Я совсем недавно купил велосипед для езды на работу, да и вообще, чтобы кататься и получать удовольствие от велосипедных прогулок. Для безопасности я включаю передние и задние фонари, чтобы участники дорожного движения меня лучше замечали. Мои светодиодные фонари работаю от двух пальчиковых батареек «АА». И заряда хватает всего на 4 часа езды. Собственно, это и натолкнуло меня задуматься о приобретении велосипедного генератора, который смог бы питать все фонари.
Я ничего не нашел в магазинах. Все фонари предлагают с питание от батареек. Тогда я решил сделать генератор для велосипеда сам, из того что под руку попадётся так сказать...
И тут я вспомнил, что как-то делал генератор из шагового двигателя. Решил повторить задумку. Но где взять шаговый двигатель? Они есть почти что во всей оргтехнике. Я полез в кладовку и нашел там старый принтер. Естественно в нем стояла пара шаговых двигателе. Я взял одни, больше мне не надо.
Что понадобиться ещё для генератора?
Вам понадобится несколько вещей, если вы хотите построить генератор для велосипеда. Вот что они:- - Шаговый двигатель от принтера или другой техники.
- - 8 штук диодов, любых, на ток 0,5 -
- - Регулятор напряжения LM317 –
- - Радиатор для LM317 -
- - Макетная плата -
- - Переключатель –
- - Корпус для регулятора -
- - Провода.
- - Крепление от крыла.
- - Колесико от машинки.
Схема регулятора с выпрямителем
Нам понадобиться собрать регулятор напряжения, чтобы он не только выпрямлял ток от шагового двигателя, но и регулировал напряжение на выходе, тем самым защищая светодиоды от скачков напряжения при езде. Схема регулятора проста. Выпрямительный мост на диодах и регулятор напряжения на микросхеме LM317.
Я все собрал на макетной плате с отверстиями. Просто вставил детали, загнул контакты в направлении пайки и все спаял. Припаял провода и вот мой регулятор-выпрямитель готов.
Тумблером можно выключать генератор.
Сборка генератора
Собираем крепление шагового двигателя к колесу. Принцип прост: колесо вертит шаговый двигатель, двигатель вырабатывает электричество.Я долго думал, как реализовать крепление и попроще, и понадежней. Вот что придумал:
Я взял крепление от крыла (пыльника, брызговика). К нему прикрутил винтами алюминиевый уголок, немного его подрезав. А уже к уголку прикрепил шаговый двигатель. Все – конструкция проверена, работает нормально. Конечно, желательно чтобы она подпружинила двигатель к колесу, но в принципе, и так вполне нормально.
Ах, да. На шаговый двигатель одевается колесико от машинки с резиновой покрышкой. На вал двигателя намотана изолента, чтобы колесико плотно натягивалось на вал. Ничего лучше в голову не пришло.
Крепление регулятора
Я также долго думал где разместить корпус регулятора, куда его прикрепить, ведь он должен находиться в близости шагового двигателя, иначе придется тянуть 4 провода от шагового двигателя.Наконец я придумал и решил закрепить регулятор на стойках на той же планке, где крепиться шаговый мотор.
Вырезал из тонкого алюминиевого листва прямоугольник, и привернул длинными болтами через стойки длинной 1 см. Ну а к прямоугольнику прикрепил регулятор.
Проверка работы генератора
Шаговый двигатель что я взял был на 24 вольта. И при нормальной скорости велосипеда выдавал более 30 вольт. Регулятор на выходе выдавал 3,1 вольт. Что вполне нормально. Если вас не устроит это напряжение, отрегулируйте его резисторами 150 и 220 Ом. Вообще можно запаять переменный резистор и настраивать напряжение, как угодно.Провода от регулятора я подвел к переднему фонарю. Подключил параллельно элементам питания. В итоге, когда велосипед стоит фонарь светит от батареек. А когда велосипед едет – фонарь светит от генератора, а элементы немного заряжаются. В идеале конечно нужно использовать аккумуляторы, но пальчиковые аккумуляторы напряжением 1,2 вольта, фонарь будет гореть тускло. А принципе батарейки можно вообще выкинуть, и фара будет гореть только в движении. В общем кто как хочет.
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.
Катушки можно намотать как самому, так и найти уже готовый, для этих целей подойдут старые реле. В идеале сопротивление катушки должно составлять 100-200 Ом, автор же использует две катушки по 600 Ом и уверяет, что все работает отлично. Чем выше будет сопротивление катушки, тем больше она будет вырабатывать энергии, но при этом снижается КПД из-за потерь в катушке. Желательно придумать для катушек какой-то корпус, либо иначе защитить их от попадания воды и грязи.
Если все сделано верно, то при вращении колеса катушки уже будут вырабатывать импульсное напряжение.
Шаг второй. Подключаем задний фонарь
Передний и задний фонари в системе абсолютно независимые. Задний фонарь питается всего от одной катушке. Для того чтобы немного стабилизировать напряжение, в схеме предусмотрен конденсатор на 4700 нФ. Исходное напряжение здесь составляет 2.2 Вольта. Как именно генерируется напряжение катушками, можно посмотреть на осциллографе.
При полном обороте колеса должно быть три импульса, так как в системе установлено три магнита.
Чтобы подключить фонарь, его нужно разобрать. Из него нужно извлечь батарейки, поскольку они тут более не понадобятся. Вместо батареек в фонарь нужно установить конденсатор. После того как фонарь будет собран, его можно установить на велосипед и затем с помощью двужильного провода подключить к одной из катушек. При вращении колеса задний фонарь должен начать мигать.
Шаг третий. Подключение переднего фонаря
Передняя фара питается от двух катушек, здесь автор установил пять светодиодов белого цвета. Схема устроена таким образом, что при езде передняя фара также будет мигать. Здесь не используется конденсатор, но его можно установить параллельно со светодиодом «3», потому что на него никогда не подается отрицательное напряжение. Таким образом, при езде один светодиод будет постоянно гореть, а три мерцать. Катушки не вырабатывают энергию одновременно, если их подключить последовательно, то одна катушка будет поглощать часть энергии другой, в этой схеме все работает иначе.
Ну а далее все подключается так, как и в случае подключения заднего фонаря. После сборки можно пробовать протестировать систему. Важно понимать, что чем быстрее будет двигаться велосипед, тем больше генератор будет вырабатывать энергии, а это может привести к перегоранию светодиодов. Так что на будущее важно придумать схему, которая будет ограничивать подачу тока на светодиоды.
В частном доме иногда бывает так, что по разным внешним причинам нет света. Поэтому велогенератор будет очень нужным устройством, которое не даст остаться без освещения, телевизора или интернета. А если при этом Вы являетесь любителем велопутешествий, можно совместить свое увлечение с идеей создания велогенератора на 12 вольт с возможным выходным напряжением в 220 вольт.
Велогенератор-тренажер
Особенно пригодится такое устройство для тех людей, которые любят путешествовать, причем путешествовать на большие расстояния с ночевками, с палатками. Одному путешественнику пришла на ум идея собрать велогенератор-тренажер, чтобы можно было без труда возить его с собой в походы.
Необходимые элементы велогенератора.
Самое главное в генераторе, -это велосипед. Еще понадобится моторчик на 12 вольт. Чем он будет мощнее, тем больше электроэнергии будет вырабатывать. В этом устройстве используется также старый самодельный преобразователь напряжения из 12 в 220 вольт. Но вы можете использовать очень распространенные в настоящее время бесперебойники или, как их еще называют UPS.
Сборка
Теперь все это нужно собрать, так чтобы это все функционировало. Возьмем сварочные аппарат и болгарку. Сделаем металлическую подставку под генератор. Она будет обеспечивать подвешенное состояние заднего колеса. Теперь, когда колесо висит над землей, необходимо прикрепить моторчик. На ротор мотора нужно одеть кусочки шланга разного диаметра. Пружина должна прижимать ротор двигателя к колесу.
Теперь мотор выступает в роли генератора и вырабатывает 12 вольт. Можно крутить педали и получать электричество, способная зажечь двухспиральную лампу но 12 вольт. При большом старании можно выработать даже 30 вольт, но так не стоит делать при подключенной лампочке на меньшее напряжение.
Теперь проверим полярность. У нас получается, что один провод является плюсом, мы отметим его узелком. Теперь проводки преобразователя соединяем с проводками генератора. Тест показал, что можно записать с помощью этого генератора телевизор. Но если прекратить вращение педалей более чем на 5 секунд, ток не вырабатывается и телевизор выключается. Поэтому будем использовать аккумулятор. Такой генератор будет незаменимой вещью в дни, когда на вашей улице линии электропередачи ремонтируют электромонтеры.
Какова эффективность, или кпд устройства? В течение часа можно зарядить аккумулятор на 12 вольт. Получается своеобразный велотренажер, благодаря которому можно вырабатывать ещё и электроэнергию. От этого генератора можно заряжать сотовый телефон, видеокамеры, ноутбуки, запитывать wi-fi роутер. Кроме прочего употребления это устройство можно брать с собой в походы и использовать розетку на 220 вольт. Аккумулятор в таком случае нужно использовать не автомобильный, а например от бесперебойника.
Идея о создании этого велогенератора родилась в тот момент, когда заряд у аккумуляторов полностью истощился. Если вы хотите, чтобы фонарь на вашем велосипеде ярко освещал вам путь, и при этом не желаете иметь хлопот с перезарядкой или покупкой батарей – этот материал для вас!
Краткое описание проекта:
- Отсутствие батарей! Энергия будет накапливаться в двух суперконденсаторах емкостью по 100Ф и рабочим напряжением 2,7В.
- Зарядка займет несколько минут, но фонарь будет светить максимально ярко, как только вы начнете крутить педали.
- Прежде чем фонарь начнет тухнуть с момента остановки должно пройти не менее 15 минут (например, при остановке на светофоре или при другой ситуации, когда генератор не работает). Мощный светодиод на 1Вт имеет рабочее напряжение равное 3,5В. Приняв это во внимание и используя нужные резисторы, можно изменять этот временной промежуток с 4 до 30 минут. Светодиоды потребляют ток до 350мА, конструкция в примере питается от тока 350мА и при этом свет остается достаточно ярким для того, чтобы ослеплять водителей.
- Генератор обеспечивает освещение и при этом сохраняет заряд в конденсаторах. В примере был использован шаговый электродвигатель от матричного принтера. С помощью мультиметра было определено, что он может вырабатывать ток силой до 500мА.
- Еще одним преимуществом является то, что конденсаторы являются саморегулирующимися. Это значит, что они не будут перегружены при зарядке.
Прежде всего, для сборки велогенератора вы должны найти подходящий для наших целей шаговый двигатель. Вам нужен мотор с очень низким сопротивлением в катушках. В примере использован двигатель, на наклейке которого указаны 2,88В и 2,4А, с сопротивлением в катушках 1,2Ом. На испытаниях этот мотор выдавал ток силой 500мА при 400 об/мин. При езде на велосипеде при скорости 15 км/ч, генератор будет делать от 160 до 200 оборотов в минуту. Это означает, что мотор надо установить рядом с втулкой заднего колеса для снижения усилия на его вращение, в отличие от старого динамо, рассчитанного на 1000 об/мин.
Во-вторых, вам нужно будет приобрести пару суперконденсаторов о которых шла речь выше.
В-третьих, вам также понадобятся:
- Импортные диоды 1N4004 (8шт) – они преобразуют переменный ток, выработанный двигателем, в постоянный.
- Стабилизатор напряжения LM317T (1шт).
- Керамический конденсатор 0,1мкФ (1шт).
- Резисторы 240Ом и 820Ом 0,25Вт для стабилизатора напряжения, которые дадут нам ток 5,5В, необходимый для конденсаторов. Это значение не должно быть превышено!
- Светодиод мощностью 1Вт (1шт).
- Резистор для светодиода 11Ом 0,25Вт (1шт), даст ток силой около 160мА.
Вот список того, что также понадобится:
- Корпус фары для того, чтобы вставить туда светодиод.
- Небольшой корпус для защиты конденсаторов от повреждений.
- Провода.
- Отрезок пластиковой трубы диаметром 10см шириной около 2,5см. Он будет закреплен эпоксидной смолой на спицах колеса.
- Резиновый шкив или колесо для двигателя диаметром 5см.
- Различные инструменты, в том числе паяльник.
Приступим к сборке нашего велогенератора.
Во-первых, я не озаботился созданием печатной платы, а просто спаял все компоненты схемы вместе, после чего залил все эпоксидным клеем для защиты.
У двигателя в примере имеется шесть проводов, два из которых использованы не будут (Com), а другие четыре, с обмоток – и есть те, которые нам понадобятся.
Спаяв диоды таким образом, как показано на схеме, мы получим параллельную схему из двух диодных мостов, которая преобразует переменный ток в постоянный. Припаяйте конденсатор между «плюсом» и «минусом», это стабилизирует регулятор напряжения. После этого припаяйте на место LM317 и резисторы. Установите светодиод и токоограничивающий резистор в корпусе фары. Соедините проводами фару с конденсаторами, включив в цепь между ними выключатель, и далее – со стабилизатором напряжения.
Последовательность соединения:
Шаговый двигатель - Стабилизатор напряжения - Конденсаторы - Выключатель - Фара
Теперь приступим к монтажу двигателя на велосипед. Для фиксации мотора используйте хомуты для труб, которые можно закрепить в отверстиях под дисковые тормоза. Резиновое колесико двигателя должно бегать по поверхности секции пластиковой трубы диаметром 10см. Эта секция должна быть закреплена при помощи эпоксидного клея и клеящей ленты, но, возможно, потребуются резьбовые хомуты для более надежного крепления – это предупредит проскальзывание резинового колесика велогенератора по ее поверхности.
Существует специальное устройство, которое может вырабатывать энергию питания. Таким аппаратом является велогенератор. Получаемая электроэнергия абсолютно бесплатная. Процесс выработки происходит путем прокрутки педалей. По разновидностям генераторов велосипедного происхождения существует 4 типа:
- Бутылочный.
- Втулочный.
- Бесконтактный.
- Кареточный.
Довольно тесно и практически неразрывно связано учащенность педалирования с выдачей силы тока, а также напряжения. Данное воспроизведение присуще для всех разновидностей генераторов. Выдается ток велосипедным генератором только переменный. Чтобы был ток постоянный, необходимо установить выпрямительный мост. Он состоит из специализированных ламп диодного происхождения. Или же можно установить выпрямитель из двух полупериодов. Купить генератор на велосипед можно в специальных магазинах, а также на авторынках.
Генератор бутылочный для велосипеда
Данный тип генератора называют шинным. По типу он является генератором второстепенного значения. Состоит бутылочный генератор велосипедный из корпуса, который полностью изолированный. Снаружи на нем есть специальный ролик, который предназначен для вращения. Он плотно прикреплен к корпусу, то есть на вилку. Также начинка данного генератора состоит из обычной медной обмотки и магнита. Движение поля магнитного происхождения возникает вследствие контакта ролика с покрышкой колеса велосипеда. Исходя из этого, идет передача энергии от колеса к механике.
Чем быстрее вращается колесо, тем быстрее прокручивается валик на генераторе. Достигается максимальная полярность в самом генераторе, воспроизводится напряжение.
Положительной стороной данного вида генератора является:
- Небольшая цена относительно других видов.
- Легкость в установке на велосипед.
- Аппарат можно без труда отключить или включить, путем отдвижки от велосипеда.
Что касается недостатков, то они не так уж и весомы:
- Покрышка со временем начинает изнашиваться.
- Занимает время установка уровня наклона.
- Появление звука из-за трения об покрышку, особенно при высоких скоростях.
- Незначительный перекос колеса из-за веса генератора, который колеблется от 200-250 грамм. Это связанно за счет его крепежа на одну сторону.
- Если дождливая погода, то генератор не работает на полную мощность. Трение по колесу неполноценно из-за скольжения.
Но учитывая данные недостатки и преимущества, то в целом, данный вид генератора вполне эффективен.
Генератор бесконтактный для велосипеда
Производится выдача электроэнергии путем работоспособности бутылочного генератора. Кареточный также выдает ток. По-другому данный вид велогенератора называют динамо-втулка. Название происходит из-за того, что никакого соприкосновения генератора к колесу не наблюдается. Ток появляется в результате тесного контакта обода к генератору. Из-за чего формируется намагниченное поле ободка колеса.
Диод освещения непосредственно установлен в аппарат. Напряжение идет напрямую, без каких-либо дополнительных устройств стабилизации. Положительными сторонами данного аппарата является:
- Отсутствие факторов трения об колесо.
- Компактность и маленький вес, до 70 грамм.
- Кабелей соединения нет.
Фара, которая находится спереди, устанавливается на вилку. Задняя фара – сзади. Исходя из этого, данные фонарики сами по себе самостоятельны. Они горят не за счет аккумуляторов, а за счет прокручивания колеса в поле магнетизма. Качество выдачи освещения на достаточном уровне. При замедленном движении на велосипеде лампочки по идее должны гаснуть, но это не так. Это не происходит из-за того что установлен специальный конденсатор. По сути его можно назвать аккумулятором, который набирает энергию при езде на велосипеде.
Вывод
Использование генератора для велосипеда является выгодным. Во-первых, абсолютно бесплатная выработка электроэнергии. Во-вторых, удобное и комфортное освещение дороги в темное время суток. Велогенератор 12 вольт постоянный ток является удобным в использовании и в легкости установки. Также его практически быстро можно собрать. При транспортировке не занимает много места. Генератор для велосипеда не приносит никакого вреда.
