Тема создана с целью поиска технической помощи в доведении идеи создания «на колене» бесконтактного генератора для велосипеда.
Я прекрасно понимаю, что динамо-втулку купить проще и дешевле чем «изобретать» свою конструкцию (на эксперименты с использованием бесконтактной генерации электроэнергии на велосипеде я уже извел денег, которых бы хватило на динамо-втулку). Однако, хочется уже допилить «народный генератор», который любой бы мог собрать за какие-нибудь 200-400р (это уже как мне в креативе повезет).

Сразу скажу, что сама идея предлагаемого генератора не моя, и имеет промышленные реализации на западе и кустарные в России. Правда содержание этих генераторов мне не известно, но я догадываюсь на каком принципе они построены.

Я собрал свою версию и она работает (внезапно). Но у моего прототипа есть существенные недостатки. В преодолении этих проблем я и хотел бы получить помощь.
Тут вы можете выдохнуть, я не деньги прошу ;) Мне нужны советы знающих людей подходящие детали.

Описание принципа работы

Принцип работы основан на использовании вихревых токов Фуко индуцируемых в алюминиевых ободах колес при их вращении вдоль поля постоянного магнита. В ободе колеса, вращающегося вблизи неодимового магнита, закрепленного на валу небольшого генератора постоянного тока, образуются токи Фуко. Эти токи в свою очередь создают магнитное поле направленное встречно к полю постоянного магнита, заставляя тот вращаться на оси генератора. Ротор генератора вращается — на его зажимах появляется напряжение. Ничего сложного в этом нет (для людей с инженерным образованием).


Описание прототипа

Конструкция простая как 5 копеек. Неодимовый магнит цилиндрической формы, закрепленный на оси двигателя постоянного тока от шпинделя CD привода (5.9V ~11000об/мин, Iн=500мА). Двумя металлическими хомутами конструкция крепиться к перу задней вилки так, чтобы магнит находился вблизи (~4мм) от алюминиевого обода колеса. При этом важно чтобы магнитное поле эффективно зацепляло обод колеса только с одной стороны от магнита. Иначе вращения магнита происходить не будет (до меня эта особенность дошла не сразу).

http://www.youtube.com/watch?v=qZVSi-rtYLU
http://www.youtube.com/watch?v=zs0EYagyBEs

Результаты испытания прототипа

Еще на предварительных тестах до выезда «в поле» стало очевидно, что текущий двигатель принятый в качестве генератора имеет слишком высокие номинальные обороты и обеспечивает требуемый для зажигания светодиодов уровень напряжения только на очень высоких скоростях вращения колеса. В теории эта проблема должна быть решаема заменой двигателя на более подходящий. Хотя тормозной момент несколько вырастет, что может оказаться препятствием для первоначальной раскрутки вала с магнитом.
На натурных испытаниях была определена скорость зажигания светодиодов. Использовались два ярких зеленых светодиода, включенных параллельно. Скорость зажигания ~ 30 км/ч, выход на требуемую яркость ~ 35км/ч. Это очень много, и в таком варианте использование по назначению невозможно.
На глаз, можно сказать, что скорость вращения вала генератора на 35 км/ч достигает ~3500 об/мин, а развиваемое при этом напряжение ~ 3 В.
Крепление генератора и магнита на испытаниях нареканий не вызывало. Магнит с площадки не срывался (он держит сам себя на металлическом круге площадки без всякого клея). Различимого шума при езде не издает.


Дополнительные опробованные улучшения

Для работы светодиодов при снижении скорости ниже пороговой или полной остановке предусмотренная простенькая схема с диодом и ионистором на 1Ф (можно и меньше). В проведенном эксперименте ионистор после зарядки (по достижении примерно 3В, на что ушла минута или две) питал пару светодиодов в течении 30 минут (дальше мне надоело ждать). Правда при снижении напряжения яркость постепенно падала, но это отчасти проблема низкого начального напряжения.
Таким образом простая схема позволяет избежать необходимости использовать буферный аккумулятор. Хотя можно (в теории) использовать и для зарядки аккумуляторов при условии устранения проблем с низким уровнем напряжения на малых скоростях.

Какие проблемы нужно решить прежде, чем эта конструкция вообще станет актуальной, а также возможные пути их решения

Прежде всего нужно добиться уровня напряжения в 4В минимум на скоростях в 10-15км/ч. Тут варианта два.
1. Менять генератор на другой с примерными параметрами Uн=9-12В, nн=3000-4000об/мин. Где такой взять я не представляю и надеюсь вы мне подскажете.
2. Использовать дополнительно схему импульсного повышения напряжения. Это направление я еще не изучал. В схемотехнике я понимаю мало. Есть примеры в интернете как эта схема позволяет зажигать светодиод от одного элемента питания 1.5В. Насколько она в данном случае применима мне оценить сложно.

Вторая проблема - как удерживать напряжение ниже некоторой максимальной планки (~5В) при больших скоростях. Тут, вероятно, необходимо применять стабилизатор или может быть реле напряжения. Вопрос открытый.

Третья проблема заключается в защите самой конструкции от пыли, грязи, влаги, срыва магнита с вала генератора при экстремальных ударах. Магнит достаточно близко находится к ободу колеса и спрятать его в корпус мне представляется достаточно сложной задачей. Хотя у аналогов это получается. Правда аналоги могут иметь принципиально иную конструкцию, совершенно исключающую генератор. Там вращающийся магнит может быть заключен в обмотку и сам являться по сути генератором. Но собрать такую конструкцию «на колене» очень сложно.

На этом все. Надеюсь, что тема не превратиться в холивар “аккумуляторы vs. динамо-втулки vs. колхозный генератор»

Vigilant [948606]: Занятная идейка! Я, правда, мало что без видео понял, но кой-чем, вероятно, помогу.
Первое: некорректно говорить только о напряжении, лучше говорить о мощности и судить об эффективности устройства по ней.
Второе: ежели построить график зависимости мощности устройства от скорости велосипеда, то картина будет ещё более ясной. При этом, наверное, в нагрузке лучше всего использовать линейный элемент, например резистор.
Третье: сча полно светодиодных драйверов, что работают в большом диапазоне напряжений, но это устройства, преобразующие мощность, так что см. п.1
Ну и четвертое: свечение светодиода от источника постоянного тока куда как хуже свечения от источника импульсного тока, как по яркости, так и по мощностным затратам.

Основная проблема всех подобных генераторов это то, что пара алкалайновых батареек формата АА содержит примерно столько же энергии, сколько выработает этот генератор за всю свою недолгую жизнь.

Dizel [948618]: Судить о мощности сложно, какую нагрузку выбрать? Думаю от 300 до 500мА на 4В тащить должен. 4 ярких светодиода точно потянет. Опять таки все равно генератор менять надо.

maxp [948619]: Ну я же просил не вбрасывать.

Очень классная и простая идея по поводу магнитного зацепления за обод. Как я сам не догадался когда думал о подобном :)

Далее один магнит зацепления надо заменить на много помельче квадратных и посаженных на клей по периметру диска. В качестве генератора можно испытать двигатель от компьютерного кулера. Либо нормальный бесколлекторник от CD дисковода. Там правда проводов больше, надо будет выпрямлять обмотки по отдельности диодными мостиками наверное. Ну и дальше можно брать уже хороший бесколлекторный от машинки например и делать из него генератор. Вопрос в том сколько можно отнять мощности от обода с таким зацеплением ? И сколько хочется получить в итоге ?

Ну а получать наверное надо рассчитывать на разных скоростях от 5 до 40 вольт, сверху ограничивать мощными стабилитронами, потом поставить DC-DC преобразователь за 150р готовый уже продается на фурье в подвале в радиомагазине. Он на выходе выдаст от 3.5 до 35 вольт, 2-3 Ампера и с хорошим КПД, выходное регулируемое.

http://www.radiolid.ru/catalog/search.php?lookingfor=Dc-DC
7662
DC-DC CONV.LM2596 (1,5-35V 2A)
150

Вторая проблема - как удерживать напряжение ниже некоторой максимальной планки (~5В) при больших скоростях. - токовый стабилизатор например.
Третья проблема заключается в защите самой конструкции - запихать в пластиковую ёмкость с тонкими мягкими ( в меру ) стенками.

Dizel [948618]: Ну и четвертое: свечение светодиода от источника постоянного тока куда как хуже свечения от источника импульсного тока, как по яркости, так и по мощностным затратам.
Я что то подобное уже слышал тут, все дело в инертности глаза ? Можно где то посмотреть на подобный феномен в живую с осциллографом, мультиметрами ?

Просто из микросхем драйверов для светодиодов, их даташитов, даташитов на светодиоды, апликатион ноутов никогда не видел ничего про импульсное питание светодиодов.

Давайте это обсудим, только не голословно а со ссылкой хоть к чему то реальному ?

Схемку преобразователя можно и такую сделать ( для примера ) :

Spiriter88 [948626]: Магниты по периметру имхо ничего не дадут. Проблемы с зацеплением нет. На видео неудачный пример.. неудобное крепление и плохая центровка. На заднем колесе зацепляется легко.
Двигатель от кулера тяжело туда закрепить толково. Бесколлекторный от CD ничего не даст. У них те же бешеные номинальные обороты - на колесе столько не разовьешь.
Вопрос о потенциально достижимой мощности - это вопрос о габаритах и силе магнита и только.
Насколько снизится КПД от использования преобразователя DC-DC? Есть у них какой-то порог по минимальной величине тока?

Vovan03 [948628]: В моем прототипе крепление таково, что магнит заходит во внутреннюю область обода - в корпус так не засунешь. Хотя если закрепить иначе - то должно получиться. Но это нужно городить какой-то кронштейн.
На счет схемы преобразователя, как я и говорил в схемотехнике я слабоват. Что даст такая схема?

Насколько снизится КПД - При том же генераторе упадет в 2...3 раза - для преобразователя нужен генератор с меньшим напряжением но с большим током, тогда будет нормально.

Что даст такая схема ( автогенератор ) - при низких оборотах будут стабильнее светить светодиоды.

Spiriter88 [948626]: У данного преобразователя минимальное входное 3.2В
1.5 это минимальное выходное. Так что не катит.

Vovan03 [948639]: А параметры TV1 в схеме?

Spiriter88 [948630]: Дело не только в инертности глаза. Нам нет особой разницы: мигает ли светодиод или светит постоянно. Есть еще и такое понятие как максимально допустимый ток светодиода, при нем светодиод светит ярче, но быстро перегорает, а вот коль запитать его импульсным током, то он и светит ярче и не сгорает. На пальцах как то так.
Вообще чего тут думать? Давай соберём конструёвину, да поглядим на осциллограммы.

maxp [948619]: Так да не так :-)

http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/404-svetodiodnyj_fonar_ot_1_5_v_i_n...

Что бы было понятно как выглядит сейчас крепление на заднем колесе:

Vovan03 [948639]: Схемная база существует совершенно разная, из чего только напряжение не повышают, так что думаю не проблема найти конкретную микрулину под именно эти токи. И не будет потерь в 2-3 раза.
Vigilant [948633]: На вскидку КПД импульсных BOOST преобразователей - 70-80%. Но лучше бы правда сначала воткнуть в нагрузку резистор и померить мощность, чтобы определиться - светодиоды зажигаются так поздно потому что им напряжения не хватает или тока. Если второе - то преобразователем не поможешь, только хуже станет.

Vovan03 [948631]: Вот такая ссылка тут будет полезнее, написано хоть как трансформатор мотать. http://ya-vyachko.narod.ru/fonar0.html

maxp [948619]: Я думаю что раз существуют динамовтулки от серьезных фирм и выпускаются серийно, то и данная вещь имеет право на жизнь. Ну и техническое творчество с надеждой на экологию это тоже хорошо :)

Vigilant [948633]: Я вижу что зацепление плохое, что надо что то как то сильно центровать, что не запускается на малой скорости. А если поставить нормальный генератор на задуманные вами мощности(которые бы и правда оправдывали существование такой вещи), то вообще "не поедет".

Я бы не отметал нормальные двигатели от CD приводов и кулеров. Их гораздо проще переделать в нормальный генератор на заданный диапазон частот. Перемотку обмоток еще никто не отменял. А от кулера вообще почти готов, только магниты наклеить по периметру и будет отличное зацепление.

Vigilant [948625]: Это не вброс, а суровая правда жизни. И в настоящее время именно об нее разбиваются разные интересные идеи альтернативных источников энергии. А точнее их практическое применение.

Кстати, а на какой скорости этот девайс вырабатывает 2 Вт (4 В, 500 мА)?

Dizel [948649]: Эту схему я и имел ввиду.
Смотрю, большинство склонилось к идее повышения напряжения через импульсное преобразование. Мне все же кажется, что двигатель от CD не оптимальный выбор. Будь его номинальные обороты хотя бы в 2 раза ниже - толку было бы больше.
Но я готов попробовать и схему собрать...

Я даже поскромничал с КПД. Вот для примера микрулина: http://www.ti.com/product/tps61222-ep
Входное напряжение от 0.7В, выходное - 5В, выходной ток до 0,4А, КПД до 95%.