Велогенератор – пристрій, який дозволяє отримати електроенергію за рахунок обертання педалей та передати її на освітлювальні прилади велосипеда чи сторонні електроприлади. За конструкцією велосипедні генератори діляться на кілька типів: втулкові, пляшкові, кареткові та безконтактні.

Сила струму, що видаються, і напруга нерозривно пов'язані з частотою педалювання – швидкістю пересування. Закономірність справедлива всім типів генераторів. Велосипедний генератор видає змінний струм, який стабілізується у постійний за допомогою моста-випрямляча. Його роль можуть грати спаяні діодні лампи або спеціальні пристрої, наприклад, двонапівперіодовий випрямляч.

Динамо-втулка як електродвигун

Динамо-втулка, або втулковий генератор, – звичайна із вбудованим магнітним механізмом. При обертанні утворюються вихрові струми, на виході з втулки механічна енергія перетворюється на струм із заданою силою, напругою та потужністю. На велосипедних динамо-машинах напруга сягає 6В, а потужність – 1.8-2 Вт.

Винахід запатентований англійською компанією Sturmey Archer. У наші дні виробництво активно підтримують інші фірми-виробники – Shimano і Schmidt.

Особливості конструкції втулки-генератора:

• нерухомий якір (обмотка) на осі;
• зафіксований та обертовий разом з втулкою кільцевий магніт;
• клеми та подвійні дроти;
• висока маса.

Динамка Shimano AlfineDH-S701

Втулкове джерело електрики не використовує як заземлення велосипедну раму і разом із лампами ізолюється від неї. У двонапівперіодовому випрямлячі ланцюг змінного струму (на виході) і постійного струму (до фари) повністю відокремлені один від одного.

Динамо-втулки важкі, щоправда, легші магніти рідкісноземельних металів та алюмінієва оболонка дозволили трохи знизити їхню масу. У роботі пристрій має невисокий опір розкручування, а при зростанні кутової швидкості посилюється частота струму. Цей ефект згладжує посилення напруги та дозволяє генератору працювати у широких діапазонах швидкостей.

Фари, якими оснащується генератор втулки, мають вбудований стабілізатор струму. При підключенні іншої фари в коло встановлюється окремий випрямляч, щоб не спалити електроприлад. Яскравість фари залежить від її вимог до джерела енергії та, власне, вихідної напруги втулки. Чим більше невідповідності в меншу сторону (фара потужніша), тим світло буде тьмяніше. У протилежній ситуації джерело світла не працюватиме.

Пляшковий велогенератор: особливості, плюси та мінуси

Познайомимося з іншим джерелом енергії – пляшковим, чи «шинним» перетворювачем.

Пляшковий електрогенератор - закритий корпус з гумовим роликом, що обертається зовні, закріплений на передню вилку. У корпусі знаходиться безпосередньо перетворюючий пристрій - обмотка та магніти. Рух магнітного поля досягається за рахунок зачеплення ролика з покришкою та прямої передачі на нього механічної енергії з колеса. Чим вище швидкість руху, тим сильніша полярність усередині генератора і більше напруга, що видається.

«Пляшка» боїться падіння велосипеда

Переваги «пляшок»:

• можливість відключити через непотрібність - досить відсунути ролик вбік;
• легко встановити будь-який тип велосипеда;
• недорогі в порівнянні з втулковими генераторами.

До слабких сторін належать:

• ваговий перекіс: маса близько 250 г, кріпиться «пляшка» з одного боку;
• низька ефективність у мокру погоду – ролик прослизає покришці;
• шум, високе тертя на швидкостях;
• знос боковин покришок;
• довго регулювати нахил та положення.

Окремо варто згадати каретковий велосипедний генератор. Корпус його закріплений в області педального вузла - каретки, під нижнім пір'ям. Обертання магнітного пристрою задається роликом, який знаходиться в зачепленні із заднім колесом байка. Фіксацію ролика на шині забезпечує затискна пружина.

Безконтактний велосипедний генератор

Пляшковий і каретковий генератори видають електроенергію, стикаючись з колесом, що рухається. Динамо-втулка є вбудованим елементом колеса. Безконтактний генератор ніяк не торкається колеса, не створює сил тертя і опору обертанню. Вихрові струми утворюються за рахунок близького розташування площини обертання намагніченого обода та сильного магніту.

Фари вбудовані прямо в пристрій, передача електрики йде безпосередньо через міст, що випрямляє. До незаперечних переваг цього генератора відносяться:

• відсутність кабелів;
• немає сили тертя та опору з боку пристрою;
• невелика вага конструкції – не більше 60 г.

Безконтактні джерела енергії можна сміливо застосовувати на шосейних велосипедах для далеких подорожей

Прилади кріпляться парно: на вилку – передня фара, на перо – задній катафот. Фактично це самостійні ліхтарики, тільки вони працюють не від батарейок, а через обертання коліс у магнітному полі. Світність ламп на рівні або перевищує аналогічний параметр акумуляторних світлових приладів.

При уповільненні колеса інтенсивність вихрових струмів знижується, лампочки повинні тьмяніти, а при зупинці колеса повністю гаснути. Для забезпечення рівномірного світла та можливості використовувати світло навіть на стоянці, у конструкції передбачений конденсатор («батарея» для отримання електроенергії), який наповнюється під час руху велосипеда.

Як зробити генератор своїми руками

А зараз спробуємо зробити генератор для велосипеда самостійно. Як основу використовуватимемо кроковий мотор. Для живлення світлових приладів знадобиться двигун із характеристиками:

• номінальний струм - 2.4 А;
• опір - 1.2 Ом;
• напруга, що видається - 2.88 В.

Встановлювати динамо-машину слід поблизу втулки заднього колеса. Для передачі обертання від колеса на маховичок (прогумоване колесо) двигуна необхідно передавальне кільце. Для його створення буде потрібна гнучка пластикова стрічка. Виготовлення:

1. Скрутити стрічки у кільце, заваривши кінці.
2. Вирізати посадкові прорізи збоку під кожну спицю колеса. Глибина прорізів – від товщини кільця.
3. Посадити кільце на спиці, залити клеєм-герметиком прорізи із внутрішньої сторони у кожної спиці.

Коли кільце готове, на вільні місця до пір'я прикручується кроковий мотор, а маховик встановлюється поверх кільця. Якщо вільних місць для двигуна немає, потрібно буде наварити на раму додаткову пластину з отворами.

Загальна схема створення генератора своїми руками: генератор - збирання електричної схеми (мости, резистори, конденсатори) - з'єднання - установка фар.

Для складання електричного блоку на фари знадобляться:

• світлодіоди 1N4004 - 8 шт (міст-перетворювач);
• стабілізатор LM317T;
• конденсатор керамічний ємністю 1 мкФ;
• резистори 240 Ом та 820 Ом для стабілізатора;
• діод потужністю 1Вт та резистор до нього 110 Ом (0.25 Вт);
• дроти;
• пластикова коробка, де все буде.

Збираємо компоненти з урахуванням наступної схеми:

Інший варіант цієї схеми:

Електроланцюг своїми руками

Послідовність збирання:

1. Спаяти діоди 1N4004 у паралельні мости.
2. Припаяти конденсатор між «позитивним» та «негативним» кінцями схеми.
3. Встановити резистори та стабілізатор напруги.
4. Припаяти світлодіод (1Вт) та резистор до ланцюга фари.
5. Через дроти з'єднати фару з конденсаторами, а потім електричний ланцюг з генератором на задньому колесі.
6. Щоб вимкнути лампу навіть під час їзди на велосипеді, на проміжку між конденсаторами та встановити вимикач, який замикатиме і розмикатиме ланцюг.

Саморобний електрогенератор на заднє колесо велосипеда

Корпус з електричною схемою закріплюється на рамі велосипеда, дроти фіксуємо хомутиками.

На останньому етапі перевіряється робота системи: коліщатко має вільно проходити по колесу і рухатися синхронно з ним. При правильно зібраній електричній схемі з конденсаторів, резисторів та мостів-випрямлячів фара увімкнеться. Щоправда, на низьких обертах колеса її світло мерехтітиме.

Висновок

Електрогенератор дозволить отримати додаткову вигоду від кручення педалей – абсолютно «безкоштовно» отримувати енергію на освітлення свого двоколісного транспорту під час руху темним шосе або пересіченою місцевістю. Невеликий і корисний, цей пристрій практично не потребує обслуговування, і його цілком можна зібрати самостійно.

Усім знайома ситуація - чекаєш на важливий дзвінок і ось невезуха, акумулятор телефону розрядився, а ви на вулиці. Сьогодні на ринку, звичайно, можна знайти альтернативні зарядні пристрої, зокрема на сонячних батареях. Але як правило, сонячні батареї мають низький ККД (не більше 15-17%) і не встигають заряджати мобільний телефон, інколи ж процес зарядки займає до 6 годин.

Можна звичайно використовувати зарядні пристрої від однієї пальчикової батарейки, але зазвичай такі аксесуари призначені тільки для підзарядки, і батарея швидко розряджається.

У результаті було вирішено зібрати компактний зарядний пристрій із вбудованим генератором постійного струму. Відомо, що для зарядки малопотужних автономних пристроїв (мобільний телефон, приймачі, плеєри тощо) потрібно мати робочу напругу не менше 4.5-4.8 вольт, отже потрібно застосувати відповідні акумулятори, але вони займають чимало місця, тому було вирішено використовувати DC- DC перетворювач напруги 1,5-6 вольт. Перетворювач був використаний вже готовий від зарядного пристрою на одній батарейці (куплено за 130 рублів). Перетворювач досить компактний і має високий ккд нижче за параметри перетворювача.

Вхідна напруга – 1.2-1.7 вольт
Струм споживання - до 2 ампер
Вихідна напруга - 5,5 вольт
Вихідний струм – до 500 мА
Дросель зручно мотати на кільці від енергозберігаючої лампи, містить 9 витків дроту 0.3мм.

Суть роботи пристрою досить проста – генератор обертається, заряджає вбудований акумулятор, при підключенні навантаження (у нашому випадку телефон) на вихід перетворювача, останній вмикається та заряджає його. У процес заряджання можна підзарядити резервне джерело, обертанням генератора.

Як генератор використовувався електродвигун від касетного плеєра. При 2500 об/хв генератор здатний дати до 8 вольт напруги при струмі до 850 мА! Погодьтеся чимало для такого малюка.

Для того, щоб забезпечити необхідну кількість обертів, було використано редуктор. На щастя, знайшлася стара іграшка з вбудованим редуктором, число передач всього 2, але цього вистачить для нормальної зарядки резервного акумулятора. Таку "коробку" передач можна виготовити від дисковода непотрібного двд програвача або комп'ютера, там є все необхідне, головне забезпечити генератору більше 300 об/хв, при таких обертах він вільно видає 2-2,5 вольт, що цілком вистачає для заряджання резервного джерела.

Як резервне джерело використовувалася одна банка нікель метал гібридного акумулятора з напругою 1.2 вольт, ємністю 1200 мА, хоча можна використовувати акумулятори з будь-якою ємністю. На плюс генератора необхідно підключити діод у прямому напрямку, щоб запобігти подачі зворотної напруги на генератор, інакше останній буде працювати як електродвигун.

Основою є високоякісний DC-DC перетворювач на мікросхемі ZHDZ5.

Мікросхема досить поширена, можна придбати в радіомагазині за 1$, хоча можна купити готову зарядку від батарейки всього за 3$.

Особливістю даного перетворювача є те, що він включається тільки тоді, коли на вихід підключено навантаження, про це йшлося на початку статті.007G, він же - MMBR5031LT1, високочастотний кремнієвий NPN транзистор. Сама схема проста і забезпечує високий ККД, всі компоненти у SMD виконанні, тому все так мініатюрно.

Готовий пристрій слід доповнити гніздом для підключення зарядних кабелів різних автономних пристроїв. У результаті вийшов досить компактний універсальний зарядний пристрій, який завжди виручить, незалежно від погодних умов та інших факторів.

Список радіоелементів

Позначення	Тип	Номінал	Кількість	Примітка	Магазин	Мій блокнот
	Мікросхема	NCP1400A	1	Маркування: ZHDZ5		До блокноту
	Транзистор	MMBR5031LT1	1	Маркування: 007G		До блокноту
	Діод Шоттки	SS14	1			До блокноту
	Конденсатор	70 нФ	1

Генератором електричної енергії називається пристрій, що перетворює хімічну, механічну або теплову енергію електричний струм. Таким генератором, що використовується на велосипедах для живлення задніх ліхтарів та передньої фари, є динамо-машина.

Різновиди

Розглянемо існуючі види велосипедних динамо-машин заводського виконання.

Пляшкова

Цей вид велосипедного генератора є найбільш доступним і простим. Однак його потужність не найбільша з усіх видів. Привідний ролик генератора обертається за рахунок торкання протектора шини колеса під час руху.

Втулкова динамо-машина

Динамо-втулка за своїм пристроєм є осьовою динамо-машиною. Виконання таких моделей може бути різного виду. Вартість втулкового генератора досить висока. Установка складніша, порівняно з пляшковим варіантом.

При придбанні необхідно перевірити кількість спиць та метод фіксації настановного колеса. До переваг втулкового генератора відноситься його захищеність від вологи, на відміну від пляшкового генератора, приводний ролик якого в сиру погоду прослизає по шині велосипеда. Пристрій укладено всередині колеса втулки, і робота походить від його обертання.

До недоліків такого пристрою відноситься те, що вимкнути роботу генератора втулки не вийде.

Ланцюгова

Ланцюговий варіант велосипедного генератора зустрічається досить рідко. Проте є кілька різних виконань цього виду. Пристрій може оснащуватися USB-портом для заряджання мобільних гаджетів.

Недоліком такої конструкції є малий термін служби, тому що при експлуатації відбувається вплив металевого велосипедного ланцюга на пластикові елементи генератора.

Безконтактна

Це оригінальна динамо-машина із безконтактним принципом дії. Колесо велосипеда відіграє роль ротора. На колесо фіксується спеціальний обруч, на якому закріплено 28 магнітів. Вони розташовані по черзі, із різними полюсами.

Статором є індукційна котушка, у якій виробляється електричний струм. У цю систему включено акумуляторну батарею для накопичення енергії. За словами виробника для забезпечення нормального світлового потоку достатньо рухатися зі швидкістю 15 км на годину.

Достоїнствами цієї конструкції є:

• Відсутність тертьових елементів.
• Безшумна експлуатація.
• Необмежений термін експлуатації (крім акумуляторної батареї).

Недоліком безконтактної моделі є мінімальна ємність акумуляторів. Її вистачає лише на кілька хвилин. Однак багато умільців легко виправляють цей недолік різними способами, у тому числі заміною батареї на потужнішу.

Інші конструкції

В даний час дуже популярні різні цікаві пристрої, виготовлені в Китаї. Іноді бачиш такі пристрої, які раніше не виробляли. Навіть їхній принцип дії не завжди зрозумілий, проте вони працюють.

Такий китайський пристрій можна назвати велогенератором майбутнього. Динамо-машина з піднебесної виглядає за аналогією до фантастичних фільмів. Судячи з зовнішнього вигляду, для її функціонування немає необхідності в контакті з колесом шини або ланцюгом. Також немає жодних магнітів.

Принцип її роботи не зовсім зрозумілий. Можливо, це технологічний секрет заводу виробника.

Конструктивні особливості та робота

Найбільш популярною моделлю динамо-машини на велосипедах є її пляшкова конструкція, за нею йде динамо-втулка. Інші види використовуються значно рідше. Тому розглянемо найпоширеніші моделі.

Динамо-пляшка

Динамо-машина пляшкового вигляду працює на бічній частині передньої шини велосипеда. Виконана у вигляді невеликого генератора електричної енергії та служить для роботи заднього ліхтаря та передньої фари велосипеда, а також зарядки електронних мобільних пристроїв.

Такий міні-генератор може монтуватись як на переднє колесо, так і на заднє. У першому випадку пристрій може поєднуватися з вбудованим ліхтарем. Для відключення генератора передбачено спеціальний відкидний механізм, що фіксує корпус генератора в тому положенні, коли немає зіткнення з шиною велосипеда.

Назва цього пристрою походить від зовнішньої схожості форми з пляшкою. Пляшковий велогенератор має й іншу назву – бічне динамо. Привідний гумовий або металевий ролик обертається на боці шини колеса. При русі велосипеда шина надає обертальний рух ролику велогенератора, який виробляє електричний струм.

Переваги

• Вимкнений привід генератора не чинить опору руху велосипеда. При увімкненому генераторі велосипедисту доводиться прикладати більше сили для руху. Динамо-втулка на відміну від пляшкового велогенератора завжди чинить опір обертанню колеса, хоча значення цього опору незначне. Якщо пляшковий велогенератор увімкнений, але ліхтарі та фара не підключені до живлення, то опір руху велосипеда менший.
• Легка та проста установка . Такий пристрій легко встановити на будь-який велосипед, на відміну від генератора втулки, для установки якого необхідна збірка всього динамо-колеса зі спицями.
• Невелика вартість . Такі моделі зазвичай коштують дешевше від інших видів велосипедних генераторів, хоча бувають і винятки з цього правила.

Недоліки

• Складне налаштування . Потрібне ретельне налаштування та регулювання зіткнення з покришкою колеса під певним кутом, тиском у шині, висотою. Якщо велосипед впаде або ослабнуть фіксуючі гвинти, генератор може бути пошкоджений. Неправильно відрегульований пристрій генератора видаватиме багато шуму, створюватиме надмірний опір, прослизатиме по колесу. Якщо гвинти кріплення занадто ослабнуть, то механізм може зрушити з місця і потрапити в спиці колеса, що призведе до поломки спиць і виходу велосипедного колеса з ладу. Деякі велогенератори оснащені спеціальними петлями, що оберігають їхнє потрапляння в спиці.
• Для перемикання потрібне фізичне зусилля . Щоб привести в дію генератор, необхідно перемістити корпус до контакту з колесом. Втулкові генератори можуть включатись автоматично або за допомогою електроніки. Для цього не потрібно докладати зусиль.
• Підвищений шум . При експлуатації чути шум у вигляді дзижчання, у той час як динамо-втулки не створюють шуму.
• Зношування шини колеса . Для експлуатації генератора потрібен зіткнення з шиною, в результаті відбувається тертя та знос покришки. Якщо порівняти з динамо-втулкою, то там тертя з шиною відсутнє.
• Опір руху . Пляшкова динамо-машина значно більше опір руху велосипеда, ніж втулкова модель. Однак при правильному налаштуванні опір незначний, а у відключеному вигляді відсутня.
• Прослизання. При сирій дощовій погоді приводний ролик пляшкового генератора ковзатиме по шині колеса, що зменшує вироблення електричного струму та знижує яскравість світла фари та заднього ліхтаря. Втулкові генератори не вимагають роботи хорошого зчеплення з покришкою, і залежить від погоди та інших несприятливих умов.

Динамо-втулка

Втулкова конструкція велогенератора розроблена в Англії, а виробляється різними фірмами у багатьох країнах. Потужність такої конструкції може досягати 3 ват при напрузі 6 вольт. Технології їх виготовлення постійно вдосконалюються, розміри конструкції стають меншими та потужнішими. Сучасні фари для велосипеда стали випромінювати ефективніше світло, оскільки застосовуються і.

Динамо-втулки при роботі не створюють шуму, але їхня маса більша, ніж у інших моделей. Трючі частини у втулковому варіанті пристрою відсутні. Вони функціонують за рахунок магніту, що має безліч полюсів, та виконаного у вигляді кільця. Він знаходиться в корпусі втулки і обертається навколо нерухомого якоря з котушкою, що зафіксована на осі. Опір обертанню такої конструкції дуже незначний.

Динамо-втулки виробляють змінний струм. На малих швидкостях виробляється більше електрики, порівняно з пляшковою моделлю за рахунок низької частоти струму. Існують схеми випрямлячів для динамо-машини. Вони виконані за простою схемою моста із чотирьох діодів.

Динамо-машина втулка виробляє низьку напругу, тому при застосуванні кремнієвих діодів втрати становлять значну величину – 1,4 вольта. З германієвими діодами втрати знижуються, і становлять лише 0,4 вольта.

Принцип роботи динамо-машини

Динамо-машина виробляє електричний струм за допомогою ефекту електромагнітної індукції. Ротор обертається в магнітному полі, у результаті в обмотці виникає електричний струм. Кінці обмотки ротора підключені до колектора, виконаного у вигляді кілець. Через них за допомогою щіток, що притискаються, електричний струм надходить в мережу.

Струм в обмотці має максимальне значення, якщо ротор знаходиться перпендикулярно до магнітних ліній. Чим більший кут повороту обмотки, тим менше струм. Обертання обмотки в магнітному полі змінює напрямок струму за один оборот два рази. Тому струм називають змінним.

Подібний генератор для постійного струму виготовляється на цьому принципі. Різниця у деяких деталях. Кінці обмотки з'єднують не з кільцями, а з півкільцями, які ізольовані один від одного. При обертанні обмотки щітка контактує по черзі з кожним півкільцем. Тому струм, що надходить на щітки, матиме лише один напрямок та буде постійним.

Зараз багато цифрової техніки виходить із ладу, комп'ютери, принтери, сканери. Час такий – старий замінюється новим. Але техніка, що вийшла з ладу, ще може послужити, хоч і не вся, але окремі її частини вже точно.
Ось, наприклад, у принтерах і сканерах використовуються крокові двигуни різних розмірів та потужностей. Справа в тому, що вони можуть працювати не тільки як двигуни, а й як генератори струму. Фактично це чотирифазний генератор струму вже є. І якщо прикласти до двигуна навіть невеликий момент, що крутить, - на виході з'явиться значно велика напруга, якої цілком вистачить, щоб зарядити малопотужні акумулятори.
Я пропоную зробити механічний динамо ліхтарик із крокового двигуна принтера чи сканера.

Виготовлення ліхтарика

Перше, що потрібно зробити, це знайти відповідний кроковий двигун невеликих розмірів. Хоча, якщо ви хочете зробити ліхтарик більшим і помічнішим - беріть великий двигун.

Далі мені знадобиться корпус. Я взяв готовий. Ви можете взяти мильниці, або взагалі склеїти корпус самостійно.

Робимо отвір під кроковий двигун.

Встановлюємо та приміряємо кроковий двигун.

Від старого ліхтарика беремо передню панель із відбивачами та світлодіодами. Все це можна звісно зробити і самому.

Випилюємо паз під фару.

Встановлюємо світило від старого ліхтарика.

Робимо виріз під кнопку та встановлюємо її в паз.

На вільній ділянці розміщуємо плату, на якій розміщуватимуться електронні компоненти.

Електроніка ліхтарика

Схема

Щоб світлодіоди світили їм потрібен постійний струм. Генератор виробляє змінний, тому потрібен чотирифазний випрямляч, який збиратиме струм з усіх обмоток двигуна і концентруватиме його в одному ланцюгу.

Далі отриманий струм заряджатиме акумулятори, які зберігатимуть отриманий струм. В принципі, можна обійтися і без акумуляторів - використовуючи потужний конденсатор, але тоді буде тільки в момент кручення генератора.
Хоча є ще одна альтернатива - використовувати іоністор, але для його заряджання знадобиться значний час.
Збираємо плату за схемою.

Усі частини ліхтарика готові до збирання.

Складання динамо ліхтаря

Прикріплюємо плату на шурупи.

Ставимо кроковий двигун і припаюємо його дроти до плати.

Підключаємо дроти до вимикача та фари.

Ось майже зібраний ліхтар із усіма частинами.

Генератор, що дозволяє отримати електричну енергію завдяки обертанню (механічної енергії), називається динамо-машиною. Постійний струм, що нею виробляється, у зв'язку зі своїми якостями застосовується в побуті не так часто, як змінний. Усі електростанції оснащені гігантськими генераторами змінного струму (альтернаторами). Незважаючи на це, динамо-машина залишається актуальним пристроєм, який добре служить в деяких електротехнічних областях, наприклад, при зарядці акумуляторів. Тому невеликий генератор, зібраний своїми руками, завжди знайде застосування.

Хто винайшов динамо-машину і як вона влаштована?

В 1831 англійський фізик Фарадей виявив незвичайне електромагнітне явище. У мідному дроті під час обертання між магнітними полюсами виникало електромагнітне поле. Саме він порушив рух електронів провідником. На основі досліджень фізик сформулював закон електромагнітної індукції. Провідником служив мідний дріт, накручений на стрижень з металу, що має магнітну властивість. Коли магнітні частинки в стрижні розташовувалися відповідно до полюсів, він перетворювався на магніт і притягував до себе металеві предмети. Щоб намагнітити стрижень можна використовувати котушку або постійний магніт. Ефект виникне при сильному обертанні одного електромагніту навколо іншого.

У тому ж році з'явився прилад для перетворення електричної енергії на механічну. Перші електродвигуни нагадували парові машини: тільки замість циліндрів встановлювали електромагніти, замість поршнів – металеві якорі.

У 1834 році російський академік Борис Якобі створив перший електродвигун з якорем, що обертається. Через 4 роки академік застосував удосконалений електромотор на першому у світі моторному човні. Перший у світі генератор змінного струму був збудований Павлом Яблочковим. А воістину революційним став винахід іншого російського вченого М. Доливо-Довольського – генератор трифазного струму.

Динамо-машина своїми руками, її елементи

Для того щоб побудувати динамо-машину, потрібні такі основні елементи, як корпус, якір обертається, колектор, щіткотримач, щітки, мідний дріт з ізоляцією.

Розглянемо підготовку кожного елемента окремо.

Пристрій динамо-машини
Корпус	Існують різні варіанти виготовлення корпусу. Він підійде консервна банка, відрізок труби (діаметр 100 мм). По-перше, треба вирізати дно банки та обтяжити корпус. Для цього з внутрішньої або зовнішньої сторони банки дуже щільно в кілька рядів навернемо смужку із заліза такої самої ширини. Потім приклепуємо або припаюємо смужку до корпусу. По-друге, з жерсті або заліза виготовляємо сердечники для електромагнітів та черевики для них. Беремо смужки жерсті по ширині корпусу, згинаємо, накладаємо один на одного, скріплюємо залізним дротом і припаюємо їх бортами. До отворів у корпусі, розташованим навпроти один одного, кріпимо сердечники. За допомогою шурупів привертаємо корпус до колодки (дерев'яної чи металевої). У корпусі робимо дві підшипникові смужки (латунь або товста бляха, розмір 110х20 мм) та стійку (80х20 мм) для закріплення якоря. Смужки спаюємо хрестом, у центрі робимо отвір діаметром осі. Такий же отвір у стійці 10 мм від кінця. В отвори підшипників можна впаяти мідні трубочки (10-15 мм з діаметром 8 мм). До корпусу перший підшипник припаюємо кінцями смуг, після чого система вигнеться назовні.
Якір, що обертається	Виготовляти якір треба ретельно, тому що від нього багато в чому залежить, як працюватиме динамо-машина. Можна зібрати якір із жерстяних пластин. Товщина всіх пластин повинна дорівнювати товщині корпусу (50 мм), при їх виготовленні потрібна особлива точність. Із заліза доведеться вирізати приблизно 120 кіл (по 46 мм у діаметрі). Кожне коло ділимо на вісім секторів за допомогою циркуля, робимо розмітку через центр кола, у центрі кіл проводимо по два кола діаметром 8 та 38 мм. На перетині великого кола з лініями секторів проводимо ще кола по 8 мм. На всіх круглих пластинах, де розкреслили кола, з точністю просвердлюємо вісім отворів по 8 мм. Щільно скріплюємо пластини гайками і надягаємо на вісь, повинен вийти якір з круглими поздовжніми пазами. Гострі кути в пазах заокруглюємо напилком.

Виготовлення колектора та щіткотримача

При складанні динамо-машини, зокрема колектора та щіткотримачів, потрібна увага та акуратність.

Колектор		Колектор можна виготовити із трубки (мідь, латунь) або зібрати із пластин. Потрібна трубка діаметром 20-25 мм і довжиною 25-30 мм, яка розпилюється на 4 рівні частини. У пластинах просвердлюються по два двоміліметрові отвори. Потім вирізаємо циліндр (діаметр 20-25 мм, довжина 25 мм) з фібри або ебоніту, підійде сухе дерево. У центрі циліндра робимо отвір, щоб він міг увійти на вісь якоря. Пластинки кріпимо до циліндра за допомогою дрібних шурупів, щоразу залишаючи між ними простір 1-2 мм. Можна використовувати скручування з дроту та ізоляційну стрічку. Шурупи не повинні торкатися осі, інакше буде замикання. Зазори між пластинами заповнюємо каніфоллю.
Щіткотримач та щітки		Щіткотримач із щітками застосовується для зняття напруги в колекторі. Щітки повинні висуватися та повертатися навколо осі якоря, щоб змінювати силу та кут натиску на колектор. Основу товщиною 10 мм виготовимо з фібри, ебоніту або пропарафінованого дерева. Просвердлимо в ньому три отвори, щоб для двох крайніх підійшли болти. Беремо болти з міді чи радіоконтакти по 35 мм. Болтики, що закріплюють щітки, крутимо з гайками для затиску. Отвір у центрі має дорівнювати діаметру трубки з міді, яка використовувалася для першого підшипника в корпусі. Навпроти центрального отвору в торці колодки просвердлюємо наскрізний отвір і робимо нарізку під гвинт, що кріпить. Беремо гвинт (для дерева – шуруп) з прорізом або гранями на головці. Робимо отвір трохи менше діаметра гвинта, повертаємо гвинт. Спочатку на 2-3 обороти ввернути, потім вивернути, повторюючи до тих пір, поки він не буде вільно входити на три обороти. Потім точно гвинтом обробляємо наступний прохід. Робимо підшипникову стійку, у верхньому кінці якої просвердлюємо отвір, вставляємо відрізок мідної трубки та припаюємо. Щітки можна зробити різними способами з мідних, латунних пластин або приготувати вугільні щітки. Це можуть бути пластини завдовжки 40-50 мм із перетином 10-15 мм. На кінці щітки просвердлюємо довгастий наскрізний отвір довжиною 20 мм під болтики. Такий отвір дозволить змінювати тиск, наближаючи щітки до колектора. Кріпимо щітки шайбами. Щоб щітки щільно торкалися колектора, заточуємо їх кінці навскіс.

Обмотка

Для обмотки будемо використовувати мідний дріт із паперовою ізоляцією перетином 0,5-0,8 мм. Необхідно придбати півкілограма дроту, товщина якого впливатиме на напругу та силу струму. Наприклад, при обмотці дротом 0,5 мм вироблятиметься 25 вольт при силі струму 1 ампер, якщо взяти дріт 0,8 - 8 вольт при силі 3 ампера. Перед початком робіт дріт ділимо на дві частини. Для обмотки електромагніта потрібно 450 г дроту 0,5 і 60 г для обмотки якоря. Якщо купили дріт 0,8, для електромагніту відкладемо 430 г, а якоря - 70 г.

Складання динамо

Динамо-машина своїми руками збирається у кілька етапів:

1. Для основи підготуємо дошку розміром 150х200 мм, завтовшки 30 мм. Просвердлимо два отвори з країв кільця електромагнітів.
2. Кріпимо корпус до основи двома шурупами так, щоб електромагніти розташувалися на одній горизонтальній лінії навпроти один одного.
3. До боків корпусу, щоб він міцно сидів, підкладаємо дерев'яні брусочки і пригвинчуємо їх до основи.
4. Потім через підшипник на корпусі пропускаємо вільний край осі якоря. Вставляємо його на місце між електромагнітами.
5. На підшипник підшипникової стійки з внутрішньої сторони надягаємо щіткотримач зі щітками і вставляємо кінець осі якоря з колектором. На колектор попередньо повинна бути одягнена товста металічна шайба або кільце з дроту.
6. Встановлюємо якір так, щоб він при обертанні між електромагнітами не зачіпав їх і знаходився від них на одній відстані. Стійка кріпиться на основу двома шурупами.

Регулювання динамо-машини

• Закріплюємо щітки так, щоб вони злегка торкалися колектора і сильно не загальмовували його обертання.
• Перевіримо правильність з'єднань, відсутність обривів та замикань. Підключаємо до механізму батарею 15-20 вольт. Якщо двигун працює, якір швидко обертається, значить, динамо-машина своїми руками зібрана правильно.
• Після перевірки динамо-машину з'єднуємо з приводом, наприклад від ножної швейної машини. До щіток приєднуємо напругу від батареї в 10 вольт, щоб намагнітити електромагніти. Через хвилину батарея повинна вимкнутись, тоді починаємо швидко обертати якір за допомогою приводу. До дротів від щіток підключаємо вольтметр або лампу 12 вольт. Якщо все зібрано правильно, вольтметр показуватиме напругу, а лампочка - розжарюватися.
• За допомогою рівномірного обертання якоря треба злегка повернути щіткотримач у бік обертання якоря, тоді щітки менше іскритимуть і краще зніматимуть напругу. Досвідченим шляхом відрегулюємо встановлення щіток.

Динамо-машина для велосипеда

Невеликий генератор для велосипеда встановлюється на бічній стінці шини. Він дозволяє заряджати акумулятори мобільних телефонів, приймачів та інших пристроїв, запалює фари. Пляшкова динамо-машина називається ще й бічним динамо. При їзді покришка надає руху ролик динамо, що обертає електрогенератор.

Для велосипедного генератора можна взяти динамо-втулку, динамо-каретку. Підійде безконтактна динамо-машина. Телефон вона зможе зарядити цілком вдало.

• Пляшковий генератор під час роботи створює опір при їзді і вимагає більше зусиль для прокручування, ніж динамо-втулка. Правильне регулювання допоможе зменшити опір.
• Пляшкова динамо-машина для велосипеда зношує шину на відміну від динамо-втулки.
• При вологості ролик динамо-пляшки можна буде прослизати по покришці, що значно знизить кількість енергії, що виробляється.
• Для динамо-втулки не потрібне хороше зчеплення та герметизація. Вони не видають шуму, на відміну від динамо-машин.

Експлуатація динамо-машини для велосипеда

Ретельна установка динамо дуже важлива, при цьому треба врахувати кут, висоту та тиск. Для запуску велосипедна динамо-машина пляшкового типу переміщається та приєднується, а динамо-втулка просто вмикається вручну або автоматично.

Експлуатувати динамо треба за інструкцією.

1. Перед тим, як крутити педалі, перевіряємо вольтметр. Він має показувати напругу (12-13).
2. Вибираємо режим низької потужності, включаємо генератор, повинна загорітися лампочка індикатора.
3. Крутимо педалі, поступово збільшуючи швидкість, до включення генератора. Лампочка згасла, на вольтметрі значення 13-14. Крутити педалі треба швидко, щоб схема могла підтримувати потужність.
4. Вело динамо-машина працює більш ефективно за високої потужності. При важких навантаженнях краще запускати генератор на низьку потужність, а після відключення навантаження переключити на високу.

Динамо-зарядник

У польових умовах завжди знадобиться проста «крутилка», динамо-машина для заряджання телефону. Актуальними є зарядники із вбудованим акумулятором. Зустрічаються механічні зарядники, які також не займають багато місця. Багато сучасних «крутилок» забезпечені ліхтариками.

Ці пристрої цілком успішно заряджають мобільні телефони. Наприклад, при обертанні ручки 2-3 оберти на секунду можна отримати значення коефіцієнта від 0.65 до 2.5. Пару хвилин покрутив і можна говорити телефоном від 2 до 5 хвилин. Все залежить від моделі та умов прийому. Ручна динамо-машина не зможе постачати потужний смартфон з великим дисплеєм. Механічна зарядка забезпечить результат у зв'язку з простим телефоном разом із гарнітурою hands-free.

Зарядка динамо-машина спрацює результативно при акумуляторі, що повністю розрядився, але підвищити заряд телефону крученням рукоятки можна тільки до 50%. Коли акумулятор розряджений лише наполовину, «крутилка» стає марною іграшкою. Якщо в інструкції вказано максимальний струм зарядки - 400 mA з потужністю 2 Вт, то додаткову енергію вичавити не вдасться навіть при швидкому обертанні рукоятки.

Потужний генератор своїми руками

Потужний генератор електроенергії можна зібрати за допомогою старого велосипеда без вісімок на задньому колесі. Підійде 28-дюймове колесо і передня зірочка на 52 зуби, але можливі інші варіанти, наприклад, 26-дюймове і зірочка на 46 зубів. Насамперед знімаємо непотрібні деталі: переднє колесо, покришки, перемикач передач, гальма. Встановлюємо велосипед на підставку.

Генератор повинен бути автономним з двома великими клемами та однією маленькою. Дві великі клеми з'єднуємо разом, утворюючи плюс, а маленьку – з індикаторною лампочкою. Клему заземлення з'єднуємо із корпусом (мінус). Чистимо генератор, знімаємо з нього вентилятор охолодження. Закріплюємо генератор на кронштейні за сидінням, шпиндель повинен бути зовні на 10-12 см від обода. Підбираємо ремінь, бажано зубчастий, коло приблизно 82 дюйми. Для коліс по 26 дюймів підійдуть ремені A78, а для 27-дюймових коліс – A80.

Для регулювання натягу генератора змінного струму використовуємо натягувач пружинного типу. Ремінь не треба затягувати сильно, тому що крутний момент досить низький. На кермо закріплюємо вольтметр, вимикач та лампочку. Якщо в будинку є діти, необхідно захистити рухомі частини механізму, щоб унеможливити травматизму.