Всё о мобильной энергии, солнечных батарея, ветряках и другой электроники Обсуждение солнечных батарей, вертяков, генераторов и другой электроники
 
  Регистрация | Войти На главную Добавить статью Форум Поиск  RSS Наш твиттер Контакты 11 августа 2022, Четверг  
MobiPower.ru
 О сайте
 Новости
 солнце
 термоэлектричество
 механика
 аккумуляторы
 освещение
 электроника
 прочее (экзотика)
 новинки рынка
 Сделай сам
 Обзоры и тесты
 Библиотека
 Форум
 Ссылки
 Контакты

Новости на e-mail
Подписаться на e-mail рассылку новых статей сайта Mobipower.ru



Новое на форуме

Сломался Вампирчик :-(
Автор: nik34
08.08.2022 в 00:07

ВЦ8 - пока поговорить.
Автор: nik34
22.07.2022 в 09:57

Разносол: конструкции от LeonidS
Автор: LeonidS
24.06.2022 в 13:56

Просто "коробочка".
Автор: nik34
10.02.2022 в 17:24

Накопитель "Конструктор"
Автор: nik34
28.12.2021 в 09:15

Alpha Power BC-700 от La Crosse Technology
Автор: Гость
22.12.2021 в 20:48

Ругаться сюда, однако ;))))
Автор: Гость
13.12.2021 в 20:54

Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:55

Увеличение ёмкости Вампирчика на счёт внешнего блока с 18650
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:53

Аккумулятор для ноутбука
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:47

Перейти на форум

Сейчас на сайте
0 человек

в т.ч. гостей:
пользователей:

Всего: 1233

Это может быть полезно
Jozz бонусы   Буй официальный сайт


Разбираем динамовтулку


Разместил 14.05.2011   nik34

Механика nik34 прислал:

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt
Велосипедную динамовтулку можно с успехом использовать в качестве низкооборотного генератора для самодельных ветряков и других подобных устройств. В статье показано внутреннее устройство динамовтулки. Приведены её выходные характеристики.





  
Поделиться этой страницей в:


Данная статья написана на основе материалов форума activ.egain.ru. Основной интерес представляет именно конструкция динамовтулки как низкооборотного генератора, пригодного для использования в мобильной энергетике.

Заодно, эта конструкция полнее раскрывает тему генератора с когтеобразными полюсами, который был представлен ранее в статье "Самодельный генератор для ветряка".

Итак, ниже перепечатка форума.
__________________________________________

Решился таки я на покупку динамовтулки. По большей части из-за любопытства, а не из острой необходимости. Сначала долго думал и выбирал. На момент покупки было три варианта:

1  -  Shimano  ALFINE (ну или другую, аналогичную из шимановских); цена - 65,95EUR (2638 руб); плюсы: неплохая грязезащита (если судить по взрыв-схеме), провереный брэнд, много мануалов; минусы: судя по той же взрыв-схеме с правой стороны насыпной подшипник, слева - пром, такая конструкция мне не внушает доверия; крепление тормозного диска Center Lock, а у меня уже стоят Avid под 6 болтов; судя по картинкам в разделе "Connection of the cables" этого мануала создаётся впечатление что один из полюсов динамки электрически соединён с корпусом втулки и, следовательно велосипеда, а это прямой путь к электрохимической коррозии (эти выводы я сделал исключительно по схемам из мануала и не могу точно сказать так ли это на самом деле)

2  -  SRAM i-LIGHT; цена - 77,95EUR (реально меньше из-за того, что немцы возвращают 19%-ный европейский НДС, мне обошлась в 2900 руб); плюсы: крепление тормозного диска на 6 болтов; на некоторых зарубежных форумах читал что она лучше шиманы; позиционируется для спорта; минусы: мало мануалов, взрыв-схемы не найдёшь

3 - Schmidt SON 28; цена - 185EUR (7400 руб); плюсы: прочная (есть модели для тандемов); отличная защита от грязи (по заявлениям производителя); огромный ресурс, вобщем отличный выбор для туризма; минусы: только один - цена.

Я сделал свой выбор в пользу SRAM i-LIGHT. Приобрёл её в немецком интернет-магазине Bike-Components. Доставка недорогая (10EUR), возвращают VAT (НДС в Евросоюзе), оплата по банковской карте (у меня MasterCard Сбербанка РФ) за перевод денег берётся фиксированная плата в 5EUR, так что покупать дешёвые компоненты по одному не выгодно.

Когда пришли втулки (2шт), после вскрытия посылки был сильно разочарован: одна из них была повреждена видимо сильным ударом. То ли её уронили на что-то твёрдое, то ли на неё что-то упало. Повреждения не критичные, на работу не повлияли, но вот к работникам почты теперь у меня камень запазухой. Ведь они знали - я то думаю: чего это они так на меня с подозрением смотрят, дали самому вскрыть запечатанный мешок, а затем пихнули какую-то пустую бумажку и попросили расписаться и число поставить. Я - лох доверчивый конечно нацарапал на ней свою фамилию и ещё недоумевал, что это за новые процедуры при получении, при заказе из Китая такого нет. Ну теперь умнее буду. Это я потом, уже дома увидел на коробке приклеенную бумажку со штампом что содержимое не соответствует описи, не хватает кое чего.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Посмотрел, и действительно не хватает - эксцентрика для одной из втулок. Решил на эту тему написать немцам, мол так и так, зла на вас не держу, в следующий раз прошу упаковывать мои весчи более тщательно. И, о чудо, приходит ответ: благодарность за понимание и неконфликтность и какой-то "ваучер" на 20EUR. Я думаю что это скидка на следующую покупку, а спрашивать как-то неловко, подумают что я деньги клянчу. Втулку без экcцентрика согласился взять Дмитрий (DMP), а мне досталась с треснутым пластиком, всё равно я собирался её разбирать.

Итак, что же у неё внутри?

При снятии пыльника со стороны тормозного диска перед нашим взором предстаёт промподшипник типоразмера 6000-2RS (российский аналог 180100). Немного порылся в инете и ... ву а ля, в БайкМастере по 100 рублей за штуку. Значит если что случиться, то всегда можно купить новый и заменить, а не покупать новую втулку.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Препарируем дальше. Сняв пластмассовую крышечку с контактного блока видим печатную плату с двумя дорожками и двумя пайками. Значит ни один из полюсов на корпус не замыкается - это хорошо.

Что дальше? Предположительно из корпуса втулки вывинчивается катушка статора, как показано в шимановском мануале.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Под чёрной наклейкой я отыскал пазы под ключ. Ключа, естественно, у меня нет и я попробовал использовать вместо ключа пассатижи с узкими концами (перед этим я свинтил все гайки на центральной оси). Но открутить не получилось - затянуто туго. Я решил заспицевать эту втулку в обод, это даст нужный рычаг чтобы свернуть выкручивающуюся часть. Спицевал в магазине Велозапас (что на Сквере Мира), красиво получилось: чёрный обод, чёрные спицы и серебряная втулка.

Только зажав обод коленями мне удалось свернуть эту часть втулки пассатижами, зажатыми в тисках. Подшипники на центральной оси запрессованы слабо и ось со стороны тормозного диска запросто выбивается лёгкими ударами киянки вместе с обмоткой статора.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Если быть точным, это не только обмотка статора, но и ротор, который вкучивается в корпус втулки и образует с ним единое, вращающееся вокруг обмотки статора, тело.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Внутри тела втулки ничего нет, только следы качественной токарной обработки.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Чтобы отделить статор от ротора и добраться до второго подшипника надо отпаять провода статора от печатной платы, снять её, убрать пластиковый корпус в котором она располагается и небольшим усилием снять ротор вместе с подшипником с оси.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Катушка статора неподвижно закреплена на центральной оси втулки, а ротор с магнитами вращается вокруг катушки вместе с корпусом втулки. Так и происходит выработка электроэнергии в этой динамке, как впрочем и на всех электростанциях мира (солнечные не в счёт).

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Сердечник статора имеет хитрую конструкцию. С обоих концов катушки сердечник загибается под 90 град. над катушкой, причём форма у него треугольная.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Сам же сердечник состоит всего из двух относительно толстых пластин, что очень плохо. Как известно, трансформаторы и сердечники электродвигателей набирают из множества изолированых тонких пластин это уменьшает потери в магнитопроводе и повышает КПД устройства. А тут всего две пластины, видимо поэтому и вращать втулку достаточно трудно, даже на холостом ходу, без нагрузки.

С обоих концов катушки располагаются по 18 лепестков...

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

...а в барабане ротора закреплены 36 магнитов. Отсюда делаем вывод: соседние магниты скорее всего имеют противоположную намагниченность, то есть первый севером вовнутрь, следующий - югом вовнутрь, следующий снова севером вовнутрь и так далее. Ротор занимает такое положение, чтобы каждый из магнитов находился напротив треугольного лепестка сердечника статора. При этом над лепестками одной стороны сердечника располагаются все южные полюса, а над лепестками другой стороны - северные полюса.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Магнитный поток замкнут через сердечник катушки и стальной барабан ротора. Стоит провернуть ротор на один шаг, при этом над теми лепестками, где были южные полюса теперь будут располагаться северные, а над теми, где были северные, будут южные. Магнитный поток через сердечник катушки поменяет направление и в катушке индуцируется ЭДС. Чем быстрее едешь, тем быстрее меняется направление магнитного потока в сердечнике, и тем выше ЭДС.

Я замерил диаметр провода, он равен 0,5 мм то есть сечение ~0,2 кв.мм. Если плотность тока брать из расчёта 2,5 А/кв.мм, то мы как раз имеем заявленные 0,5 А (6 В, 3 Вт). В пике можно взять и 10 А/кв.мм, то есть 2 А, 12 Вт при напряжении 6 В (вопрос выдаст ли она такую мощность или напряжение просядет).
И кстати, подшипник с этой стороны другого типоразмера: 6001-2RS, и его тоже можно купить так что проблем быть не должно.

Я промыл подшипники от смазки и заложил свою любимую Liqui Moly LM47. Собственно говоря я и полез внутрь только чтобы заменить смазку в подвижных соединениях. Как показывает практика, та смазка что заложена на заводе изготовителе плохо ходит и быстро изнашивается. В большинстве случаев это технический вазелин.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

После удовлетворения своего любопытства и замены смазки я собрал втулку и решил немного поэкспериментировать. И тут открылся ещё один нюанс конструкции. Я подключил ко втулке два провода чтоб посмотреть осциллограммы вырабатываемого напряжения. Подключил я их, как указано в мануале, с помощью зажима хитрой конструкции. И как только я защёлкнул этот коннектор на контакты втулки, снять я их больше никакими способами не мог. Как я не корячился и не кряхтел, эта маленькая штукенция никак не хотела сниматься с втулки.

Мне пришлось снова разобрать этот модуль: открутить гайку, отпаять плату, снять пластиковый корпус, в котором находиться плата, с втулки. И только после этого мне удалось отделить этот корпус от коннектора и то с помощью мощных физических потуг.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

А дело оказалось в небольшом замке, расположенном на корпусе (на фотографии указан стрелкой). Этот замок так крепко входит в паз в пристёгивающегося коннектора, что оторвать этот самый коннектор уже не представляется возможным. Я срезал скальпелем этот замок на половину его высоты и попробовал защёлкнуть коннектор. Он опять защёлкнулся, но теперь его хотя бы можно снять, правда тоже с приложением определённых физических нагрузок.

Я хочу сказать, что даже будучи срезанным наполовину высоты этот замок очень прочно удерживает коннектор с проводами. Может на других втулках иначе, но я решил описать этот небольшой косяк с "быстроразъёмным" соединением. А вообще, на будущее я планирую подыскать какой-либо герметичный разъём, подпаять его напрямую к выводам катушки, убрать плату и пластиковые детали.

--------------------------------------------

Ну вот я и попробовал динамовтулку в действии. Никакого уменьшения наката и тем более сопротивления педалированию я не заметил даже под нагрузкой. Может если взять два одинаковых велосипеда, один с динамкой, второй - с обычной втулкой и катанутся сначала на одном, затем сразу на другом, то возможно и ощутишь разницу. Может позже, на больших дистанциях тоже почувствуется, но сейчас я полностью доволен накатом колеса с этой втулкой.

Так как втулка выдаёт на выходе переменное напряжение, то чтобы его "переварить" и запасти в аккумуляторы сначала его надо выпрямить. У меня было два варианта выпрямителей: мостовая схема и схема с удвоением.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt
Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt
Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Выпрямитель с удвоением напряжения был особенно интересен так как выходное напряжение генератора 6В, а большинство девайсов для зарядки созданы для работы от бортовой сети автомобиля - 12В. Мостовая схема более надёжна и имеет более высокий КПД, поэтому на ней я хотел проверить нагрузочные характеристики втулки и взять их за отправную точку для сравнения со схемой с удвоением. В обоих выпрямителях я использовал диоды Шоттки для повышения КПД выпрямителя.

Взяв в качестве нагрузки два 10-ватных резистора по 27Ом, я по-быстрому собрал стенд для тестирования и поехал на природу.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Зная точное значение сопротивления резисторов (у меня 27,1Ом и 26,7Ом) и измерив напряжение на них можно рассчитать ток в цепи и мощность, рассеиваемую нагрузкой. Комбинации параллельного и последовательного включения резисторов дают ещё две нагрузки сопротивлением 13,45Ом и 53,8Ом, соответственно.

Мультиметр я засунул в прозрачный чехол для карты от нарульноко кофра, а сам стенд с выпрямителем и нагрузкой положил в кофр. Получилось очень удобно, достаточно немного перевести взгляд от велокомпьютера на мультиметр чтобы считать их параметры.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Все данные представлены в таблицах:

Мостовая схема выпрямителя.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Схема с удвоением напряжения.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Позволю себе немного прокомментировать полученные данные. Во-первых, заявленная мощность (3Вт) выдаётся генератором на скорости  20 км/ч и выше. И чем больше сопротивление нагрузки, тем выше КПД всей системы (меньше ток в цепи, следовательно меньше потери в проводниках и ниже падение на выпрямительных диодах). Из всего этого вытекает одно обстоятельство: средняя скорость большинства велопоходов порядка 15 км/ч, следовательно втулка будет вырабатывать в среднем не более 2Вт электроэнергии.

Если считать что максимально комфортный (для меня) пробег за день 75 км, то есть 5 часов ходового времени получаем 5ч * 2Вт = 10Вт*ч энергии. Не густо, я ожидал большего (хотя чего ждать, можно было сразу посчитать). Это значит что, если сравнивать с NiMH аккумулятором типа АА который в среднем отдаёт при токе разряда 0,2С около 3,2Вт*ч энергии, то динамка равна 3-м аккумуляторам в день.

Ну для GPS-приёмника и телефона хватит, фотик подзарядить то же, если часто вспышкой не пользоваться и не пересматривать отснятое по два раза на день, а вот на велосвет уже нет. В общем надо подумать как увеличить мощность динамки хотя бы ватт до 5-ти при 15 км/ч. Один из вариантов, что приходит в голову, перемотать катушку динамовтулки, сделать её более высоковольтной и заряжать батарею Li-ion аккумуляторов от неё низкими токами. А от этой батареи питать всё остальное: GPS, велосвет, телефонную зарядку.

Во-вторых, схема с удвоением работает хуже, чем обычный мост. Я начал тестирование с нагрузки 53,8Ом и разница между этими схемами выпрямителей была небольшой, причём с ростом скорости почему-то мост "вырабатывал" большее напряжение, чем схема с удвоением. А с ростом мощности нагрузки (уменьшения сопротивления) эта схема перестала нормально работать. При сопротивлении 13,45Ом на всех скоростях мультиметр показывал значение около 3,5В и я подумал что "пробит" один из выпрямительных диодов, поэтому прекратил дальнейшие опыты с этим выпрямителем. Дома "прозвонил" диоды, они оказались целыми, так что это скорее всего особенности данной схемы.

Автор: inerton.  Написано: 04-07-2010
____________________________________________

Добавлю сюда ещё один из комментариев форума.
____________________________________________

Спасибо, Денис, за интересную информацию. Собственно, примерно такую ситуацию я и ожидал. Мощность до 3 Вт, не более. Понятно, что отбираемая мощность 2-5 Вт при вырабатываемой байкером мощности 150..200 Вт практически не заметна для него по нагрузке.

Теперь о самом генераторе, точнее о всей собранной тобой системе. Для повышения кпд хорошо бы воспользоваться синхронным выпрямителем на полевиках, но это усложняет схему. Анализ по твоим данным вольт-амперных характеристик на разных скоростях показывает значительную "мягкость", а главное - не сохраняется угол наклона от скорости к скорости. Это означает, что растет внутреннее сопротивление системы. Поскольку обмотка и диоды обладают практически постоянным вн. сопротивлением, следует признать, что это вследствие насыщения магнитной цепи и роста частоты.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Ещё лучше это заметно на скоростной характеристике. Казалось бы, мощность должна расти квадратически от напряжения при постоянной нагрузке, однако мы видим совсем обратную картину - вначале почти линейно, а потом пошло выполаживание. Это и насыщение магнитной цепи и возрастание индуктивных сопротивлений, вследствие повышения частоты напряжения при увеличении скорости. Судя по ходу характеристики, ждать чего-то выдающегося на скоростях выше 25 км/час не стоит.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

В реальности, думаю дело будет ещё хуже, т.к. использоваться будет в основном для зарядки, а зарядное устройство имеет свойство "желать" постоянную мощность.

Теперь по поводу каких-либо переделок. Мое мнение - это ничего не даст. Мощность определяется моментом и скоростью P = M * w, [Вт] Электромагнитный момент, а именно он нам нужен M = Ф * I Ф - магнитный поток, определяемый совокупностью свойств магнитной цепи, в т.ч. индукцией магнита и в зазоре. I - ток Индукцию, без кардинальной переделки конструкции магнитных цепей и смены магнитов - не изменить.

Казалось бы, надо увеличивать ток. Это можно сделать либо увеличив напряжение, либо уменьшив сопротивление нагрузки. Но тут вот какое дело. Электрогенератор - это преобразователь механической энергии в электрическую, но кроме того, в нем присутствуют процессы обмена магнитной и электрической энергиями, а медиатором является магнит ( система магнитов ). И вот тут - засада.

У конкретного магнита ( по габаритам, свойствам ) есть свойство - энергия, зависящая от максимальных индукции, коэрцитивной силы и объема магнита. В каком-то смысле - это условная энергия, поскольку извлечь ее из магнита нельзя, но именно она ограничивает "прокачку" электромагнитной энергии через себя. Поэтому увеличивая ток, мы создаем по закону э/м индукции встречный размагничивающий поток и примерно на половине мощности магнита начинается ограничение мощности преобразования.

Так, что никакой перемоткой, изменением числа витков, диаметра провода каких-либо заметных улучшений получить не удастся. Более того, для какой-либо конкретной конструкции генератора существуют т.н. предельные удельные параметры по габаритам, массе, а значит увеличение мощности возможно только путем увеличения габаритов. Либо применение другой конструкции генератора с иными удельными параметрами. Но все равно остается в силе основное энергетическое уравнение электрической машины Мощность P ~ D^2 * B * A ( диаметр, индукция, линейная токовая нагрузка )

Автор:Гость Написано: 05-07-2010
____________________________________________

В окончании статьи приведу характеристики динамовтулки Shimano DH-80.
Они аналогичны двум графикам выше, но более информативны.

Динамовтулка - конструкция, тест, характеристики Shimano, SRAM, Shmidt

Из графика видно, что из 3-х Ваттной втулки можно снять и вдвое большую мощность, однако, выходная мощность сильно зависит от сопротивления нагрузки.




Источник:
http://activ.egain.ru/532_42_28_914_148_1206.html





Поделиться этой страницей в:

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 5 из 5. Голосов: 37

Проголосуйте, пожалуйста, за эту статью:
Класс! Очень хорошо! Сойдёт 3-й сорт еще не брак Ерунда
(отлично!)(хорошо)(сойдет)(так себе)(плохо)

Статьи в тему: Механика
Новый тип ветрогенератора
 Шаговый двигатель как генератор с удвоителем напряжения
 Педальный зарядник накопитель
Разработана новая концепция ветряной электростанции - без турбин  Маленький обзорчик шагового двигателя от старого принтера в качестве генератора  Чем больше крутишь – тем больше энергии


Комментарии к статье

Разбираем динамовтулку | 0 Комментариев

Спасибо за проявленный интерес

Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.

 
Статьи в тему
Механика
Создан ветрогенератор без лопастей
Создан ветрогенератор без лопастей
генератор электричества
Новый генератор энергии из ходьбы
Карманная электростанция заряжает мобильный
Карманная электростанция заряжает мобильный
Обзор механического  генератора FREECHARGE 12V типа HUMAN POWER от компании FREEPLAY
Обзор механического генератора FREECHARGE 12V или мечта онан...мазохи...а.
Механический зарядник для сотового телефона с накопителем
Механический зарядник для вашего телефона

А Вы знаете, что возможно... ?

 Подписаться на rss рассылку Читать нас через RSS

 Читать нас на Твиттер Читать нас на Твиттер

 Наши новости на e-mail Получать наши новости на e-mail

 Напечатать текущую статью Напечатать текущую статью


Реклама
По вопросам размещения рекламы


Интересно



 

Количество подписчиков на RSS
Загрузка страницы: 0.04 секунды