Динамо-машина своими руками для велосипеда, для зарядки телефона: устройство

Генератор электрического тока или динамо машина

Динамо-машина, или генератор электрического тока, — это устройство, которое преобразует в электрическую энергию другие состояния энергии: тепловую, механическую, химическую. До сегодняшнего дня остаются популярными велосипедные генераторы, питающие фары и задние фонари.

Принцип работы генератора электрического тока

Динамо-машина генерирует электрическую энергию благодаря принципу электромагнитной индукции. Обычно такое устройство конвертирует именно механические воздействия прямо в электрические импульсы. В его составе — ротор (открытая проволочная обмотка) и статор, в котором расположены полюса магнита. Ротор, не прекращая движения, все время вращается в силовом магнитном поле, что неизбежно приводит к возникновению тока в обмотке. Схему своего устройства динамо-машина представляет следующую. Вращающийся проводник, или ротор, пересекает магнитное поле и в нем генерируется ток. Концы ротора подведены к кольцу (коллектор), через них и прижимные щётки ток перемещается в электрическую сеть. 

Электрический ток в динамо-машине

Образующийся ток в проводнике будет иметь наибольшее значение при условии, если ротор располагается перпендикулярно магнитным линям. Чем больше поворот проводника, тем сила тока будет меньше. И наоборот. То есть, процесс вращения проводника в магнитном поле вынуждает генерируемый электрический ток менять направление за один оборот ротора два раза. Благодаря этому свойству такой род тока стали называть переменным. Динамо-машина для выработки постоянного тока построена на таком же принципе, как и для переменного тока. Разницу можно заметить лишь в деталях, когда концы металлического провода закрепляют не к кольцам, а подсоединяют к полукольцам. Такие полукольца обязательно изолируются между собой, что при вращении проводника делает возможным контактировать со щёткой переменно то одно полукольцо, то другое. Значит, в щётки вырабатываемый ток будет поступать исключительно в одном направлении, одним словом — ток будет постоянным.

Как собрать динамо-машину?

Динамо-машина своими руками собирается быстро. Основанием для будущего генератора будет служить деревянная доска толщиной около 30 мм и площадью 150 на 200 мм. Двумя шурупами на неё крепится корпус так, чтобы электромагниты располагались по горизонтали, один против другого. Затем, сквозь прикреплённый к корпусу подшипник продевается ось якоря, который закрепляется на своём месте между электромагнитами. С внутренней стороны подшипниковой стойки продевают щётки, вставляют второй конец оси якоря. На этом конце закрепляют коллектор. Перед прикреплением подшипниковой стойки к основанию, якорь нужно выровнять таким образом, чтобы его вращение между электромагнитами не задевало их. Щётки должны располагаться поперёк башмаков электромагнитов и закрепляться на подшипнике. На свободном конце ротора прикрепляется небольшой шкив. Электромонтаж устройства заключается в соединении концов обмоток для электромагнитов со щётками. Также к ним соединяют отрезки гибкого провода для сообщения устройства с внешней цепью.

Генератор и велосипед

Свою мощность динамо-машина для велосипеда демонстрирует в зависимости от скорости вращения. Например, недостаточно быстрое вращение или остановка велосипеда прекращает питать фонарь или иное устройство. Но при высокой скорости лампочки способны перегореть раньше срока выработки ресурса. Различают несколько разновидностей велосипедных электрических генераторов: Втулочный тип встраивается во втулку колеса. Конструктивно состоит из статичного сердечника на оси и обращающегося многополюсного магнита в форме кольца. Их стоимость больше, она компенсируется бесшумной работой и эффективностью. Бутылочный тип наиболее популярный. Схожее с формой бутылки устройство оснащено небольшим колёсиком, что приводится в движение посредством трения о боковину резиновой покрышки колеса.

Кареточный генератор устанавливается рядом с кареточным стаканом, ниже перьев рамы. Движение подпружиненного ролика осуществляется благодаря трению о протектор покрышки. Следует упомянуть, что кареточная и бутылочная динамо машина перестают работать, попадая в мокрые условия.

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

Рассмотрим 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:

• Отсутствие трущихся элементов.
• Бесшумная эксплуатация.
• Неограниченный срок эксплуатации (кроме батареи аккумуляторов).

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

• Отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения. Динамо-втулка в отличие от бутылочного велогенератора, всегда оказывает сопротивление вращению колеса, хотя значение этого сопротивления незначительно. Если бутылочный велогенератор включен, но фонари и фара не подключены к питанию, то сопротивление движению велосипеда меньше.
• Легкая и простая установка. Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами.
• Небольшая стоимость. Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.

Недостатки

• Сложная настройка. Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с покрышкой колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Если велосипед упадет, либо ослабнут фиксирующие винты, генератор может быть поврежден. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу. Если винты крепления слишком ослабнут, то механизм может сдвинуться с места и попасть в спицы колеса, что приведет к поломке спиц и выходу колеса велосипеда из строя. Некоторые велогенераторы оснащены специальными петлями, предохраняющими их попадание в спицы.
• Для переключения требуется физическое усилие. Чтобы привести в действие генератор, необходимо переместить его корпус до соприкосновения с колесом. Втулочные генераторы могут включаться автоматически или с помощью электроники. Для этого не нужно прикладывать усилия.
• Повышенный шум. При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума.
• Износ шины колеса. Для эксплуатации генератора требуется соприкосновение с шиной, в результате происходит трение и износ покрышки. Если сравнить с динамо-втулкой, то там трение с покрышкой отсутствует.
• Сопротивление движению. Бутылочная динамо-машина оказывает значительно больше сопротивление движению велосипеда, чем втулочная модель. Однако при правильной настройке сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
• Проскальзывание. При сырой дождливой погоде приводной ролик бутылочного генератора будет скользить по шине колеса, что уменьшает выработку электрического тока и снижает яркость света фары и заднего фонаря. Втулочные генераторы не требуют для работы хорошего сцепления с покрышкой, и не зависят от погоды и других неблагоприятных условий.

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.

Похожие темы:

• Автомобильный генератор. Виды и устройство. Работа и особенности

• Магнето. Устройство и работа. Виды и применение

• Тахогенераторы. Виды и устройство. Применение

• Мегаомметр. Виды и устройство. Работа и применение

• Ветрогенераторы. Устройство, виды и особенности

РубрикаЭЛЕКТРОПИТАНИЕcthutqТелефоны и планшеты / ГенераторыДобавлено 8 комментариев Привет всем! Сегодня в статье я попытаюсь вам подробнейшим способом описать изготовление полезной самоделки. А именно сегодня мы подробно рассмотрим, как сделать компактную динамо-машину для зарядки различных электронных устройств. Конечно, рассматривать данную самоделку как зарядку, которой вы будете постоянно заряжать ваш смартфон, не стоит. Но в какой-нибудь экстремальной ситуации где-нибудь в дороге или в лесу, экстренно зарядить пару процентов аккумулятора для звонка или просмотра своего местоположения по навигатору, отлично подойдет. Я считаю, что такая страховка должна валяться в рюкзаке каждого туриста. Тем более + ко всему этот девайс будет иметь функцию фонарика. Ну, что ж, думаю не стоит тянуть с длинным предисловием, погнали. Ссылки на некоторые компоненты конструкции вы может найти в конце статьи.Для динамо-машины понадобятся: — Электродвигатель с металлическим редуктором — Провода — Micro BEC на 5 В — Стандартное гнездо USB — Светодиод 5 В- Отрезок от ПВХ трубы (таким же диаметром как у редуктора двигателя) — Тонкая фанера (лучше всего будет использовать бамбуковую фанеру) или пластик листовой — ВыключательИз инструментов также понадобится. — Канцелярский нож — Суперклей — Термоклей — Паяльник с паяльными принадлежностями — Линейка — Маркер — Канцелярский нож — Ножовка по металлу — Изолента. Изготовление динамо-машинки для зарядки устройств.Первым делом необходимо раздобыть основной компонент самоделки. А именно основным компонентом у нас является электродвигатель с металлическим редуктором. Конечно, можно использовать и более простые версии движков с редукторами, где внутренние шестерни будут выполнены из пластика, но в таком случае самоделка потеряет свою надёжность и сможет подвести вас тогда когда она вам будет действительно необходима. Такие двигатели можно приобрести, как и в местных радио рынках, так и в интернет магазинах китайских коллег. После того как раздобыли электродвигатель, переходи дальше. Сейчас нужно припаять пару проводов к контактам электродвигателя. Провода можно брать самые тонюсенькие, так как большой нагрузки они испытывать не будут. Длиной провода должны быть не более чем 10 см каждый, такой длинны будет более чем достаточно. Убираем изоляцию с кончиков проводов и припаиваем.

Для следующего шага необходимо приобрести micro BEC, ссылку на него вы можете обнаружить в конце данной статьи. Этот модуль является простейшим стабилизатором напряжения, который на вход принимает от 7 до 21 В. А на выходе он выдаёт 5 или 12 В, как переключить выходное напряжение смотрите в инструкции продавца к конкретно вашему модулю. Конечно, можно использовать и другие преобразователи, которые, стоят в 3-4 раза дешевле. Но основной особенностью micro моделей является их компактность, которая позволит максимально уменьшить корпус. С micro BEC-ом следует сделать следующее. А именно другие концы проводов, что ранее припаяли к электродвигателю необходимо припаять во вход micro BAC-а (обычно эти контакты обозначаются как «IN» и «GND»). Следующим шагом добавим в начинку классический USB разъём и светодиод. Для этого понадобится сам разъем, найти который я думаю, ни у кого не составит труда, а светодиод тем более. Возьмём два выше перечисленных компонента, снимем изоляцию с концов их проводов и параллельно соединим их между собой самым лучшим способом, скруткой. Заготовку, состоящую из светодиода и USB разъёма, припаиваем к выходу на micro BEC-е. В итоге, на данном этапе у нас все должно получаться точно также как на изображение данном ниже. Переходим к немаловажной части самоделки, а именно к корпусу. В качестве корпуса лучше всего использовать ПВХ трубу, в ней можно будет все аккуратно и компактно разложить. Трубу следует взять с внутренним диаметром 40 мм, так как внешний диаметр редуктора равен 39 мм, что позволит просто и плотно закрепить двигатель в корпусе, намотав на него пару витков изоленты. Для корпуса из пластиковой трубы необходимо изготовить две заглушки. Эти заглушки можно вырезать из листового пластика, но автор решил их сделать из бамбуковой фанеры. Это хороший материал, с которым очень легко работать, он сам по себе как боле плотный картон. Прикладываем ПВХ трубу к фанере и обводим её маркером, начерчивая при этом окружность необходимого для нас размера. Таких окружностей необходимо вырезать две. Вырезать можно при помощи обыкновенного канцелярского ножа. Вырезав окружности, их следует выронить, чтобы окружности были «идеальными». Сначала необходимо взять одну из только что вырезанных окружностей и сделать с ней следующее. А именно на ней нужно будет расположить USB разъём и светодиод. Прикладываем USB разъём к фанере, обводим его маркёром и уже по конторы вырезаем отверстие при помощи того же канцелярского ножа. Затем то же самое проделываем и со светодиодом. Компоненты на заглушке вы можете располагать как угодно, а точнее как вам удобнее. На второй заглушке тоже необходимо вырезать отверстие, но уже для вала редуктора. Для этого маркером отмечаем расположение непосредственно самого вала и вырезаем отверстие канцелярским ножом. И у нас должно получаться как на фото ниже. Также автор для предания более опрятного вида обклеил заглушки с внешней стороны самоклеящейся пленкой под карбон. После чего на корпусе необходимо расположить выключатель. Рекомендую использовать миниатюрный выключатель. Прикладываем выключатель к той части ПВХ трубы, где мы хотим его расположить, маркером оставляем метки и аккуратно вырезаем отверстие канцлерским ножом. Далее необходимо все компоненты засунуть в корпус. Для этого как я уже упоминал ранее необходимо сделать шире корпус редуктора, для этого используем изоленту. Наматываем изоленту на сам корпус так, чтобы двигатель плотно зашёл в корпус и сидел в нём надёжно. Просовываем через отверстие провод от светодиода через отверстие и прикусываем его. К концам перекусанного провода припаиваем выключатель. Выключатель в данном случае будет служить только для включения и выключения светодиода. Это нужно для того чтобы светодиод не забирал часть энергии и ток зарядки не терялся. Устанавливаем заглушки. Приклеиваем к заглушке разъём USB и светодиод, при помощи термоклея в свои посадочные места. Саму заглушку к корпусу приклеиваем на суперклей, смазав сначала ПВХ трубу клеем и подождав пару секунд пока клей подплавит пластик. Вторую заглушку крепим к корпусу с другой стороны и делаем это точно так же как и с первой заглушкой. После чего необходимо изготовить рукоятку для удобного вращения вала. Для этого автор использовал 3Д принтер, сделав примитивную модельку, и распечатал её. Я вам рекомендую сделать также, тем более в настоящее время цены на услуги 3Д печати упали, и такая рукоятка обойдётся в пару копеек. К этой рукоятке необходимо прикрутить винтик и закрепить его гайкой. Надеваем ручку на вал и все готово! Остаётся лишь протестировать самоделку. Для этого возьмём телефон и попробуем его зарядить, результаты тестов вы можете наблюдать ниже. Приобрести комплектующие, которые могут пригодиться для сборки данной самоделки можно тут: — Электродвигатель с металлическим редуктором- Micro BEC на 5 v- Стандартное гнездо USB — ВыключательВот видео автора самоделки (сборка данной самоделки начинается с 3:50 и длится по 6:15) : Ну и всем спасибо за внимание и удачи в будущих проектах самодельщики! Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:

• https://as-system.ru/stati/generator-elektricheskogo-toka-ili-dinamo-mashina
• https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/dinamo-mashina/
• https://usamodelkina.ru/17202-delaem-pohodnuju-dinamo-mashinku-dlja-zarjadki-telefona-svoimi-rukami.html