На велосипеде установлен генератор вырабатывающий электрическую энергию, динамо втулки

Кто изобрел динамо-машину и как она устроена?

В 1831 году английский физик Фарадей обнаружил необычное электромагнитное явление. В медном проводе во время вращения между магнитными полюсами возникало электромагнитное поле. Именно оно возбудило движение электронов по проводнику. На основе исследований физик сформулировал закон электромагнитной индукции. Проводником служила медная проволока, накрученная на стержень из металла, обладающий магнитным свойством. Когда магнитные частицы в стержне располагались в соответствии с полюсами, он превращался в магнит и притягивал к себе металлические предметы. Чтобы намагнитить стержень, можно использовать катушку или постоянный магнит. Эффект возникнет при сильном вращении одного электромагнита вокруг другого.

В том же году появился прибор для преобразования электрической энергии в механическую. Первые электродвигатели напоминали паровые машины: только вместо цилиндров устанавливали электромагниты, вместо поршней – металлические якоря.

В 1834 году русский академик Борис Якоби создал первый электродвигатель с вращающимся якорем. Через 4 года академик применил усовершенствованный электромотор на первой в мире моторной лодке. Первый в мире генератор переменного тока был построен Павлом Яблочковым. А поистине революционным стало изобретение другого русского ученого М. Доливо-Довольского – генератор трехфазного тока.

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.

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.

Испытательный стенд.

Протестировано три генератора (слева направо): Busch + Müller
Dymotec6, AXA HR и один дешёвый китайский.

У B&M Dymotec6 хорошая механика. Она хорошо бежит по покрышке. Её часто можно встретить на качественных туристических велосипедах. В 2004 году эту динамо-машину купить можно было за 24.90 евро.
AXA HR оснащена сильными магнитами. Из всех протестриованных генераторов даёт наибольший ток. Для ограничения выходного напряжения предусмотрено два последовательно подключенных опорных диода (BZX 85C 7V5). Перед проведением измерений вскрыли пластмассовый корпус и удалили эти диоды. Её часто устанавливают на велосипеды известных производителей. Цена AXA HR 16.99 евро.
У дешёвой китайской динамо-машины магнитные характеристики немного хуже чем у Dymotec6. Механика не рассчитана на интенсивное использование, но она соотвествует всем нормам. Она скреплена двумя винтами и её можно полностью разобрать. Ею обычно комплектуют «ашанбайки». Она может пригодится велосипедистам редко катающимся в темноте, так как её можно купить всего за 3.45 евро.

Какое крепление удобнее?

Обычно специальные велосипедные стойки имеют стандартное крепление, но есть и переходники, позволяющие превратить практически любое устройство в велосипедную стойку. В традиционном варианте это может быть крепление на руль или на раму. Какой вариант удобнее, проще и обеспечивает лучшее качество звука?

В первом случае выбранная акустика крепится к рулевой колонке с помощью простого винтового кронштейна штатива, аналогичного тем, которые предлагаются для фотоаппаратов и видеорегистраторов.

Акустика велосипеда крепится к раме с помощью нескользящего пластикового или силиконового приспособления, похожего на флягодержатель — его можно легко установить в стандартные отверстия. Но если их там нет, придется копать. Винтовое крепление достаточно надежно, но переносить колонну на раме удобно только при наличии двух крепежных блоков одновременно. Например, под вторым держателем для бутылок.

Мощный генератор своими руками

Мощный генератор электроэнергии можно собрать, используя старый велосипед без восьмерок на заднем колесе. Подойдет 28-дюймовое колесо и передняя звездочка на 52 зуба, но возможны и другие варианты, например, 26-дюймовое и звездочка на 46 зубов. В первую очередь снимаем ненужные детали: переднее колесо, покрышки, переключатель передач, тормоза. Устанавливаем велосипед на подставку.

Генератор должен быть автономным с двумя большими клеммами и одной маленькой. Две большие клеммы соединяем вместе, образуя плюс, а маленькую – с индикаторной лампочкой. Клемму заземления соединяем с корпусом (минус). Чистим генератор, снимаем с него вентилятор охлаждения. Закрепляем генератор на кронштейне за сидением, шпиндель должен находиться снаружи на 10-12 см от обода. Подбираем ремень, желательно зубчатый, окружностью примерно 82 дюйма. Для колес по 26 дюймов подойдут ремни A78, а для 27-дюймовых колес – A80.

Для регулировки натяжения генератора переменного тока используем натяжитель пружинного типа. Ремень не надо затягивать сильно, так как вращающий момент довольно низок. На руль закрепляем вольтметр, выключатель и лампочку. Если в доме есть дети, необходимо защитить движущиеся частям механизма, чтобы исключить возможность травматизма.

Какие существуют альтернативы?

Промышленность сразу уловила тенденцию потребителей, и стала выпускать для современных активных людей дополнительные источники энергии, которые помогают оставаться онлайн, и вести активную социальную жизнь даже вдали от цивилизации.

PowerBank, так часто рекламируемый в повседневной жизни имеет свои преимущества, но только частичные.

К сожалению, это тот же аккумулятор, только повышенной мощности, который также придется заряжать.

Он поможет пару раз зарядить ваш телефон или любой другой гаджет, но вот только после его исчерпания, он будет совершенно бесполезным тяжелым балластом.

А все, кто хоть раз пробовал ездить на большое расстояние знают, как важно возить с собой поменьше ненужных вещей, которые только усложняют велосипедную жизнь

Ручная динамо-машина весит столько же, сколько и хороший PoweRbank, но работает только тогда, когда Вы крутите её своими руками.

Согласитесь, в этом мало хорошего, когда нужно каждый день тратить час и больше времени, на монотонное кручение ручки динамо-машины, и слушать её мерное жужжание.

Это не только утомляет физически, это еще и морально сложно принять. Всё это время можно было бы потратить куда более приятно, чем зарядка гаджетов.

Динамо-втулка для велосипедов, пожалуй, самое лучшее решение для велосипедиста.

Дело в том, что в любом случае для движения велосипеда вперед требуется крутить педали. Почему бы небольшую часть энергии вращения не превратить в электрический заряд для гаджетов? Динамо-втулка для зарядки гаджетов, самое гармоничное решение задачи.

Преимущества использования

Первое и самое главное достоинство – она работает всегда, когда вращаются педали. Есть и другие плюсы:

малые габариты (она не займет много места среди остального багажа);
она не боится вибраций (можно спокойно ездить по гравийной дороге, не опасаясь за устройство);
она одинаково хорошо работает как в дождь, так и в снег, так и 30-градусную жару;
отпадает необходимость поиска розетки.

Динамо-втулка позволяет оставаться на связи там, где может подвести солнечная батарея или PowerBank. А это значит, что компактное устройство наверняка будет полезным для тех, кто любит совершать дальние прогулки и многодневные путешествия.

Основные характеристики и как выбрать

Перед покупкой колонки велосипедисту следует определиться со своими требованиями к карманному устройству

Рекомендуем обращать внимание на следующие технические характеристики:

Корпус колонки должен быть выполнен из прочного надежного материала, устойчивого к ударам и к попаданию воды. Хороший вариант – лёгкий алюминиевый корпус.
Хорошо, если колонка для велосипеда оснащена специальным крепежом на руль, но если таковой отсутствует, то нужно приобрести его отдельно. Идеальным вариантом станет наличие осей крепления из закаленной стали, самого тела крепления из стали и амортизационной резиновой прокладки.
Функциональность акустической системы зависит от наличия функции Bluetooth, подключения к Wi-Fi или через AUX. Эти характеристики покупатель выбирает в соответствии со своими желаниями. А вот стандартный разъем для флэш-карты и для зарядного устройства должны быть обязательно.
Качество звука и ширину радиуса определяет наличие полос частотного диапазона. Маркировка одной полосой означает, что колонка поддерживает одну частоту в моно-режиме. Соответственно две полоски – две частоты, а три полоски означают поддерживание всех частот.
Внешний вид акустического устройства – немаловажный фактор. Стильный дизайн – приятное дополнение к хорошим характеристикам.
Перейдем к вопросам о цене и размере, которые прямо пропорциональны друг другу. Без сомнений все мечтают о компактном устройстве, но спроектировать маленький динамик, способный передавать низкие частоты на внушительное расстояние пока не представляется возможным.

Формат и частота диапазона

Так как качество звука является основным критерием при приобретении колонки, стоит подробнее разобрать, от чего оно зависит.

Формат колонки в ответе за насыщенность звука. Портативные колонки для велосипеда делятся на три формата:

1:0 –моно-режимный формат, предполагает звучание из одного канала, даже если динамиков больше одного. Такому формату соответствует небольшая мощность и невыраженный звук;
2:0 – такой формат поддерживает стерео-режим. Режим включает охватывающее звучание и соответствующий насыщенный звук;
3:0 – считается самым благоприятным форматом звучания. Стереосистема снабжена сабвуфером, который подчеркивает звучание на низких и высоких частотах.

Кому нужна динамо-втулка?

Ответ очевиден.

Тем, кто ездит в многодневные маршруты вдали от розеток.
Тем, кто задолбался иметь в голове зарубку о необходимости заряжать аккумулятор фары.

Всем остальным она нафиг не сдалась.

Очевидные вопросы. Почему не повербанк и фара на аккумуляторах? Почему не солнечная панель?

Повербанк или динамо-втулка?

С павербанком можно прожить несколько дней до появления на пути розетки. Вроде бы все зашибись. Но есть люди, которым умножение сущностей и лишнее барахло не нравится. Счастье в простоте! Если вы используете павербанк, нужно думать о том, как его не потерять, не раздолбать, не промочить и о его подзарядке. Придётся везти зарядное устройство и некоторое количество запасных кабелей. По закону подлости с повербанком, кабелями или разъемами что-то случится. В общем: нет повербанка – нет проблем.

Солнечная батарея или динамо-втулка?

Самая популярная на Алиэкспрессе солнечная панель. Вес: 300 г. Цена: 1600-2100 руб.

Солнечные панели – штука не плохая. Но…

Гибкие солнечные панели менее эффективны и быстрее деградируют, чем твёрдые, зато легкие и не боятся падений. От вибраций электрические соединения в панелях относительно быстро приходят в негодность.
Мощность, которую выдаёт вам панель, близка к номинальной только в солнечный день и при установке панели под правильным углом к солнцу. В пасмурный день мощность около 10% от номинальной.
Поскольку панели работают только днем, а фара нужна вам ночью, понадобится аккумулятор. Пользоваться солнечной панелью во время движения на велосипеде затруднительно и малоэффективно.
И опять же, солнечная панель – это умножение сущностей требующих вашего внимания, увеличение веса (панель + аккумуляторы) и объема груза. Оно вам надо?

Что касается веса, то тут все просто. Динамо-втулки тяжелее обычных на 200-250 г. Сравнимо с павербанком и легче качественной солнечной панели.

Втулка не занимает места в багаже. Не нужно запасать энергию днём. Не боится вибраций. Динамо-втулка одинаково хорошо работает в любую погоду и в любое время суток. В отношении дождя и грязи динамо-втулка ничем не отличается от обычной. Про розетки можно не думать вообще. Да и про саму втулку тоже.

Типы динамо машин, их плюсы и минусы

Существует несколько видов электрогенераторов для велосипеда. Основные типы – бутылочный и втулка. Они чаще всего применяются байкерами для оснащения своего транспорта электричеством и имеют свои достоинства и недостатки.

Бутылочная динамо машина

Бутылочный вариант имеет не слишком много плюсов по сравнению с втулочным аналогом, а минусов достаточно. Но все же многие приобретают именно эту модель.

Достоинства:

Несложная установка на велосипед по сравнению с динамо втулкой.
Низкая стоимость.
Возможность отключения.

Недостатки:

Весит данное устройство сравнительно немало.
Во время движения велосипеда постоянно присутствует шум.
Низкая мощность лампочки и, как следствие, тусклое освещение.
Сопротивление движению.
Зависимость эффективности работы от попадания влаги.
Существует возможность смещения с постоянного места закрепления. Тогда динамка может попасть между спицами.
Вынужденная необходимость часто проверять состояние устройства.

Динамо втулка

У динамки втулочного типа масса плюсов. Поэтому если есть финансовая возможность, все же целесообразнее приобрести данную модель.

Достоинства:

Бесшумность во время работы.
Трение сведено к минимуму. Нет в наличии подвижных частей.
Не нужно постоянно контролировать герметизацию, а также сцепление.
Влага, погодные условия, попадание грязи на эффективность работы и яркость фары не повлияют.
Автоматическое включение.
Втулка не нуждается в заземлении. Устройство изолировано. Это дает возможность воспользоваться свободным «минусом» другому оборудованию.

Недостатки:

Во время монтажа возникает необходимость в переспицовке колеса. Иногда требуется ставить «неродные» спицы, более короткие.
Переменный ток, который вырабатывают втулочные динамки, нуждается в выпрямлении. В этом им помогают диоды.
Постоянная работа фары при движении велосипеда приводит к перегрузкам. Данный факт приводит к уменьшению срока службы осветительного прибора.
Невозможность самостоятельного отключения.

Недостатки

Без них никак, поскольку в нашем мире нет ничего идеального. Что касается специфики использования динамо-втулки, то наверняка многие могут задуматься вот о каком моменте: насколько тяжелее становится крутить педали при наличии обсуждаемого аксессуара?

Этот вопрос неоднократно исследовался инженерами и производителями. Как показывает практика, сопротивление все-таки есть, но оно минимально. Тем не менее, есть несколько нюансов, которые оставляют пятна на безупречной репутации динамо-втулки:

Зарядить смартфон напрямую от динамо-втулки нельзя – нужен адаптер или, как его правильно называют, конвертер.
Динамо-втулка выдает переменный, а не постоянный ток. А для работы фары, например, нужен именно последний тип электроэнергии. Придется либо покупать специальную фару, либо приобретать дополнительный конвертер для динамо-втулки.
Мощность выдаваемой энергии напрямую зависит от вращения педалей. Вы остановились – фара погасла (если некачественная – сразу, если качественная – поработает минут 5 еще).
В дополнение к динамо-втулке следует прикупить дополнительный аккумулятор, который будет накапливать энергию и выдавать ее, когда втулка работает на небольшой скорости либо не работает вовсе.

И еще парочка нюансов, о которых следовало бы предупредить потенциальных обладателей компактного устройства. Чтобы просто не сгореть на высокой скорости, фара или конвертер должны обладать защитой от высокого напряжения. В некоторых современных моделях динамо-втулок уже есть встроенная защита от перегруза. Это касается и буферных аккумуляторов – часто они тоже идут в комплекте с втулкой.

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:

сравнительно большая масса, крепящаяся асимметрично на вилку(около 200-250 г);
шум ротора динамо генератора, постоянно сопутствующий движению;
недостаточная мощность,фара светила тускло, так как была установлена обычная лампочка от карманного фонарика;
ощутимое сопротивление движению, особенно на подъёмах;
при дожде или попадании на покрышку грязи, эффективность динамо резко снижалась из-за проскальзывания и недостаточного сцепления поверхностей;
так как во включённом состоянии постоянно головка динамки соприкасается с боковой поверхностью покрышки, то покрышка истирается значительно быстрее, чем при обычном режиме езды;
практически перед каждой поездкой нужно было проверять регулировку динамки – так как максимальное напряжение динамо генератор вырабатывал только при соприкосновении головки с покрышкой при определённых условиях, таких, как давление, угол наклона генератора и высота расположения головки. После каждого падения, естественно, нужно было проверять регулировку;
наконец, бутылочная динамо машина может сместиться с места фиксации и попасть в спицы велосипеда.

Однако у неё были определённые достоинства, такие, как:

возможность её отключения (с исчезновением сопротивления и шума);
более лёгкая установка на уже купленный велосипед, чем динамо втулки, о которых разговор будет ниже;
дешевизна бутылочной динамомашины.

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.

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.

Комплект для зарядки USB устройств Busch and Muller eWerk

Комплект Busch and Muller не такой мощный, как другие.

Краткий обзор: Комплект Busch and Muller eWerk подключается к динамо-втулке, от которой способен заряжать USB-устройства. С помощью небольшой иглы, расположенной в нижней части eWerk, можно быстро отрегулировать напряжение (2,8 — 13,3 В) и ток (0,1 — 1,5 А). eWerk обеспечивает мощность до 16 Вт, а при этом потери мощности составляют всего 0,03 Вт на скорости 30 км/ч! Уже на скорости 15 км/ч eWerk заряжает также быстро, как и обычное сетевое зарядное устройство. Некоторые устройства, такие как айфон, требуют постоянного напряжения зарядного устройства, поэтому для подобных устройств должен обязательно использовать буферный аккумулятор (покупается отдельно).

Преимущества: Настройка необходимого напряжения и тока. Отличный комплект креплений для верхнюю трубу.

Недостатки: Довольно дорогой. Для зарядки айфона требуется буферный аккумулятор (дополнительно 94 доллара). Без аккумулятора невозможно заряжать во время остановки. Существуют и более стильные зарядные устройства.

Аккумулятор: Литий-полимерный на 1400 А*ч.

Стоимость: 188 долларов + 94 доллара за аккумулятор.

Динамо для велосипеда