Динамо втулка что это

Динамо-втулка — что это, пример использования

Велосипед, несмотря на свою 200-летнюю историю существования, и по сей день остается одним из самых популярных видов транспорта. На нем катаются все – от мала до велика. Что уж тут кривить душой, ощущения от поездки на велосипеде нельзя сравнить с впечатлениями от машины или мотоцикла. Мир не стоит на месте, и появление новых гаджетов заставляет «шевелиться» производителей различных аксессуаров для велосипеда.

Одним из таковых является динамо-втулка. Крохотная, но вполне ощутимая по весу деталь, которая позволит велосипедисту оставаться на связи даже там, где не ходят волки.

Что такое динамо-втулка

Принцип действия обсуждаемого аксессуара объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея. У нас должно быть:

• магнитное поле;
• рамка из провода в этом же магнитном поле.

Если привести в движение поле или саму рамку, то в проводе, из которого сделана последняя, появится электродвижущая сила. Если к проводу подключить нагрузку (лампочку, фару или резистор) – все засветится и заработает. Ручная динамо-машинка работает, если ее крутить руками. Согласитесь, это неудобно и непрактично – время, потраченное на вращение, можно провести куда интереснее.

А вот динамо-втулка – это одно из самых лучших приспособлений для велосипеда. Чтобы поехать, нужно крутить педали. Так почему бы эту энергию не направить в еще одно русло? Например, частично превратить ее в электрический заряд для гаджетов.

Для каких целей она необходима

Компактное устройство решает несколько задач. С помощью динамо-втулки можно зарядить смартфон, к ней можно подключить фару или фонарик и наслаждаться ночными поездками (небезопасно, но интересно). Она точно нужна тем, кто:

• часто и подолгу катается вдали от цивилизации, где нет возможности подключиться к сети;
• устал постоянно думать о подзарядке фары или фонарика.

Многим покажется, что повербанк в этом плане гораздо надежней и практичней. Но это не так. Во-первых, его заряд не вечен, и для того, чтобы напитать его энергией, все-таки придется искать розетку. Во-вторых, велосипедисты не любят сложностей, а с повербанком в дороге может случиться все что угодно. Он может намокнуть, неудачно приземлиться или посадочное гнездо засорится мусором.

Динамо-втулка обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогичными источниками энергии.

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.

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.

Пример использования

Как уже мы и говорили, динамо-втулка – весьма полезная в дороге вещица. С ее помощью можно подзарядить севший телефон, навигатор, фотокамеру и много других устройств. Она не выдает постоянный ток, а количество вырабатываемой энергии зависит от нескольких факторов:

1. модели втулки;
2. устройства, которое к ней подключено;
3. окружности колеса;
4. скорости вращения.

Эксперты подсчитали, что для работы динамо-втулки затрачивается приблизительно 3–5% энергии вращения педалей. Эти цифры зависят от дороги. Понятно, что пониматься в гору и без того тяжело, а если еще 5% усилий будет уходить на работу втулки, то это вообще печально. В то же время при подъеме можно просто отключить устройство.

Советы по выбору

Перед тем, как определиться с выбором, нужно решить, с какой целью будет использоваться устройство. Понятно, что периодически от динамо-втулки будет работать и фара. Это значит лишь то, что оба устройства должны подходить друг к другу. В противном случае придется покупать несколько конвертеров.

Грубо говоря, покупать только одну динамо-втулку – весьма сомнительное дело. Думать нужно о комплекте. Далее рассуждаем о том, какие задачи должно выполнять устройство – только подсвечивать дорогу или еще заряжать устройства?

При выборе той или иной динамо-втулки следует обратить внимание на несколько параметров:

• коэффициент мощности;
• совместимость с другими устройствами;
• надежность конструкции;
• наличие буферного аккумулятора.

В продаже есть стандартные динамо-втулки, а есть специфичные устройства (от Shimano, например), позволяющие решить всего несколько проблем. Соответственно, и отталкиваться следует от четко поставленной задачи для динамо-втулки.

Заключение

Компактное устройство, о котором шла речь, повышает уровень комфорта для велосипедиста. Понятно, что динамо-втулка не нужна каждому владельцу байка. Но это небольшое устройство просто необходимо для тех, кто любит много времени проводить в дороге.

Автор статей. Серьезно увлекаюсь велосипедами и мотоциклами. Интересуюсь всем, что связано с активным образом жизни.

Динамо втулка на велосипед: как выбрать

Велосипедный транспорт изобрели двести лет тому назад, но и сегодня он не утратил свою популярность. Катаются на нем не только дети и подростки, но и взрослые. Не станем лукавить, ощущения, получаемые при езде на велотранспорте, не сравнятся с впечатлениями от автомобильного или другого транспорта. Процесс не застаивается на одном месте, с каждым появлением инновационного гаджета изготовители оснащения для великов начинают изобретать что-то новенькое. Один из подобных примеров – велосипедная динамо—втулка. Эта деталь отличается маленькими размерами, но веси достаточно много, зато велогонщик получил возможность поддерживать связь в любом месте, даже самом отдаленном.

Динамо-втулка – что это такое?

Рабочий принцип рассматриваемой детали основан на законе электромагнитного индукционного поля Фарадея. Для такого явления необходимо:

• магнитное поле;
• проводная рамка, находящаяся в его пространстве.

С приведением в движение одного из указанных элементов, в проводе образуется сила электродвижущего характера. При подключении к проводку определенной нагрузки в виде лампы, резистора либо фонарика, начинается рабочий процесс по выдаче свечения. Динамо-машина ручного типа начинает свою работу, если обеспечивается ее кручение рукой. Пожалуй, никто не станет спорить, что такой процесс не назовешь удобным или практичным – затраченное на него время каждый из нас провел бы с большей пользой.

Зато динамо-втулка для велосипедного транспорта представляет собой одно из наиболее удачных приспособлений. Для передвижения на велике необходимо начать вращение педалей, и что нам мешает получаемую энергию использовать в дополнительном русле? К примеру, ее электрозаряд можно частично использовать для гаджета.

В чем заключается необходимость?

Устройство, отличающееся небольшими размерами, способно решить одновременно ряд задач. При помощи такой втулки подзаряжается мобильный телефон, на нее подключают велосипедную фару либо фонарь, чтобы осветить ночную дорогу и обеспечить безопасную и комфортную езду. Динамо-втулка для велосипеда однозначно требуется в случаях, если:

• велосипедист регулярно совершает длительные поездки за город, в места, где подключение к электрической сети отсутствует;
• надоело постоянно контролировать уровень зарядки осветительной фары.

Многие уверены, что повербанк в подобном вопросе более надежен и практичен, но такое мнение считается ошибочным. Уровень заряда его не бесконечен, чтобы дать ему дополнительный заряд энергии, приходится использовать стандартную розетку. Велогонщику лишние сложности не нужны, а повербанк во время поездки может повести себя непредсказуемо. Он подвергается негативному воздействию влажной среды, может упасть и получить повреждения, в гнездо попадает мусор.

Если сравнивать источники энергии, то и динамо-втулки есть ряд неоспоримых достоинств.

Плюсы и минусы применения

Основным и наиболее значимым преимуществом считается ее рабочая возможность: достаточно только начать вращение педалей. Есть и прочие достоинства, к которым относятся:

• небольшие размеры (среди вещей динамо-втулка не занимает много места);
• для такого устройства вибрации не являются помехой, спокойно можно перемещаться по дорогам, не имеющим искусственных покрытий;
• втулка отлично функционирует при любых погодных условиях и температурных режимах;
• нет необходимости искать точку на маршруте движения, где была бы электрическая розетка.

С помощью динамо-втулки можно поддерживать связь даже в тех местах, где ее не сможет обеспечивать батарея с солнечным зарядом либо Power Bank. Это означает, что небольшое приспособление однозначно окажется подходящим всем, кому нравится отправляться в длительные поездки на велосипеде.

К сожалению, определенные недостатки тоже имеются, ведь в нашем мире нет ничего, чтобы работало идеально. Если рассматривать специфику применения динамо, большинство велогонщиков задумываются на определенном моменте – будет ли тяжелее работать педалями и до какой степени, если на велотранспорте появится данный аксессуар?

Над исследованием данного вопроса долгое время работали инженеры и изготовители. Практика доказывает, что определенная степень сопротивления появляется, но она незначительная. Однако некоторые нюансы существуют, и из-за них динамо-втулку нельзя считать безупречным элементом:

мобильного устройства непосредственно от втулки не представляется возможной – понадобится адаптер, более известный под вторым названием «конвертер»;
• ток, который выдается динамо-втулкой, является переменного, а не постоянного типа. К сожалению, чтобы обеспечить работоспособность фонаря, требуется именно второй вариант электрической энергии. Выход есть только в приобретении специальной фары либо установке дополнительного конвертера;
• показатель мощности вырабатываемого электричества в полной мере зависим от частоты вращения педалей. Как только выполняется остановка, фонарь перестает выдавать свет либо продолжает свою работу не более пяти минут (зависит от качества аксессуара);
• помимо динамо-втулки придется установить дополнительную аккумуляторную батарею, которая предназначена для накапливания и выдачи электроэнергии, если втулка функционирует на большом скоростном режиме либо находится в неподвижном состоянии.

Существует еще ряд нюансов, про которые рекомендуется знать любителям велосипедных прогулок, решивших приобрести такое компактное приспособление. Чтобы на большой скорости фара либо конвертер не вышли из строя, в них должна предусматриваться защита от повышенного напряжения. Некоторые модели втулок обеспечены уже встроенной защитой, могут работать, не опасаясь перегрузок. Это относится и к буферным АКБ – зачастую они входят в комплектующий набор для втулки.

Где применяются

Итак, динамо-втулка для велосипеда на 12 вольт – вещь полезная, особенно в поездке. Она обеспечивает подзарядку севшего смартфона, возвращает работоспособность навигатору и фотокамере, активирует и другие устройства. Постоянный электрический ток она не вырабатывает, а мощность получаемой энергии зависит от определенных условий:

• модификации динамо-втулки;
• подключенного к ней устройства;
• диаметра колесного обода;
• частоты вращения педалей.

Специалисты определили, что на работу такой втулки требуется от трех до пяти процентов энергии кручения педалей, и такой показатель зависит от состояния дороги. Естественно, преодолевать подъемы всегда сложнее, и, если при этом до 5 % усилий направляется на поддержание работоспособности втулки, это вообще грустно. Правда, перед тем, как подняться на горку, втулку можно временно отключить.

Рекомендации по выбору

Прежде, чем сделать окончательный выбор, рекомендуется определиться, для каких целей будет применяться данное устройство. Не секрет, что время от времени динамо-втулка будет обеспечивать работу велосипедной фары. Следовательно, два этих устройства должны друг другу соответствовать, иначе придется приобретать и устанавливать дополнительный конвертер.

Говоря иными словами, приобрести только лишь втулку – дело сомнительное, лучше сразу купить полный комплект. Вторым вопросом следует решить, для решения каких задач приобретается втулка – для освещения дорожного покрытия либо еще для подзарядки мобильных устройств?

Выбирая для своего велосипедного транспорта динамо-втулку, рекомендуется обращать пристальное внимание на следующие критерии;

• показатель выдаваемой мощности;
• совмещение с прочими устройствами;
• степень надежности устройства;
• наличие буферной аккумуляторной батарейки.

В магазинах представлены динамо-втулки со стандартными параметрами и некоторые специальные устройства от Шимано и других компаний, способствующие решению нескольких проблемных вопросов одновременно. Следовательно, за основу в выборе динамо следует брать четко намеченные цели.

Заключение

Небольшое по размерам приспособление, возможности и характеристики которого рассмотрены выше, повысит комфортность для любого велогонщика. Естественно, что не всем требуются такие втулки, но, если вы много времени проводите в поездках, динамо на транспортное средство вам потребуется однозначно.

Get in woods!

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.

Если сделать много оборотов рамки в магнитном поле, потечёт переменный ток. Переменный — это не просто больше или меньше, а ещё и меняющий направление. И магическим образом все эти изменения описываются формулой синуса. Ток оказывается синусоидальным.

Линии магнитного поля направлены от одного полюса к другому. Вращаем рамку. Если мы посмотрим на рамку когда она перпендикулярна линиям магнитного поля, площадь рамки будет максимальна, ток тоже. Вращаем дальше, площадь проекции становится меньше, ток меньше. В момент, когда рамка параллельна линиям магнитного поля ток в ней нулевой. Вращаем дальше — ток меняет направление. Вращаем дальше площадь проекции увеличивается, увеличивается величина тока. И так далее.

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?

Магнитопровод, как можно догадаться из названия, проводит магнитное поле. И делает он это гораздо лучше, чем воздух. Магниты расположены на корпусе втулки, а рамка проводника — это медный провод, намотанный на бобину. Как катушка ниток. И сидит она на оси втулки. На слайде изображена половина этой катушки и магниты. Линии магнитного поля проходят от одного полюса к другому, и нужно их как-то пропустить через центр катушки. А до него далеко. Магнитопровод как раз позволяет сконцентрировать и замкнуть через себя линии магнитного поля, и пропустить их вдоль оси втулки через катушку с обмоткой. За счёт множества когтей делается это для всех пар полюсов одновременно. И ещё такая форма должна снижать рывки и вибрации при вращении, насколько я понимаю.

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.

Ездок на длинные дистанции, который крутит целые сутки, производит стабильно 100 Вт мощности. При этом 2.5 Вт затрат из 100 Вт выделяемой мощности, это 2.5 %. Один процент от часа — это 36 секунд. Со средними затратами в 2.5 % он сам себе привезёт 1 минуту 30 секунд на час. Или 36 минут за сутки.

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.

(магистерская диссертация с матмоделями, опытным образцом, и остальными прелестями) (развернутая статья по схемам питания светодиодов от втулок и их влиянию на характеристики втулки) (сравнение втулок разных производителей) (характеристики немецкой втулки, в том числе и вольт-амперные)

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.

Чем больше сопротивление и чем меньше вы потребляете тока от втулки, тем выше будет на ней напряжение. В худшем случае, если вы не подключили ни фару, ни конвертер, втулка работает на холостой ход (open circuit). Можно сказать, что к разъёму питания на втулке подключён только воздух. А его сопротивление огромно — Мега Омы. И при протекании даже небольшого тока напряжение становится большим.

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.

Все ваши электрические соединения должны быть надёжными, и контакт не должен отваливаться. Потому что, как только он это сделает — появится повышенное напряжение. А если потом контакт снова появится, это повышенное напряжение приложится к вашей электронике. Её спасёт защита, но всё равно такой режим работы с дребезгом контакта не очень полезен.

Раз втулка — источник тока, то неё можно запитать не один светодиод в фаре, а штук 6. И соединить светодиоды последовательно, и получить большую мощность. И использовать для этого простенькую схему, без импульсных преобразователей.

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.»

Динамо-втулка для велосипеда

Динамо-втулка — это электрический генератор для велосипеда, встроенный в специальную втулку. Динамо-втулки разработала компания Sturmey-Archer в Англии. В 2010 году в Тайване ими была представлена новая версия динамо-втулки в комбинации с барабанным тормозом. В настоящее время динамо-втулки также производятся компаниями Schmidt и Shimano, которые строго говоря не являются «динамо-втулками», потому что «динамо-втулка» это торговая марка Sturmey-Archer. Купить динамо-втулку Shimano можно и за 50 долларов, но к примеру цена динамо-втулок Supernova может доходить и до 300 долларов.

Мощность классических динамо-втулок составляет 1.8 Вт при напряжении 6 В, тогда как другие велосипедные динамо-машины включая новые динамо-втулки производят 2.4 Вт или 3 Вт. Фары, продававшиеся с классической динамо-втулкой, были точно рассчитаны на эффективное использование низкой мощности. Фара на 2.4 Вт от других динамо-машин в комбинации с задним фонарём на 0.6 Вт, установленная на велосипед с классической динамо-втулкой, будет светить тускло.

Благодаря усовершенствованию технологии магнитов динамо-втулки стали меньше, легче, мощнее. Также намного более эффективными стали источники света — галогеновые лампы или светодиоды, так что теперь современные динамо-машины могут производить в несколько раз больше света, чем классические динамо-втулки.

Динамо-втулки довольно тяжёлые (новые в меньшей степени из-за использования редкоземельных магнитов и алюминиевых оболочек), совершенно бесшумные, У них отсуствуют движущиеся части, вследствии чего практически нет механического трения. Они работают за счёт кольцевидного многополюсного магнита, расположенного внутри корпуса втулки увеличенного размера, вращающегося вокруг прикреплённого к оси неподвижного якоря (катушки). Динамо-втулка имеет очень низкое сопротивление вращению.

Питание фар от динамо-втулок.

Динамо-втулки являются генераторами переменного тока. Как и другие велосипедные генераторы, на высоких скоростях они могут сжечь лампы — за исключением ламп современных фар, в которых установлен полупроводниковый регулятор напряжения. В сравнении с бутылочными динамо-машинами динамо-втулки производят больше света на низких скоростях за счёт того, что у них частота переменного тока ниже. У лампы больше времени на разогрев на каждой амплитуде импульса тока. На низких скоростях фара с питанием от динамо-втулки заметно пульсирует, а фара питаемая бутылочной динамо-машиной только тускло светит.

С возрастанием скорости велосипедного генератора возрастает и частота тока. Это очень полезная закономерность, так как с ростом частоты индуктивность обмотки якоря генератора пропускает переменный ток менее эффективно, что в значительной степени противодействует возрастанию напряжения с ростом скорости. Этот эффект индуктивности позволяет использовать генератор в более широком спектре скоростей. Всё же гонщики должны позаботится о питания ламп или же использовать современную систему освещения с регулятором напряжения.

На сайте Шелдона Брауна можно найти схему простого регулятор напряжения. Если ты хочешь её собрать, то обрати внимание, что с целью предотвращения чрезмерной зарядки при токе ниже 0.3 А нужен установленный в «дневную» позицию никель-кадмиевый или никель-металл-гидридный аккумулятор ёмкостью от 10 ампер-часов (например типичный комплект из пяти высокоёмких никель-металл-гидридных D элементов).

Никель-кадмиевый или никель-металгидридный аккумулятор также может чрезмерно разрядится или получить необратимое повреждениев том случае, если более сильные элементы будут прогонять мощность в обратном направлении через более слабые элементы («изменение полярности»). «Интеллектуальная» система в этом случае отключает зарядку и останавливает разрядку на безопасном уровне. Современные динамо-машины, работающие во время остановки («стояночный свет»), комплектуются светодиодной фарой, а для накопления энергии конденсатором. На случай выхода из строя генератора как запасной вариант можно установить на велосипед передние и боковые дорожные отражатели, практически бесполезные во время движения, но эффективные при остановке.

Когда раньше у меня на тандеме стояла динамо-втулка, лампочка потребляла слишком много энергии. Я решил эту проблему (и некоторые другие) с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя, подав выпрямленный постоянный ток параллельно к 6 вольтному (5 элементов по 1.2 В) никель-кадмиевому аккумулятору. Данная схема не только даёт свет во время остановок, а также позволяет динамо-машине подзарядить никель-кадмиевый аккумулятор и на высоких скоростях, когда напряжение на клемах превышает 6 В, никель-кадмиевый аккумулятор благодаря низкому внутреннему сопротивлению отсасывает избыток энергии, что даёт небольшой дополнительный заряд и обергает лампу от перегорания.

Динамо-втулка, нахоядщаяся по под постоянным напряжением, всегда подсоединена к фаре и во время движения невохможно выключить свет. Конечно можно было для этой цели просто снабдить схему переключателем, но в этом нет никакой необходимости.

Есть три режима работы этой схемы питания аккумуляторной батареи и фар. В «ночном» положении никель-кадмиевые аккумуляторы подключены параллельно с выпрямленным током динамо-втулки, как было описано выше. В «дневном» положении никель-кадмиевые аккумуляторы подключены к фарам и динамо-машине через диод (выпрямитель). Это позволяет динамо-втулке заряжать батарею, когда она крутится достаточно быстро, но не подавать электричество в обратном направлении, чтобы аккумулятор не разряжался от фары.

В позиции «парковка» аккумулятор полностью отключён из-за того, что диоды не идеальны и они создают небольшую утечку тока, разряжающую никель-кадмиевые аккумуляторы.

Динамо-втулки в отличие от большинства велосипедных динамо-машин не используют велосипедную раму как землю и могут быть использованы с приведённой выше схемой. В двухполупериодном выпрямителе цепь переменного тока должна быть отделена от цепи постоянного тока. Поэтому чтобы использовать двух-полупериодное выпрямление, динамо-машина или лампы нужно изолировать от рамы. Динамо-втулки всегда изолированы от рамы, поэтому у них две клеммы и двойной провод.

Выпрямитель для динамо-втулок.

«Выпрямитель» — это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Самым простым видом выпрямителя яляется «диод», представляющий собой однонаправленный клапан в электричестве. Диод, подключенный последовательно с источником переменного тока, пропускает ток только половину времени, когда переменный ток течёт в совместимом направлении. При использовании одного диода не используется половина электричества, что приводит к пульсирующему постоянному току.

Существует простая схема выпрямителя с использованием четырёх диодов, которая называется «мостовой выпрямитель». Она эффективно переключает полярность во время каждого цикла и преобразует переменный ток в постоянный с незначительными потерями. Можно спаять четыре диода вместе в правильной конфигурации, но сейчас проще купить «двухполупериодный мостовой выпрямитель». Учитывая, что динамо-втулка работает на низких напряжениях, при использовании кремниевых диодов возникают значительные потери — 1.4 В. При использовании германиевых диодов они составляют только 0.4 В. Наша более продвинутая схема питания от динамо позволяет значительно уменьшить потери, но она достаточно сложна и под силу только электронным хакерам.