0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Генератор для велосипеда из шагового двигателя

Навешиваем динамогенератор на велосипед

Привет Всем! Это моя первая статья. В ней я расскажу как собрал динамогенератор (ДГ) для велосипеда, который питает светодиод переднего фонаря.

Идея:
Во времена СССР динамогенераторы были довольно широко распространены, но источники света оставляли желать лучшего. В наше время в качестве ДГ используются динамовтулки или обычные генераторы приставляемые к колесу велосипеда. Мощность первых около 5 Вт, вторых 3 Вт, прямо скажем не густо, да и КПД их неизвестен. В предлагаемой конструкции в качестве генератора было решено использовать шаговый мотор Mitsumi M49SP-1 (рис.3) с небольшой доработкой. Реализации подобной идеи в интернете уже есть, но об их эффективности не сказано ни слова.
Купить эти ДГ можно, стоят они по разному, динамовтулки 1500-2000р, а другие от 300 и более, можно посмотреть здесь: www.aliexpress.com/product-fm/356677739-5pcs-lot-GENERATOR-BICYCLE-HEADLIGHT-TAIL-LITE-BIKE-DYNAMO-LIGHT-wholesalers.html

Предисловие:
У меня нет радиотехнического образования, а все выкладки по электронике – личный опыт, поэтому критикуйте и поправляйте. Порядок сборки написан прямым текстом, курсивом отмечены мои наблюдения и замечания по всему процессу конструирования.
Для питания LED’а фонаря можно использовать и батарейки, но моей целью при конструировании этого генератора было удовлетворение собственного любопытства и интереса, да и готовый результат впечатляет (меня и заказчика;-)).

ТЗ: Разработать ДГ к велосипеду с диаметром колес 28” для питания переднего фонаря на светодиоде Cree XM-LT6. ДГ должен развивать мощность не менее 5 Вт при скорости движения от 20 Км/ч.
Само ТЗ очень условно, но дает толчок к действиям.

Пациент:
Велосипед Orion 1200 (диаметр колес 28”, Рис. 1), c него снята корзина, а её крепление к рулю (зеленая рамка) использовано для крепления фонаря. (Вообще на фото не оригинал, но суть не меняется.)
ДГ установлен в точке крепления багажника к задней вилке (красная рамка), а крутящий момент снимается с боковой части покрышки с помощью прижимного ролика.
Велосипед не мой, а кореша. Дешев и сердит.

Рис.1

Теория:

По последней формуле можно сосчитать частоту вращения ролика. При скорости движения в 20 Км/час, диаметре ролика 6 см получаем частоту вращения ролика 29,5 об/сек, а при V=5км/ч – 7,4 об/сек.
Вообще так как заранее было известно мало, я предполагал что необходимая для генерации скорость 20 км/час, но оказалось что хватает гораздо меньшей скорости – скорости прогулочного бега. Также в момент проектирования у меня не было светодиода. Как видно из последней формулы диаметр D1 не участвует в расчете.

Конструирование и сборка:
Механическая часть:
В качестве генератора используется биполярный шаговый мотор Mitsumi M49SP-1 (рис.3).

Рис.3

Этот мотор можно снять с некоторых принтеров HP, например, HP 6L, хотя его можно найти и в других моделях.
Перед использованием я проверил мотор. У меня был случай когда магнит ротора был размагничен наполовину! Для проверки берем маломощную лампочку (3В), подсоединяем её к одной обмотке и резко крутим за вал мотора, делаем то же самое с другой, если горит в обоих случаях – хорошо, нет — мотор испорчен.
Мотор необходимо доработать, предварительно вскрыв его. Понадобиться плосковыпуклый натфиль, которым нужно сточить следующие крепления (обозначены синим) (Рис.4).

Рис.4

Если Вы будете повторять эту конструкцию, то можете вскрыть мотор любым доступным способом.

Получается (Рис.5) нечто подобное (обозначено голубым):

Рис.5

После этого аккуратно выстучал заднюю крышку с помощью ударов мотора дном о твердую поверхность. В итоге получилось разобрать мотор на следующие части: корпус, крышка, ротор (магнит+вал), статор. Для того чтобы вытащить вал из ротора следует выбить его прямо в разобранном моторе с помощью узкого стержня, я использовал стержень от заклепки.
Все эти процедуры нужны для того чтобы перемотать статор мотора (Рис.6, фото из интернета) более толстым проводом, по моему разумению это повысит выходную мощность генератора.

Рис.6

Читать еще:  Украшению бокалов цветами гортензии и анемоны из фоамирана

Потом аккуратно намотал эмалированный провод диаметра 0,6 до заполнения пластиковой части секции. Начало и конец катушек завел в оригинальные места пайки (на фото просто статор, он не перемотан).
После намотки статора необходимо было вставить в магнит более длинный вал, для этого взял стержень из CD-Rom’а (Рис.7), предварительно его подрезал и вставил в магнит с помощью молотка.
На рисунке показаны: 1 – оригинальный вал мотора, 2 – стержень для замены, 3 – магнит.

Рис.7

Стержень в CD-Rom’е используется как направляющая для каретки лазера, а её диаметр как раз такой что нужно! Берем этот стержень, отрезаем на нужную длину, так чтобы из мотора в итоге выход был на 2-3см. Собираем мотор аккуратно, используя все уплотнительные кольца, не забываем накапать масла.
Закрепил заднюю крышку, для этого загнул образовавшиеся после расточки на корпусе «места» (см. выше, обозначено розовым на рис.5) молотком.
Для того чтобы мотор служил генератором на его вал необходимо насадить ролик (Рис.8). Он хорошо приклеивается клеем ЭДП.

Рис.8

В качестве ролика можно использовать колесо для авиамоделей Hobby Pro с ободом из пенополиуретана диаметром 60мм, внутренним отверстием 3мм и шириной обода 20мм (http://hobbyostrov.ru/product_info.php?products_id=19923). Можно использовать и другое, но я нашел это. Кстати оно плохо себя показало со временем — стачивается.
Мотор переделан и было нужно придумать какую то систему крепления его к велосипеду. Для этого мне понадобился лист стали из того же лазерного принтера 6L, его выточили в виде буквы L, а потом по длинной её стороне согнули пополам. Получилась следующая конструкция (Рис.9).

Рис.9

По фото видно что у мотора одно его “ушко для крепления” использована в качестве шарнира (белая деталь на нижнем фото слева его прижимает), а другое ушко зажато между пластиной и дугообразной деталью, к нему прикреплена пружина. Такая конструкция выбрана потому, что колесо велосипеда имеет заметное торцевое биение, а прилегающий ролик (и сам генератор), соприкасаясь с ним, может свободно «покачиваться» относительно него. Да и еще такая конструкция позволяет отвести генератор от колеса, тем самым выключив его механически. Трущиеся части генератора смазывать нельзя, их лучше отполировать, я смазал только шарнир.
На фото генератора ролик не показан, диодный мост был впоследствии заменен. Пластина довольно толстая, но из мягкого металла, поэтому её можно довольно легко деформировать.

Фото в сборе на рис.10

Рис.10

Демонстрация работы генератора:

Электрическая часть:
Электрическая часть очень проста, схема на рис.11. Что интересно — генератор вырабатывает переменный ток да еще и переменной частоты в зависимости от скорости. Так как у генератора две обмотки, то на каждую поставил свой диодный мост, а получившиеся + и – соединил параллельно. Чтобы не тратить зря полезную мощность использовал диоды Шоттки. Мною проверены диоды 10bq015tr (1А) и MBR0520LT1 (0,5А).
Первых я брал 8 штук, а вторых 16, использовал в мосту по два параллельно для пропуска большего тока. Ощутимой разницы между ними нет! Погрешность измерений нивелирует разницу в значениях мощности. Так что используйте какие предпочтете или свои).

Рис. 11

После мостов поставил конденсаторную батарею на 50000+ мкФ, а уже потом от неё толстую пару проводов, сечения 2,5мм. На задний фонарь тоже использована батарея конденсаторов, чтобы запитывать его на остановках (еще не доделан).
В качестве переднего фонаря использовал Cree XM-LT6 (рис.12) со световым потоком около 1000 люмен, но драйвер для него в 5 Вт (рис.13) с выходной мощностью около 4 Вт, поэтому получил световой поток около 400-450 люмен согласно даташиту. Так же для фокусировки света использовал рефлектор (рис.14). Драйвер интересен тем что работает в диапазоне напряжений 4,5-18 В.
Все это было приобретено на www.dealextreme.com.
LED www.dealextreme.com/details.dx/sku.50599
Драйвер www.dealextreme.com/details.dx/sku.26110
Рефлектор www.dealextreme.com/details.dx/sku.5937
Диаметр подложки LED’a и платы драйвера одинаковы и составляют всего 16мм, в рефлекторе нет места для размещения проводов от светодиода, поэтому пришлось использовать медную фольгу).

Читать еще:  Лепка


Рис.12

Рис.13

Рис.14

Полевые испытания:
Когда я испытывал генератор первый раз (еще когда не было светодиода) — использовал в качестве нагрузки две 3х ваттные лампочки накаливания на 6в. Генератор отдавал им около 5 Вт при скорости в 20-25 Км/час (все подсчитывалось с помощью велокомпа, но результатов точных не помню). Тогда мне казалось что это максимальная выходная мощность, я конечно понимаю, что передача мощности в нагрузку зависит от сопротивления нагрузки, но тогда я думал что это предел. Но когда пришел LED и мы с корешем начали проверку на улице, генератор показал впечатляющие результаты! Драйвер начинает работать на полную мощность уже на скорости прогулочного бега (

8 км/ч), это говорит о том что есть потенциал для передачи большего тока в LED посредством установки более мощного драйвера.

Таким образом, возвращаясь к теории, узнаем что необходимая для нормальной генерации частота вращения ролика 12 об/сек. От этого параметра можно отталкиваться при проектировании Вашего варианта генератора.

Результат:
К сожалению не могу показать как работает вся система в действительности с помощью видео, лишь могу предположить, что световой поток (400-450 люмен) похож на поток настольной люминесцентной лампы в 11 Вт. Но в любом случае этого хватает для уверенной езды по ночной дороге. Что удивительно — дополнительная нагрузка на ноги почти не заметна.

Достоинства: хорошая выходная мощность, возможность установки более мощного драйвера и получения более сильного светового потока. Фонарь не требует использования источников питания.

Недостатки: открытая конструкция боится влаги и дорожной грязи (поэтому нельзя смазывать место трения генератора и пластины), пластина из мягкого металла легко гнется. Прижимной ролик из пенополиуретана не лучшим образом подходит к данной конструкции.

Доработка:
Всем желающим повторить идею рекомендую придерживаться след. пунктов:
1) Основательно подойти к способу передачи крутящего момента с колеса на ролик, не допускать перекоса как у меня (ролик не лежит в одной из плоскостей проходящих через касательную в точке касания, а пересекает её, это как раз и стало причиной истирания рис.15)
2) По возможности использовать ролик из более плотного материала
3) Сделать конструкцию крепления генератора жесткой
3) Защитить конструкцию от грязи и влаги


Рис.15

Генератор для велосипеда из шагового двигателя

Автору данной самоделки пришла в голову простая, очевидная, но гениальная мысль. Ведь если учесть, что шаговый двигатель является не только моторчиком, который обеспечивает механическую работу абсолютно разных устройств (начиная от принтеров сканеров и другой офисной аппаратуры, заканчивая различными агрегатами, применяемыми в более серьезных устройствах). Шаговый двигатель так же может послужить отличным генератором электричества!

А его самый главный плюс во всем, это то, что ему вовсе не требуются большие обороты, он вполне может исправно работать и при малых нагрузках. То есть даже при минимальном действии силы направленной на него, шаговый двигатель отлично вырабатывает энергию. Самое главное, что этой энергии вполне хватит на различные нужды, вроде освещения дороги велосипедисту с помощью подключенного к шаговому двигателю фонаря.

К сожалению с обычным генератором стандартному велосипеду будут все же необходимы начальные обороты, до того как фонарик начнет испускать лучи достаточно яркого света для четкого освещения пути. Но при использовании шагового двигателя этот недостаток удаляется сам собой, то есть освещение будет подаваться сразу как только начнется вращение колеса.

Но правда у этой чудо конструкции все же будет ряд недочетов. Например наиболее явный из них, это большое магнитное залипание. Но на самом деле это не так страшно для велосипедиста.

Что приступая к работе нам будет необходимо найти некоторые детали:
1) Собственно сам шаговый двигатель.
2) парочка конденсаторов большой емкости.
3) светодиодные фонари
4) стабилизатор напряжения 5-6 вольт.

Найти шаговый двигатель довольно просто в силу того, что он весьма распространен во всех офисных приборах. Единственное что нужно понимать, это то, что чем больше шаговый двигатель — тем соответственно лучше для нас.

Читать еще:  Как сделать в домашних условиях пескоструйную установку

Тут будет описано и представлено несколько моделей шаговых двигателей и различные варианты их крепления к железному коню.
Для начала возьмем самый большой двигатель, что удалось раздобыть автору. Он демонтировал его из обычного офисного плоттера для печати( по сути это принтер, только в несколько раз большего размера).

Внешне двигатель довольно велик.

Если взгляните на рисунок, то поймете, что генератор расположен ближе к оси колеса и вращение передается от дополнительного круга.

И все же так как модель велосипеда у каждого своя и кто-то не захочет повреждать раму саморезами, вам будет нужно самому разработать крепление а так же круг вращения, вариантов тут действительно много.

Если же вы не представляете себе как прикрутить большой шаговый двигатель к конструкции, есть вариант поменьше:

Вам остается только выбрать вариант генератора, подходящего под размеры вашего транспортного средства.

Чтож когда с шаговыми двигателями разобрались, можно приступить и к фонарям и цепям питания.

Фонари необходимо взять светодиодные. схема выпрямления будет выглядеть так: блок выпрямительных диодов, несколько конденсаторов большой ёмкости и естественно стабилизатор напряжения. В принципе это стандартная схема питания.

Шаговый двигатель стандартно имеет на выходе четыре проводка, которые соответствуют двум катушкам. именно по этой причине на изображении выпрямительных блока тоже два. Этот самодельный генератор электричества вполне может выдавать аж до 50 вольт напряжения на больших оборотах, так что, конденсаторы лучше взять соответственные( напряжение выше 50). Ну а стабилизатор на напряжение 5-6 вольт.

И так в чем же суть самоделки, и почему она понадобилась?

Все дело в его преимуществе, даже только тронувшись с места- вам путь будет уже ярко освещен фонарем, запитанным от нашего шагового двигателя- он же генератор.

Так же хотелось бы отметить, что в процессе движения фонарь не будет мигать или тухнуть- освещение будет плавным и ровным.
Источник

Ветрогенератор 2 Вт на основе шагового двигателя

Данный ветрогенератор я изготовил ради интереса и познаний в ветроэнергетике, и не ожидал таких результатов. Мощность моего ветряка составляла около 2 Ватт при напряжении 6 Вольт. Решил я его приспособить для уличного освещения, как экологически чистый источник света, так как в поселке где я живу, практически всегда дует слабый ветер. Также я приспособил его для зарядки телефона.

Технические характеристики ветрогенератора :
— выходное стабилизированное напряжение 5 вольт, без стабилизатора скачет до 13 вольт
— ток КЗ макс. 470 миллиампер
— мощность при ветре 3 м/с 2 ватта, от 10 м/с 5 ватт

Переменный ток с катушек генератора выпрямляется диодными мостами из диодов Шоттки (VD1-VD.), затем ток идет через стабилитрон (VD9) и становится стабильным, конденсатор (С1) сглаживает напряжение для возможности подключения потребителя.

Все детали взаимозаменяемы, но в моем варианте потеря напряжения более низкая из- за использования диодов Шоттки. Для генератора можно использовать любой другой шаговый двигатель (чем больше его размер, тем больше ток и напряжение у него при малых оборотах)

Если схема собрана правильно, то она не нуждается в настройке.

Изготовление лопастей и остальной части

Лопасти изготавливаются из ПВХ трубы диаметром в моем случае 11см и длиной 70 см. Трубу мы режем на 4 части по 90 градусов, затем одну часть мы разрезаем вдоль.

Затем все это дело размещается на плоской шайбе и прикручивается к ней. Настройка лопастей сводится к их балансировке и изменению угла изгиба в большую сторону.

К шайбе приваривается гайка которая одевается на ротор генератора, статор прикреплен к флюгеру на проволку.

Сам флюгер прикреплен к мачте подшипниками. У меня нет скользящих контактов для провода так как нет времени их делать, провод просто приклеен на скотч к мачте (за пол месяца работы он ни разу не оставался перекрученным более суток.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector