admin / 09.12.2018

Динамо для велосипеда

Тестирование эффективности динамо-втулок для велосипеда

Динамо-втулки стали популярны в 1940-х годах. Стандартные бутылочные генераторы, работающие от соприкосновения с протектором шины или ободом, страдают от значительных потерь энергии из-за трения между динамо-машиной и колесом. Кроме того они ненадёжны в сырую погоду, так как бутылочная динамо-машина постоянно соскальзывает с колеса. Динамо-втулка предлагает простой и надёжный способ генерировать энергию для фонарей велосипеда.

Динамо-втулка SON-XS.

Но только в последние годы стали доступны эффективные динамо-втулки. В настоящее время самые популярные динамо-втулки изготавливаются в Германии фирмой Schmidt Maschinenbau и в Сингапуре фирмой Shimano. В то же время вместе с усовершенствованием динамо-втулок благодаря современным технологиям снизились потери бутылочных динамо-машин. Сообщалось, что бутылочная динамо-машина Lightspin более эффективна за динамо-втулки, также учитывая, что в выключенном состоянии отсутствует сопротивление. Тем не менее, осталась проблема соскальзывания роликов с мокрых покрышек.

Потери мощности на динамо-втулках при включенной фаре.

Сопротивление ночью (свет включен). Наиболее эффективна динамо-втулка SON20.

При включённом свете сопротивление большинства генераторов возрастает — за исключением модели Shimano HB-NX32, сопротивление которой становится меньше на высокой скорости при включенном свете.

Модель Shimano DH-3N30 имеет лучшие показатели по сравнению с моделью HBNX32/ Сопротивление меньше при любой скорости — фактически оно даже меньше, чем у более дорогой модели DH-3N71. Модель DH-3N71 не дожила до своей рекламы, так как фирма Shimano заявила о повышении эффективности на 30% и больше (и снижении сопротивления на 70%, при выключенном свете) по сравнению с её предшественницей, которая могла бы с этой втулкой оторваться далеко вперед от модели SON. В противоположность этому новая модель динамо-втулки DH-3N71 имеет немного большее сопротивление при любой скорости, чем её предшественница — модель DH-3N70.

В целом модель SON28 все ещё является самой эффективной динамо-втулкой, но модель динамо-втулки Shimano DH-3N30 не намного отстаёт от неё. На очень высокой скорости она требует меньше энергии. Самое большое преимущество модели SON20 над моделью SON28 проявляется на средней и большой скорости.

Использование динамо-втулок для колёс малого диаметра с большими колёсами.

Большинство фар велосипеда спроектированы в соответствии с законами Германии, которые требуют обеспечения мощности велофары 0,75 ватт на скорости 5 км/ч и 2,7 ватт на скорости 15 км/ч. Эти законы разработаны для немецких велосипедистов путешествующих на короткие дистанции с низкой скоростью, а не для заядлых гонщиков. Многие велосипедисты редко путешествуют со скоростью ниже, чем 15 км/ч, так что они могут решить, что им не нужно полное освещение на скорости ниже 15 км/час.

При использовании модели SON20 с колесами 700C или 650B вместо колес 20″, для которых она была разработана, уменьшается выходная мощность, но также уменьшается сопротивление. Большое колесо вращается медленнее, чем колесо 20″, для которого и был создан генератор.

Результаты испытаний показали, что таким образом можно сэкономить драгоценную энергию. В течение четырёх лет я использовал модель динамо-втулки SON20 с колёсами 700C и 650B. На очень крутых подъемах свет начинал дрожать. Но на низкой скорости, мне не нужно было так много света, чтобы видеть дорогу. Для тех, кто ездит в черте города на оживлённых дорогах, модель SON28 может быть предпочтительна, так как даже на низкой скорости велосипед остаётся видимым для другого транспорта.

Начиная с конца 2005 года специализированная модель SON-XS (для складных велосипедов с узкими вилками) доступна для стандартного дропаута 100 мм. Хотя эффективность этой модели ниже примерно на 2%, чем у модели SON20, она весит на 179 грамм меньше за SON20, имеющую вес 398 грамм. Тем не менее более узкий фланцевый промежуток (40 мм, вместо 58 у стандартной SON) и ось из алюминиевого сплава (вместо нержавеющей стали) в итоге ослабляют переднее колесо и делают непригодным для жёсткой езды.

Итоги тестирования динамо-втулок и бутылочной динамо-машины.

Вырабатываемый динамо-втулками свет — это надежный источник энергии в большинстве случаев. Дополнительное сопротивление было нами измерено и несомненно его важность переоценена. Оно имеет самое большое значение (в процентном отношении выходной мощности) на низкой скорости. На высокой скорости и на подъемах дополнительное сопротивление по сравнению с общей мощностью требуемой для движения велосипеда становится незначительным.

Если вы не ограничены в деньгах, то модель динамо-втулки SON28 является лучшим выбором для большинства велосипедистов. Она совмещает высокую эффективность и качественную конструкцию. С 2002 года модели динамо-втулок SON содержат уплотнитель компенсации давления, который препятствует появлению проблем с велосипедом в дождливую холодную погоду. Без специального уплотнителя при охлаждении относительно большой внутренний объем воздуха динамо-втулки сжимается и тем самым способствует проникновению влаги.

Динамо-втулка Shimano DH-3N71 неплохой выбор, но по сравнению с её предшественницей DH-3N70 у неё немного хуже производительность. Обе модели значительно тяжелее и менее эффективны, чем динамо-втулки SON. Более дешёвая модель DH-3N30 предлагает лучшую производительность, но весит на 200 грамм больше, потому что имеет подшипники и уплотнитель более низкого качества, так что более высокая цена динамо-втулки фирмы Shimano вполне оправдана. Ожидаемый срок службы конусов подшипника в недорогих динамо-втулках фирмы Shimano моделей (HB-NX32, DH-3N30) равен примерно 5000 км. Это говорит, что модель DH-3N30 предлагает удивительно хорошую производительность за свою цену.

Если бы не проблемы проскальзывания в сырую погоду, Lightspin могла бы послужить хорошей альтернативой динамо-втулкам. Её небольшой вес (даже включая вес крепления на передней втулке) и отсутствие сопротивления в дневное время привлекают велосипедистов, редко совершающих поездки в тёмное время суток. Когда включается свет на велосипеде, то сопротивление Lightspin возрастает до значения, превышающее значение у модели SON28 и современных динамо-втулок фирмы Shimano. Сложно добиться и поддерживать правильное крепление бутылочных генераторов, так что при её эксплуатации сопротивление может очень сильно варьировать.

Для велосипедистов, участвующих в различного рода соревнованиях, использование модели SON20 или удивительно легкой SON-XS с ободом больших размеров уменьшает сопротивление как в дневное, так и в ночное время. Особенно на скоростях от 25 до 35 км/ч. К их недостаткам можно отнести уменьшение светового потока на низкой скорости.

Скорость Полная мощность, развиваемая велосипедистом Стандартная герметичная передняя втулка SON28 (свет выключен) Снижение скорости (свет выключен) SON28 (свет включен) Снижение скорости (свет включен)
10 км/час 15 Вт 0,1 Вт +0,2 Вт (+1,3%) -0,1 км/час +3,3 Вт (+22%) -1,6 км/час
20 км/час 50 Вт 0,2 Вт +0,7 Вт (+1,4%) -0,1 км/час +5,3 Вт (+12%) -1,1 км/час
30 км/час 130 Вт 0,3 Вт +1,3 Вт (+1,0%) -0,1 км/час +6,7 Вт (+5,2%) -0,7 км/час
50 км/час 500 Вт 0,5 Вт +2,7 Вт (+0,5%) -0,1 км/час +9,0 Вт (+1,8%) -0,36 км/час

Насколько сложнее крутить педали на велосипеде с динамо-втулкой? В сравнении с велосипедом без динамо-втулки, таблица показывает требуемую дополнительную мощность поддержания той же скорости, а также снижение скорости при той же мощности — на ровной дороге. Только включение ночного сопротивления (свет включён) на низкой и средней скоростях замедлит велосипедиста значительно. На высоких скоростях, добавленное сопротивление (свет включен) менее значимо. На подъёмах, сопротивление динамо-втулки в процентном отношении от общего сопротивления даже меньше. Например, подъём на 5% склон на 10 км/час требует около 140 Вт. В этом случае 3,3 Вт потребляемые SON28 (свет включен) замедляет велосипедиста всего на 0,2 км/час.

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.

Динамка Shimano AlfineDH-S701

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.

«Бутылка» боится падений велосипеда

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.

Бесконтактные источники энергии можно смело применять на шоссейных велосипедах для дальних путешествий

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

Последовательность сборки:

  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.

Самодельный электрогенератор на заднее колесо велосипеда

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.

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.

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:

ЦЕПНОЙ ВЕЛОГЕНЕРАТОР

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:

FILED UNDER : Справочник

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*