Электрогенератор из велосипеда своими руками, схемы, описание, фото. Велосипед-генератор снабдит дома электричеством, а графеновый кабель предоставит доступ к неисчерпаемым запасам геотермальной энергии, проект Billions in Change (видео) - ЭкоТехника Вело
Как вырабатывать электричество крутя педали? Один киловатт-час стоит 5 центов. Для получения такого количества энергии необходимо вращать педали 10 часов. Нет никакого смысла говорить о промышленных масштабах производства электроэнергии с помощью педальных генераторов. Тем не менее такой способ получения электрического тока требуется достаточно часто, потому что с помощью мускульной силы мы можем вырабатывать электричество где угодно без потребления топлива, днём и ночью. Оборудование дешёвое и практически не требует технического обслуживания.
В основном они требуются в двух случаях:
- Для во время путешествий на велосипеде.
- Для выработки как можно большего количества электроэнергии на стационарных педальных генераторах.
Педальные велогенераторы предназначены для получения электричества в отдалённых районах, где неудобно использовать солнечные батареи неудобны. Генератор для велосипеда может вырабатывать до 300 Вт электроенерги (в среднем 40-150 Вт в зависимости от велосипедиста).
В интернете дано много рекомендаций, работающий за счёт вращения педалей. не лучший выбор, так как они содержат много редких ненужных деталей или требуют много работы по адаптации генератора к велосипеду, страдают от проблем с трением, проскальзыванием ремня и быстрого износа.
Как правильно выбрать велогенератор.
- Мотор устанавливается на неподвижный велосипед — это задний втулочный мотор (переднее колесо неподвижного велосипеда не вращается).
- Для хорошей производительности в моторе должны использоваться современные редкоземельные постоянные магниты, велогенератор должен быть бесщёточной конструкции.
- Для получения хорошего эффекта инерции, он должен быть тяжёлым и представлять собой электрическое велосипедное колесо.
- Для уменьшения механических потерь мотор должен быть прямоприводным/не использовать передач на шестерёнках.
- Чтобы человек мог справится с педалированием в течении длительного времени, мотор должен давать мощность не менее 200 Вт. Чем больше — тем лучше (снижаются потери, возрастает масса).
- Напряжение мотора должно превышать заданное выходное напряжение, чтобы оно не падало ниже критического значения, даже во время педалирования не на полную мощность.
На рисунке вверху показано внутреннее устройство мотор-колеса, исполненного в виде втулочного генератора на 24 В, 500Вт производства Golden Motor / Jiangsu, заряжающего аккумулятор 12 В.
Установка генератора на велосипед.
- Найдите велосипед — любую рухлядь, но с работающими передней осью, педалями, цепью, седлом и желательно задним переключателем.
- Замените заднее колесо на втулочный мотор.
- Установите велосипед на опору так, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Также можно подвесить зад велосипеда, чтобы он совсем не касался земли, взять подставку из металлических кронштейнов, установленных на деревянное основание.
Вернуть велосипед в его исходное состояние можно очень быстро — нужно лишь снять с опоры и поставить колесо назад.
Электрическая схема подзарядки аккумуляторов с помощью педального генератора.
Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) — справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключённые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.
Разберём схему более детально. Велосипедный генератор производит 3-трёхфазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение — поэтому прикрепите его к большой металлической детали.
Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.
На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм 2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора (нет на фотографии). Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что педальный генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Как только на нём высветится 14 В (для систем на 12 В) нужно прекратить вращать . Никогда не превышайте 15 В. Напряжение также не должно падать ниже 10.5 В. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.
Взаимосвязь напряжения аккумулятора, напряжения генератора, размеров передней и задней звёздочек.
Напряжения аккумулятора и генератора, размер передней и задней звёздочек влияют на затрачиваемые человеком усилия и его каденс. При правильном подборе данных параметров на выбранной мощности система выдаёт требуемое выходное напряжение при адекватном каденсе (50 - 60 об/мин).
| Возрастание напряжения аккумулятора (без изменения других параметров) | -> | |
| Возрастание напряжения генератора (без изменения других параметров) | -> | |
| Возрастание размера передней звёздочки (без изменения других параметров) | -> | Уменьшение каденса и увеличение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности |
| Возрастание размера задней звёдочки (без изменения других параметров) | -> | Увеличение каденса и уменьшение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности |
Чтобы проверить эту зависимость на практике необходимо установить напряжение генератора выше, чем напряжение аккумулятора, а также попробовать использовать разные передачи (потребуется велосипед с исправным переключателем).
По мере зарядки аккумулятора каденс возрастает и только своевременная смена звездочек переключателем позволяет поддерживать стабильный каденс. Наличие передач также необходимо для индивидуальной настройки педального генератора под каждого отдельно взятого человека.
Технические характеристики системы на базе Golden Motor / Jiangsu: генератор на 24 В, аккумулятор на 12 В, передняя звезда на 42 зуба, задняя звезда на 14 зубьев (18 зубьев, если напряжение аккумулятора ниже 11 В).
Бесконтактный генератор MAGNIC — первая компактная бесконтактная динамо — машина для велосипеда. Новое изобретение, которое может сделать революцию в оснащении велосипеда электрооборудованием. Генератор может вырабатывать электрическую энергию, не прикасаясь к колесу, как классические генераторы.
На рынке есть некоторые модели, которые также вырабатывают электричество не соприкасаясь с колесом, но при этом на колесе должны располагаться магниты. MAGNIC работает без магнитов, причём в полной мере давая светодиодам, являющимися источником света необходимое количество электроэнергии. Крепится к вилке велосипеда, если используется в качестве фары или на задние перья, если используется в качестве габаритных огней. Снимается и устанавливается за несколько секунд.
Принцип работы бесконтактного генератора электричества для велосипеда
Генератор MAGNIC работает со всеми видами металлических сплавов, из которых можно изготовить обода велосипеда (алюминий, сталь, магний). Алюминий и магний как известно не являются магнитными металлами, но они являются токопроводящими.
При движении обода колеса велосипеда, относительно магнита, на границе токопроводящего материала из которого сделан обод возникают вихревые индукционные токи — в данном случае металлической оправе. Эти вихревые токи имеют собственные магнитные поля, которые поглощаются катушкой в MAGNIC.
Таким образом вырабатывается электрическая энергия. Хотя нет никакого трения, магнитное поле вихревых токов всё же имеет минимальный эффект торможения, но он настолько незначительный, что его не принимают в расчёт.
Преимущества бесконтактного генератора электричества
— малый вес;
— быстрая установка и снятие;
— не нужны батареи и аккумуляторы;
— нет шума;
— нет трения;
— нет износа покрышки, как в контактном генераторе;
— работает со всеми металлами, из которых сделан обод, кроме карбоновых
— размер колёс не имеет значения
— отсутствие проводов — всё заключено в одной герметичной коробке;
— может работать в любых погодных условиях (дождь, грязь, снег) — расстояние между ободом и генератором составляет 5 мм.
Также читать на эту тему:
Генератор электричества или динамо изобрёл в 1827 году А. И. Йедлик – венгерский электротехник и физик. Это произошло на шесть лет раньше, чем такое же изобретение представил миру Сименс, но Йедлик не запатентовал его…
Чтобы велосипедная фара в полной мере выполняла функции, которые на неё возлагаются, к ней предъявляются определённые требования…
В 60-х годах прошлого века были изобретены LED – светодиоды (Lighting Emission Diode) с очень интенсивным светоизлучением. Их применение в быту долго задерживалось из-за высокой себестоимости и на тот момент…
Систему USB зарядки для велосипеда спроектировали студенты технического Вуза. Ничего сложного в ней нет, необходимо было только адаптировать уже существующие зарядные устройства к велосипеду. Отличие лишь в том…
В сети встречаются в основном контактные варианты велогенераторов, основанные на использовании трущихся частей. Электроэнергия, вырабатываемая такими устройствами достаточна для зарядки аккумулятора, который питает передний и задний фонари велосипеда.
Недостатками таких заводских и самодельных генераторов для велосипеда являются сопротивление, которое они создают при езде и шум. Поэтому идея бесконтактного велогенератора представляется полезной и перспективной. Интересную идею такого приспособления для велосипеда представлена на видео, которое вы можете посмотреть в статье ниже.
На заднее колесо автор идеи установил катушку, мимо которой при езде пролетает постоянный магнит. При вращении колеса магнит движется мимо катушки, в результате вырабатывается импульсный электрический ток довольно высокого напряжения, но с очень малой величиной тока, который можно использовать для питания светодиодной лампочки. Если вам нужен готовый магазинный велогенератор или неодимовый магнит, приобретайте в этом китайском магазине . Генераторы для велосипеда, тоже в нём .
Катушка использована от небольшого аквариумного компрессора на 220 вольт. Магнит неодимовый – шайба толщиной 4 мм и диаметром 1,5 см.
Две светодиодные ленты на 12 вольт включены последовательно для предотвращения сгорания ламп, так как напряжение, генерируемое в импульсе может доходить 40 вольт, при этом величина тока очень мала. Если в схему включить конденсатор более 1000 мф, то светодиоды могут гореть постоянно, но число их необходимо в этом случае сократить в несколько раз.
Magnic Light
Отдадим должное смекалке автора интересной инновации для велосипеда, но должны отметить, что идея бесконтактного велогенератора не нова. Более того, существует оригинальная промышленная разработка такого устройства. Magnic Light является первым бесконтактным источником питания для фонарей велосипеда без дополнительных компонентов в колесах. Энергия берется из вращающихся колес велосипеда без каких-либо физических контактов и, таким образом, без трения.
Электричество преобразуется в свет за счет использования вихревых токов, создаваемых сильных магнитов (International Patent Pending PCT/EP/2012/001431). С помощью этого нового технического решения электричество могут подаваться на источники света полностью без батарей и без внешних кабелей, и в то же время с высокой эффективность.
Механизм действия на официальном сайте описывается так: “с перемещением колеса вращаются магниты внутри крошечного генератора весом 60 грамм и встроенным конденсатором, который держит свет, даже когда велосипедист останавливается”.
Видео, датированное 2014 г., показывает некоторые свойства генератора Magnic Light .
Идея изобретения генератора электроэнергии, или динамо-машины, как его сначала называли, принадлежит венгерскому физику и электротехнику Аньошу Иштвану Йедлику, который с 1827 года успешно занимался разработкой концепции динамо-машины, но не стал патентовать его, так как думал, что его идея не нова. Патент на электрогенератор принадлежит Вернеру Сименсу.
Более мощный самодельный генератор .
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.
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.
