динамо на велосипед что это
Плюсы и минусы различных динамомашин для велосипеда
6 минут Автор: Михаил Скворцов 2575
Каждый велосипедист мечтает о своей автономности, безопасности и комфорте в дороге, хоть немного напоминающую автомобильную. Под сильным дождём мечтается о крыше, при встречном ветре – о мотовелосипеде или электродвигателе, а при движении в темноте, да ещё на лесных тропинках, в незнакомых местах, все мечтают о хорошем освещении дороги.
Современная велосипедная техника шагнула далеко вперёд. В СССР, во времена нашего детства, динамомашина для велосипеда крепилась на перо вилки переднего колеса, была в комплекте с фарой и проводами.
Такой тип динамо называется «бутылочным» за сходство генератора с бутылкой (см. рисунок ниже),но имела ряд недостатков.
Преимущества и недостатки «бутылочной» динамки
Динамка могла щелчком руки (или ноги) фиксироваться к покрышке сбоку, и фонарь тотчас же вырабатывала свет.
Недостатки такой динамомашины были следующее:
Однако у неё были определённые достоинства, такие, как:
Сильнее всего раздражало ощущение необходимости постоянно двигаться быстро для получения яркого пучка света, невзирая на шум и ощущение сопротивления. Сопротивление было таким, как будто постоянно слегка прижимается тормозная ручка.
О динамо втулках
С тех пор прошло более четверти века. Появились мощные ёмкие аккумуляторные батареи и, самое главное, экономичные и яркие источники света, такие, как светодиоды.
Но самое главное, в РФ широко распространился другой тип динамо, распространившийся в мире с конца 1950-х годов. Он называется динамо втулка.
Это устройство просто совмещает функцию колёсной втулки и функцию выработки электроэнергии. Они впервые начали изготавливаться в Великобритании. Их стоимость колеблется от 50 до 300 долларов и выше.
В стандартной втулке производится ток напряжением 6 В, а мощность составляет на выходе порядка 2 Вт. Новые втулки способны генерировать до 3 Вт. Так как каждой выходной мощности соответствуют свои источники света, то не стоит ставить более мощный фонарь на втулки с более низкой выходной мощностью, иначе свет будет тусклым.
Светодиод мощностью 3Вт способен ослепить человека на несколько секунд даже в ясный день, а в темноте, с использованием оптики он будет служить очень хорошо.
Положительные и отрицательные качества динамо втулок
Преимуществами динамо втулок являются:
Недостатки динамо втулок следующие:
Как те, так и другие генераторы на высокой скорости движения могут просто сжечь лампы в фарах. Но в современных фарах может быть регулятор напряжения на полупроводниках, лучше использовать именно их.
Если сравнивать бутылочные динамки с втулочными, то втулки лучше светят на низкой скорости, за счёт более низкой частоты переменных токов.
В заключение хочется сказать, что при установке такой системы выработки электроэнергии своими руками, как динамка для велосипеда, проще начать с дешёвого «бутылочного» китайского генератора. Во всяком случае, это позволит вам поработать, немного «подкачать» ноги и сердечно-сосудистую систему за счёт дополнительного сопротивления и сэкономить средства и время, так как при установке динамо-втулки придётся переспицевать колесо.
Динамо-машина (Велогенератор). Виды и особенности. Работа
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
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:
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
Недостатки
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.
Get in woods!
понедельник, 28 мая 2018 г.
Динамо-втулка для велосипеда: принцип действия, конструкция, характеристики.
Принцип действия
Со стороны магнитного полюса рамка будет выглядеть неодинаково, как будто у неё меняется площадь, если её вращать. Эта переменная площадь называется «площадь проекции контура рамки на поверхность, перпендикулярную линиям магнитного поля». Ну, или просто «площадь проекции». Во время вращения рамка будет подставляться линиям магнитного поля разными сторонами. От площади проекции зависит величина тока. От того, какой стороной повернётся рамка, зависит направление тока.
Лучше один раз увидеть. 🙂
Некоторые из вас помнят, что у переменного тока есть такой параметр, как частота. Это как часто ток меняет своё направление. Сколько раз в секунду. Измеряется эта частота в Герцах.
В рассмотренном случае у нас два полюса магнита и за один оборот рамки на 360 градусов ток сменит направление один раз. Если мы провернём рамку на 360 градусов за 1 с, получим частоту нашего тока 1 Гц. Если за 1 секунду сделаем 2 полных оборота на 360 градусов, то получим 2 Гц. Если сделаем 10 оборотов, то 10 Гц. И так далее. Чем быстрее крутим рамку, тем выше частота. Это один из ключевых моментов работы динамо-втулки. Частота переменного тока, который она выдаёт, будет зависеть от вашей скорости и от того, сколько оборотов колесо делает в секунду.
Если у вас низкая скорость и всего пара магнитных полюсов, может получиться очень низкая частота. Настолько низкая, что электроника откажется нормально работать. Фара будет мерзко мерцать, а конвертер перестанет заряжать смартфон.
Поэтому в велосипедных генераторных втулках стремятся увеличить количество полюсов. Если добавить к нашему примеру ещё одну пару полюсов, частота увеличится в два раза.
Увеличение пар полюсов позволяет решить ещё одну проблему. При вращении в магнитном поле по проводнику протекает ток. Этот ток создаёт вокруг себя ещё одно магнитное поле. Это появившееся магнитное поле по правилу Ленца препятствует вращению, которое его вызывает. Ну, нет ничего бесплатного. Возникающий ток и магнитное поле вокруг провода вас постараются притормозить. Если пара полюсов только одна, то это препятствие вращению будет проявляться в виде рывка и будет проявляться вибрациями втулки при езде. Поэтому полюсов делают много, вращение более равномерное, вибраций нет. К тому же, много пар позволяет расположить магниты ближе, плотность магнитного поля будет выше, можно получить больше мощность втулки.
Конструкция
В реальных динамо-втулках пар полюсов просто дофига. Вот, например одна из топовых втулок компании Schmidt Maschinenbau.
А это потому, что в своей конструкции немцы использовали когтеобразный магнитопровод. Зачем он вообще нужен и почему напоминает когти?
Любопытно, что в патенте описана конструкция динамо-втулки с выключателем, которую одно время продавала контора Velo Orange. На корпусе этой втулки был сделан механический переключатель. Во включенном положении магнитный диск прижимался к корпусу втулки, и магнитное поле вращалось, ток генерировался. В выключенном положении, магнитный диск не прижимался к корпусу втулки и не вращался, ничего не генерировалось. Втулка становилась самой обыкновенной. Зачем это сделали? Видимо, чтобы по максимуму снизить потери во втулке, если она не используется. Потому что, даже если вы не питаете от динамо-втулки фару или конвертер, на её вращение потребуется потратить мощности чуть больше, чем на вращение обычной втулки.
На этом слайде видно, как расположены магнитные полюса на диске и как магнитопровод помогает линиям магнитного поля замкнуться через обмотку катушки на оси втулки.
Характеристики
На скорости 20 км/ч сферическая передняя втулка в вакууме требует приложить 0.5 Вт мощности. При этом динамо-втулка, к которой ничего не подключено потребует уже 1-2 Вт. А уж если вы к ней подключите фару, то с учётом механических и прочих потерь, вам понадобится прикладывать уже 7 Вт мощности.
Много это или мало, и как повлияет на время вашего движения, можно прикинуть следующим образом.
Если ехать летом, то светло будет часов этак 19.5, а темно только 4.5. Свет вам нужен только в тёмное время, поэтому, если размазать увеличенные затраты мощности в темноте на все сутки, то получим среднее значение 2.5 Вт.
Если вы адовый гонщик и можете целые сутки выдавать 200 Вт, влияние втулки на время будет меньше. Потому что затраты мощности будут уже не 2.5%, а 1.25%, и за сутки набежит 18 минут.
Вы можете сказать: «Да ты офигел! Тридцать шесть минут за сутки это очень много!». Оке, не ставьте тогда динамо-втулку. Но сравните затраты мощности на неё с другими затратами у велосипедиста.
Вот, есть источники, в которых утверждают, что замена заводской смазки цепи на смазку неправильного типа может повысить потери аж на 5 Вт. А если брать фиговую цепь с фиговой смазкой, то потери могут быть на 10 Вт больше, чем у самой лучшей цепи на самой хорошей смазке. А в другом источнике утверждают, что уже на скорости 20 км/ч разница потерь на сопротивление покрышек Continental GP3000 и Vittoria Open Corsa, составляет 20 Вт. Ну и, наконец, положение тела и аэродинамическая позиция ездока могут повлиять на потери радикальным образом. Вот, к примеру, измерение потерь на шоссейном велосипеде и на лигераде, из которого следует, что при равной скорости велосипедов 30 км/ч, человек на лигераде тратит на 100 Вт меньше.
Из этого последнего материала я взял для слайда выходное напряжение втулки в виде семейства характеристик. На нём видно, что втулка является источником тока. Это значит, что напряжение втулке определяется сопротивлением нагрузки, которую вы подключите.
Мало того, что оно большое, так с увеличением скорости оно будет расти дальше. На 15 км/ч напряжение будет уже 22 В. А если разогнаться под полтинник, то напряжение улетит за 100 В.
Даже если у вас к втулке что-то подключено, но вы разогнались на спуске, напряжение тоже может выскочить в район 20 В. При том, что должно быть в разы ниже.
Чем это чревато, и почему я про это рассказываю?
Чревато выходом из строя электроники. Фара или конвертер должны иметь встроенную защиту от повышенного напряжения. Чтобы на больших скоростях не пострадать. Бывает, что некоторые производители такую защиту встраивают уже в саму втулку.
И получается довольно круто. Вы можете раскочегарить вашу фару из 6 светодиодов на 12 Вт. Но за это придётся заплатить. Все эти 12 Вт будете обеспечивать вы своими мышцами. Плюс ещё набегут потери. И придётся по факту прикладывать где-нибудь Ватт 18-20.
Ещё момент, что чем больше светодиодов вы соединяете последовательно, тем большую скорость надо развить, для того чтобы их все запитать на полную мощность. Из 6 светодиодов выжать 11 Вт получится только на скорости 30 км/ч. В то время, как из двух выжать 3.5 Вт можно уже на 12 км/ч.
Пожалуй, пора закругляться. Но в конце хотелось бы рассмотреть наиболее интересные и эффективные втулки. И продемонстрировать разброс цен в зависимости от стандарта оси. Цены я брал из интернет-магазина bike-components.de по курсу переводил через гугл, и было это до скачка валют. Поэтому они скорее для примера и сравнения, а не как ценник из магазина. Точную стоимость уточняйте.
Тайваньская контора. Делает хорошие втулки, с вполне доступными ценами. Особенно, если брать на квикрелизах и 9х100 оси. Ещё и на скидку попасть можно. Такая же втулка, но уже со сквозной осью 15х100 будет стоить в 2 раза дороже. А если моднейший буст стандарт с осью 15х110, то и в три раза дороже. 🙂
Немецкая контора Schmidt Maschinenbau делает судя по тестам, самые эффективные втулки. По сравнению с обычной передней втулкой, у SON 28 затраты мощности почти не отличаются. Если вы не питаете ничего от втулки, она почти не будет вас тормозить.
Но и ценник у неё будь здоров. Особенно на модели втулок со сквозными осями 15 мм.
Особняком стоят втулки для фэтбайков. И ценник на них тоже кусается. Особенно, на немецкие.
На этом закончу. В следующей статье можно прочитать про светотехнику: «Светотехника, фары для динамовтулки.»
Все о велосипедах
Рассказываем обо всем, что связано с велосипедами
Устройство динамо машины: особенности и характеристики
Устройство динамо машины
Динамо-машина — это энергетический концентратор, встроенный в переднее колесо велосипеда, который обычно питает фары. Динамо-машины также могут питать USB-порты и всевозможные забавные вещи, если вам интересно.
Ранние динамо-машины приводились в движение шинами, напоминая маленькие бутылки, прикрепленные к вилке велосипеда и поворачиваемые шиной или ободом, когда он проезжал мимо. Между Первой и Второй мировыми войнами английский производитель велосипедных компонентов впервые популяризировал Dynohub, переместив генератор внутри втулки переднего колеса. Это уменьшило неэффективность динамо-машины с приводом от шин, такую как преждевременный износ шин, сопротивление и неустойчивое зацепление во влажных условиях. Бутылочные динамо-машины с приводом от шин все еще производятся сегодня, хотя большинство современных моделей основаны на ступицах.
Динамо машина для велосипеда – описание
Небольшой генератор иногда устанавливается на велосипед, чтобы обеспечить электричество для освещения в ночное время. Генератор называется велосипедной динамо-машиной. Внутри динамо-машины постоянный магнит вращается в середине некоторых витков проволоки. Вращение магнита вместо катушек имеет то преимущество, что скользящие кольца не нужны. Вращающийся магнит создает изменяющееся магнитное поле, и это генерирует электричество в катушках провода.
Верхняя часть динамо-машины соприкасается с ободом шины, которая вращается при движении велосипеда.
Типы динамо машин, их плюсы и минусы
Бутылочная динамо машина и динамо втулка
В то время как никакая качественная динамо-машина не замедлит вас достаточно, чтобы изменить ситуацию, если вы не участвуете в гонке, динамо-машины втулки предлагают меньшее сопротивление при включенном свете, чем бутылочные динамо-машины. Однако, поскольку бутылочные динамо-машины полностью отсоединяются от колеса, когда свет выключен, бутылки не оказывают сопротивления, когда вы не используете свет, в то время как динамо-машины втулки все еще имеют небольшое встроенное сопротивление по сравнению с обычной хорошо поддерживаемой втулкой.
Динамо-машины втулки не могут быть выбиты из строя и будут продолжать хорошо работать, даже если ваше колесо повреждено и обод согнут. Тем не менее, бутылочные динамо-машины не нуждаются в замене, если вы повредите колесо и вам придется его заменить.
Динамо-машины втулки тяжелее, чем бутылочные динамо-машины
Бутылочные Динамо-машины могут скользить во влажном состоянии (это означает, что ваши огни могут быть ненадежными), хотя это редко случается при правильной настройке.
Динамо-машины втулки стоят дороже, потому что вы должны купить или построить колесо. Тем не менее, они не требуют установки кронштейнов на велосипед, и колеса, вероятно, стоят не так дорого, как вы думаете.
Бутылочные динамо-машины гораздо проще переоборудовать на велосипед, у которого уже есть ступичные или дисковые тормоза, или на заднее колесо с зубчатыми колесами.
В то время как динамо-машины втулки производятся для определенных размеров колес (большинство из них предназначены для 26-дюймовых или 28-дюймовых колес и будут производить большее сопротивление при использовании в колесах меньшего размера), бутылочные динамо-машины не зависят от размера колеса, поскольку они работают на боковой стенке шины и на них вообще не влияет скорость вращения колеса.
Принцип работы
Хороший свет достаточно яркий, чтобы быть видимым, освещает дорогу, не ослепляя других, и остается ярким, пока вы останавливаетесь на светофоре.
Большинство динамических осветительных приборов разработаны в соответствии с немецкими правилами дорожного движения (StVZO/TA). Эти строгие и конкретные правила действуют для обеспечения того, чтобы велосипедисты были хорошо освещены со всех сторон и чтобы огни не мешали другому движению.
Фара должна иметь горизонт, что означает, что луч света ограничен колпаком сверху и направлен так, чтобы центр луча попадал на землю в 33 футах (10 метрах) от передней части велосипеда. Концентрированный луч освещает опасные места на затемненных улицах, не ослепляя встречных автомобилистов и велосипедистов.
Фонари также должны иметь функцию подсветки, встроенный конденсатор, который продолжает питать фонари в течение четырех минут, как только вы перестанете двигаться. Эта функция гарантирует, что вы будете оставаться видимыми во время остановки на перекрестках.
В большинстве стран велосипедисты обязаны иметь белый свет спереди и красный свет сзади. Одна динамо-машина может питать как передние, так и задние фары. Столь же яркие лампы с батарейным питанием работают всего 1-3 часа, прежде чем им потребуется подзарядка.
Динамо-системы обеспечивают много света и могут быть адаптированы к различным стилям езды. При выборе системы динамического освещения вам необходимо учитывать как яркость, так и структуру луча.
Яркость обычно описывается в двух различных единицах измерения: люменах и люксах. В то время как лампы с батарейным питанием обычно оцениваются в люменах, динамо-лампы чаще всего оцениваются в люксах. В то время как люмены являются мерой общего количества видимого света, излучаемого источником, люкс является мерой интенсивности света в полезной части его диаграммы направленности. Это означает, что два источника света с одинаковыми показателями яркости могут иметь очень разные измерения люкса, в зависимости от того, как фокусируется свет.
Особенности установки
Есть несколько факторов, которые следует учитывать при использовании бутылочных динамо-машин. Если вы позаботитесь об этих небольших проблемах, то проблемы с бутылочными динамо-машинами будут редкими:
Запустите динамо-машину на шине с протектором динамо-машины и убедитесь, что динамо-машина выровнена так, чтобы она правильно проходила по этому протектору.
Гоночные шины не предназначены для использования с динамо-машиной, и боковая стенка такой шины может быть повреждена при использовании динамо-машины против нее.
Позаботьтесь о правильном давлении на боковую стенку шины
Обратите внимание, что при переключении между различными шинами разной ширины это расстояние может потребоваться настроить заново.
Чтобы отрегулировать зазор между резиновым или стальным роликом динамо-машины и шиной, вы можете согнуть припаянный кронштейн до тех пор, пока это расстояние не станет правильным. Если зазор слишком широк или слишком короток, это может привести к недостаточному давлению. Чрезмерное давление приводит к большему сопротивлению, а также иногда может привести к скольжению динамо-машины.
Ось динамо-машины должна быть выровнена так, чтобы она проходила непосредственно над центром колеса. Если этого не сделать, ролик на динамо-машине раскатается быстрее, чем обычно, и может даже повредить подшипники в динамо-машине.
Визг динамо-машины, вполне возможно, означает, что внутренние подшипники изношены. Обычно это сопровождается гораздо большим сопротивлением и может привести к прерывистому свету. Это происходит довольно быстро с некоторыми дешевыми динамо-машинами и усугубляется неправильной настройкой, когда ось динамо-машины не проходит мимо центра колеса. Если ваша динамо-машина достигла этой точки, вам, возможно, потребуется заменить ее. Более качественная динамо-машина прослужит дольше, чем дешевая.
Однако, прежде чем выбросить старую динамо-машину, попробуйте нанести на подшипники немного легкого масла, всего пару капель. Для этого вам может потребоваться снять ролик. Если динамо-машина старая, но все еще в хорошем состоянии, она, возможно, просто высохла.