450 люмен согласно даташиту. Так же для фокусировки света использовал рефлектор (рис.14). Драйвер интересен тем что работает в диапазоне напряжений 4,5-18 В.
Все это было приобретено на www.dealextreme.com.
LED www.dealextreme.com/details.dx/sku.50599
Драйвер www.dealextreme.com/details.dx/sku.26110
Рефлектор www.dealextreme.com/details.dx/sku.5937
Диаметр подложки LED’a и платы драйвера одинаковы и составляют всего 16мм, в рефлекторе нет места для размещения проводов от светодиода, поэтому пришлось использовать медную фольгу).
Рис.12 
Рис.13 
Рис.14
Полевые испытания:
Когда я испытывал генератор первый раз (еще когда не было светодиода) — использовал в качестве нагрузки две 3х ваттные лампочки накаливания на 6в. Генератор отдавал им около 5 Вт при скорости в 20-25 Км/час (все подсчитывалось с помощью велокомпа, но результатов точных не помню). Тогда мне казалось что это максимальная выходная мощность, я конечно понимаю, что передача мощности в нагрузку зависит от сопротивления нагрузки, но тогда я думал что это предел. Но когда пришел LED и мы с корешем начали проверку на улице, генератор показал впечатляющие результаты! Драйвер начинает работать на полную мощность уже на скорости прогулочного бега (
8 км/ч), это говорит о том что есть потенциал для передачи большего тока в LED посредством установки более мощного драйвера.
Таким образом, возвращаясь к теории, узнаем что необходимая для нормальной генерации частота вращения ролика 12 об/сек. От этого параметра можно отталкиваться при проектировании Вашего варианта генератора.
Результат:
К сожалению не могу показать как работает вся система в действительности с помощью видео, лишь могу предположить, что световой поток (400-450 люмен) похож на поток настольной люминесцентной лампы в 11 Вт. Но в любом случае этого хватает для уверенной езды по ночной дороге. Что удивительно — дополнительная нагрузка на ноги почти не заметна.
Достоинства: хорошая выходная мощность, возможность установки более мощного драйвера и получения более сильного светового потока. Фонарь не требует использования источников питания.
Недостатки: открытая конструкция боится влаги и дорожной грязи (поэтому нельзя смазывать место трения генератора и пластины), пластина из мягкого металла легко гнется. Прижимной ролик из пенополиуретана не лучшим образом подходит к данной конструкции.
Доработка:
Всем желающим повторить идею рекомендую придерживаться след. пунктов:
1) Основательно подойти к способу передачи крутящего момента с колеса на ролик, не допускать перекоса как у меня (ролик не лежит в одной из плоскостей проходящих через касательную в точке касания, а пересекает её, это как раз и стало причиной истирания рис.15)
2) По возможности использовать ролик из более плотного материала
3) Сделать конструкцию крепления генератора жесткой
3) Защитить конструкцию от грязи и влаги
Рис.15
Как сделать динамо на велосипед
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Советская динамка 7 В 5.3 Вт
Да, я немного погорячился с «быстрым вращением»
Расчет
Диаметр колеса 28″ или 700 мм диаметр дорожки для динамки 680 мм ролика 21 мм
Длина окружности 2.199 м длина окружности дорожки 2.136 м окружности ролика 66 мм
20 км/ч = 151 об/мин колеса или 4887 об/мин динамки для моей динамки с 2-я парами полюсов это 163 Гц
Итого: в своем эксперименте я крутил со скоростью
13 км/ч и это реальная скорость с которой ездят на динамке, ибо она создает очень сильное сопротивление движению, а свет фары слишком слаб чтоб ехать быстрее.
Крутил оказывается я совсем не быстро, при этом крутить педаль рукой было довольно тяжко, за те несколько секунд динамка успела нагреться, поэтому-то я по началу и подумал что кручу ее слишком быстро.
Дополнительно характеристики
Номинальное напряжение 7 В (заявлено)
Номинальная выходная мощность 5.3 Вт (заявлено)
Номинальный ток 0.76 А (расчет)
Внутреннее активное сопротивление (измерено) 7.6 Ом
Номинальные потери мощности на обмотке 4.4 Вт (расчет)
Электрический КПД 54% и это учет только обмотки, а если добавить потери на механике и магнитной системе. Теперь понятно почему напряжение на разомкнутой цепи так скакало при вполне нормальной скорости вращения педалей.
Как видно из видео частота вращения достигнута, но напряжение возросло незначительно, достигнув 4.5 В
При таком напряжении ток должен был достигнуть 0.95 А и выходная мощность 4.3 Вт
ЭДС обмотки при такой нагрузке 11.7 В из них до нагрузки дошло только 4.5 В, генерируемая мощность 11 Вт! из них на нагрузке 4.3 Вт
Номинальный ток 0.757 А т.е. перегрузка по току была всего 1.25 раз. Тому кто эту динамку разработал надо печенку вырвать!
29.10.17
Разбирая динамку, я не собирался собирать ее обратно, особенно когда разбирал магнитную систему 
На этом фото видны места, где были касания ротора и статора
Тогда предварительный результат о полном КПД при 20 км/ч будет 38% при съеме 8 Вт 12 В.
Генератор для велосипеда
8 минут Автор: Михаил Скворцов 2142
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:
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»:
К слабым сторонам относятся:
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:
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:
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:
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:
Собираем компоненты с учетом следующей схемы:
Другой вариант этой схемы:
Электроцепь своими руками
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.