Самодельная динамо-машина. Динамо-машина

Сейчас много цифровой техники выходит из строя, компьютеры, принтеры, сканеры. Время такое - старое заменяется новым. Но вышедшая из строя техника ещё может послужить, хоть и не вся, но отдельные её части уж точно.
Вот, к примеру, в принтерах и сканерах используются шаговые двигатели различных размеров и мощностей. Дело в том, что они могут работать не только как двигатели, но и как генераторы тока. Фактически это четырехфазный генератор тока уже и есть. И если приложить к двигателю даже небольшой крутящий момент - на выходе появиться значительно большое напряжение, которого вполне хватит, чтобы зарядить маломощные аккумуляторы.
Я предлагаю сделать механический динамо фонарик из шагового двигателя принтера или сканера.

Изготовление фонарика

Электроника фонарика

Схема

Сборка динамо фонаря

Канал Игорь Круч представил вашему вниманию новую самоделку, которую уже давным-давно автор видео сделал, но все время не было снять и выложить на YouTube. Наконец-то самодельная большая динамо-машина. Творение, на которое ушел где-то месяц работы, неспешно, продумано, все делалось, качественно, на совесть.

Посмотрите на выбор ручных генераторов и неодимовых магнитов в этом китайском магазине .
Она изготовлена из того, что было в наличии: движок, ремень и натяжитель из струйного принтера. Кроме того: тумблер, литий-ионная акб 18650. Добавилось ребро жёсткости. Из дисков сделан шкив. На холостом ходу производит напряжение до 11 вольт и ток 1,5 Ампера. Мощности хватает на светодиодные фонари, маломощный усилитель, смартфон. Для ноутбука данной динамо машины, сделанной своими руками, недостаточно.
Итак, обзор. Стенка и днище сделано из ламината, оставшийся лишний после ремонта. Шкив для ремня сделан из оптических дисков, ненужных, как можно заметить, они были просверлены и скручены. Ремень большой, длинный, желтого цвета, из старого принтера, ровно как и натяжитель из старого принтера, он был побольше. Отпилил ненужную часть.
Генератор остался тот же самый, ручка тоже, была изогнута, это необходимо, чтобы не цеплялась за ремень и натяжитель. Она была изогнутая, и позиция расположения этой рукоятки изменилась, так удобнее. В данном случае достигается оптимальное передаточное число. Также нововведение – ребро жесткости, потому что стенки из ламината слишком высокие получились, и она начала сильно раскачиваться, благодаря ему все надежно, ничего не шатается.

Электроника самодельного генератора с ручным приводом

Стоит сказать следующее. Генератор, диод и конденсаторы остались совершенно те же самые, как и в предыдущей динамо-машине. Также добавился один тумблер и блок аккумуляторов. Добавил разъемы соответственно, чтобы можно было к ней нагрузку подключать, удобно через разъемы. Слева кусочек отпиленной материнской платы ноутбука, неисправной материнской платы. У нас получилось 3 USB-порта для подключения питания. Чуть правее самодельная платка, макетная плата с 5-ю штырями. Соответственно можно подключить 5 потребителей энергии и к 3-ем USB-портам можно подключить 3 потребителя энергии.
В итоге суммарно параллельно вместе одновременно можно запитывать от этой динамо-машины 8 потребителей, но пока эксплуатируются лишь 2 потребителя, о них тоже скоро скажу. Тумблер спереди находится, а так динамо-машина выглядит снизу. Особо смотреть ничего: 4 резиновые ножки на двухсторонний скотч приклеены и 2 винтика от ребра жесткости.

Примечание. Винты, которыми скручены диски – с потайной головкой; на шкиве нанесены поперечные насечки (иначе ремень проскальзывал) и “железка”, на которой вращается шкив – это керн от старого динамика. Аккумуляторы скреплены с металлическими пластинами неодимовыми магнитами, которые благодаря покрытию из никеля прекрасно проводят ток. Сами металлические пластины – от сердечника трансформатора. Между шкивом и “железкой”, а также между шкивом и ламинатом густая смазка.

Динамо-машина, или генератор электрического тока, - это устройство, которое преобразует в электрическую энергию другие состояния энергии: тепловую, механическую, химическую. До сегодняшнего дня остаются популярными велосипедные генераторы, питающие фары и задние фонари.

Принцип работы генератора электрического тока

Динамо-машина генерирует электрическую энергию благодаря принципу электромагнитной индукции. Обычно такое устройство конвертирует именно механические воздействия прямо в электрические импульсы. В его составе - ротор (открытая проволочная обмотка) и статор, в котором расположены полюса магнита. Ротор, не прекращая движения, все время вращается в силовом магнитном поле, что неизбежно приводит к возникновению тока в обмотке.
Схему своего устройства динамо-машина представляет следующую. Вращающийся проводник, или ротор, пересекает магнитное поле и в нем генерируется ток. Концы ротора подведены к кольцу (коллектор), через них и прижимные щётки ток перемещается в электрическую сеть.

Электрический ток в динамо-машине

Образующийся ток в проводнике будет иметь наибольшее значение при условии, если ротор располагается перпендикулярно магнитным линям. Чем больше поворот проводника, тем сила тока будет меньше. И наоборот. То есть, процесс вращения проводника в магнитном поле вынуждает генерируемый электрический ток менять направление за один оборот ротора два раза. Благодаря этому свойству такой род тока стали называть переменным.
Динамо-машина для выработки постоянного тока построена на таком же принципе, как и для переменного тока. Разницу можно заметить лишь в деталях, когда концы металлического провода закрепляют не к кольцам, а подсоединяют к полукольцам. Такие полукольца обязательно изолируются между собой, что при вращении проводника делает возможным контактировать со щёткой переменно то одно полукольцо, то другое. Значит, в щётки вырабатываемый ток будет поступать исключительно в одном направлении, одним словом - ток будет постоянным.

Как собрать динамо-машину?

Динамо-машина своими руками собирается быстро. Основанием для будущего генератора будет служить деревянная доска толщиной около 30 мм и площадью 150 на 200 мм. Двумя шурупами на неё крепится корпус так, чтобы электромагниты располагались по горизонтали, один против другого. Затем, сквозь прикреплённый к корпусу подшипник продевается ось якоря, который закрепляется на своём месте между электромагнитами. С внутренней стороны подшипниковой стойки продевают щётки, вставляют второй конец оси якоря. На этом конце закрепляют коллектор.
Перед прикреплением подшипниковой стойки к основанию, якорь нужно выровнять таким образом, чтобы его вращение между электромагнитами не задевало их. Щётки должны располагаться поперёк башмаков электромагнитов и закрепляться на подшипнике. На свободном конце ротора прикрепляется небольшой шкив.
Электромонтаж устройства заключается в соединении концов обмоток для электромагнитов со щётками. Также к ним соединяют отрезки гибкого провода для сообщения устройства с внешней цепью.

Генератор и велосипед

Свою мощность динамо-машина для велосипеда демонстрирует в зависимости от скорости вращения. Например,
недостаточно быстрое вращение или остановка велосипеда прекращает питать фонарь или иное устройство. Но при высокой скорости лампочки способны перегореть раньше срока выработки ресурса.
Различают несколько разновидностей велосипедных электрических генераторов:
Втулочный тип встраивается во втулку колеса. Конструктивно состоит из статичного сердечника на оси и обращающегося многополюсного магнита в форме кольца. Их стоимость больше, она компенсируется бесшумной работой и эффективностью.
Бутылочный тип наиболее популярный. Схожее с формой бутылки устройство оснащено небольшим колёсиком, что приводится в движение посредством трения о боковину резиновой покрышки колеса.

Кареточный генератор устанавливается рядом с кареточным стаканом, ниже перьев рамы. Движение подпружиненного ролика осуществляется благодаря трению о протектор покрышки. Следует упомянуть, что кареточная и бутылочная динамо машина перестают работать, попадая в мокрые условия.

Всем знакома ситуация - ждешь важный звонок и вот невезуха, аккумулятор телефона разрядился, а вы на улице. Сегодня на рынке конечно можно найти альтернативные зарядные устройства, в частности на солнечных батарейках. Но как правило, солнечные батареи имеют низкий КПД (не более 15-17%) и не успевают заряжать мобильный телефон, а иногда процесс зарядки занимает до 6 часов.

Можно конечно использовать зарядные устройства от одной пальчиковой батарейки, но как правило такие девайсы предназначены только для подзарядки, и батарейка быстро разряжается.

В итоге было решено собрать компактное зарядное устройство со встроенным генератором постоянного тока. Известно, что для зарядки маломощных автономных устройств (мобильный телефон, приемники, плееры и т.п.) нужно иметь рабочее напряжение не менее 4.5-4.8 вольт, следовательно нужно применить соответствующие аккумуляторы, но они занимают немало места, поэтому было решено использовать DC-DC преобразователь напряжения 1,5-6 вольт. Преобразователь был использован уже готовый, от зарядного устройства на одной батарейке (куплено за 130 рублей). Преобразователь достаточно компактный и имеет высокий кпд ниже параметры преобразователя.

Входное напряжение – 1.2-1.7 вольт
Ток потребления - до 2 ампер
Выходное напряжение - 5,5 вольт
Выходной ток - до 500 мА
Дроссель удобно мотать на кольце от энергосберегающей лампы, содержит 9 витков провода 0.3мм

Суть работы устройства достаточно проста - генератор вращается, заряжает встроенный аккумулятор, при подключении нагрузки (в нашем случае телефон) на выход преобразователя, последний включается и заряжает его. В процесс зарядки можно подзарядить резервный источник, вращением генератора.

В качестве генератора использовался электродвигатель от кассетного плеера. При 2500 об/мин генератор способен дать до 8 вольт напряжения при токе до 850 мА! Согласитесь немало для такого малыша.

Для того, чтобы обеспечить нужное число оборотов, был использован редуктор. К счастью нашлась старая игрушка со встроенным редуктором, число передач всего 2, но этого хватит для нормальной зарядки резервного аккумулятора. Такую «коробку» передач можно изготовить от дисковода ненужного двд проигрывателя или компьютера, там есть все необходимое, главное обеспечить генератору более 300 об/мин, при таких оборотах он свободно выдает 2 -2.5 вольт, что вполне хватает для зарядки резервного источника.

В качестве резервного источника использовалась одна банка никель металл гибридного аккумулятора с напряжением 1.2 вольт, емкостью 1200 мА, хотя можно использовать аккумуляторы с любой емкостью. На плюс генератора необходимо подключить диод в прямом направлении, чтобы предотвратить подачу обратного напряжения на генератор, в противном случае последний будет работать как электродвигатель.

Основой является высококачественный DC-DC преобразователь на микросхеме ZHDZ5.

Микросхема достаточно распространенная, можно приобрести в радиомагазине за 1$, хотя можно также купить готовую зарядку от батарейки всего за 3$.

Особенностью данного преобразователя является то, что он включается только тогда, когда на выход подключена нагрузка, об этом говорилось вначале статьи.007G, он же - MMBR5031LT1, высокочастотный кремниевый NPN транзистор. Сама схема проста и обеспечивает высокий КПД, все компоненты в SMD исполнении, поэтому все так миниатюрно.

Готовое устройство следует дополнить гнездом для подключения кабелей зарядки разных автономных устройств. В итоге получилось достаточно компактное универсальное зарядное устройство, который выручит всегда, независимо от погодных условий и других факторов.

Список радиоэлементов

Генератором электрической энергии называется устройство, преобразующее химическую, механическую или тепловую энергию в электрический ток. Таким генератором, использующимся на велосипедах для питания задних фонарей и передней фары, является динамо-машина.

Разновидности

Рассмотрим существующие виды велосипедных динамо-машин заводского исполнения.

Бутылочная

Этот вид велосипедного генератора наиболее доступный и простой. Однако его мощность не самая большая из всех видов. Приводной ролик генератора вращается за счет касания к протектору шины колеса во время движения.

Втулочная динамо-машина

Динамо-втулка по своему устройству является осевой динамо-машиной. Исполнения таких моделей могут быть различного вида. Стоимость втулочного генератора довольно высока. Установка более сложная, по сравнению с бутылочным вариантом.

При приобретении необходимо проверить число спиц и метод фиксации установочного колеса. К достоинствам втулочного генератора относится его защищенность от влаги, в отличие от бутылочного генератора, приводной ролик которого в сырую погоду проскальзывает по покрышке велосипеда. Устройство заключено внутри втулки колеса, и работа происходит от его вращения.

К недостаткам такого устройства относится то, что выключить работу втулочного генератора не получится.

Цепная

Цепной вариант велосипедного генератора встречается достаточно редко. Однако есть несколько разных исполнений этого вида. Устройство может оснащаться USB портом для зарядки мобильных гаджетов.

Недостатком такой конструкции является малый срок службы, так как при эксплуатации происходит воздействие металлической велосипедной цепи на пластиковые элементы генератора.

Бесконтактная

Это оригинальная динамо-машина с бесконтактным принципом действия. Колесо велосипеда играет роль ротора. На колесо фиксируется специальный обруч, на котором закреплены 28 магнитов. Они расположены поочередно, с разными полюсами.

Статором является индукционная катушка, в которой вырабатывается электрический ток. В эту систему включена аккумуляторная батарея для накопления энергии. По заверениям производителя для обеспечения нормального светового потока достаточно двигаться со скоростью 15 км в час.

Достоинствами этой конструкции является:

• Отсутствие трущихся элементов.
• Бесшумная эксплуатация.
• Неограниченный срок эксплуатации (кроме батареи аккумуляторов).

Недостатком бесконтактной модели является малая емкость аккумуляторов. Ее хватает всего на несколько минут. Однако многие умельцы легко исправляют этот недостаток различными способами, в том числе заменой батареи на более мощную.

Другие конструкции

В настоящее время очень популярны различные интересные устройства, которые изготовлены в Китае. Иногда видишь такие устройства, которые раньше нигде не производили. Даже их принцип действия не всегда понятен, однако они работают.

Такое китайское устройство можно смело назвать велогенератором будущего. Динамо-машина из поднебесной выглядит по аналогии фантастических фильмов. Судя по внешнему виду, для ее функционирования нет необходимости в контакте с шиной колеса или цепью. Также нет никаких магнитов.

Принцип ее работы не совсем понятен. Возможно, это является технологическим секретом завода изготовителя.

Конструктивные особенности и работа

Наиболее популярной моделью динамо-машины на велосипедах является ее бутылочная конструкция, за ней идет динамо-втулка. Остальные виды используются значительно реже. Поэтому рассмотрим самые распространенные модели.

Динамо-бутылка

Динамо-машина бутылочного вида работает на боковой части передней шины велосипеда. Выполнена в виде небольшого генератора электрической энергии, и служит для работы заднего фонаря и передней фары велосипеда, а также зарядки электронных мобильных устройств.

Такой мини-генератор может монтироваться как на переднее колесо, так и на заднее. В первом случае устройство может совмещаться со встроенным фонарем. Для отключения генератора предусмотрен специальный откидной механизм, фиксирующий корпус генератора в том положении, когда нет соприкосновения с шиной колеса велосипеда.

Название этого устройства происходит от внешнего сходства формы с бутылкой. Бутылочный велогенератор имеет и другое название – боковое динамо. Приводной резиновый или металлический ролик приводится во вращение на боковой стороне шины колеса. При движении велосипеда шина придает вращательное движение ролику велогенератора, который вырабатывает электрический ток.

Достоинства

• Отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения. Динамо-втулка в отличие от бутылочного велогенератора, всегда оказывает сопротивление вращению колеса, хотя значение этого сопротивления незначительно. Если бутылочный велогенератор включен, но фонари и фара не подключены к питанию, то сопротивление движению велосипеда меньше.
• Легкая и простая установка . Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами.
• Небольшая стоимость . Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.

Недостатки

• Сложная настройка . Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с покрышкой колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Если велосипед упадет, либо ослабнут фиксирующие винты, генератор может быть поврежден. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу. Если винты крепления слишком ослабнут, то механизм может сдвинуться с места и попасть в спицы колеса, что приведет к поломке спиц и выходу колеса велосипеда из строя. Некоторые велогенераторы оснащены специальными петлями, предохраняющими их попадание в спицы.
• Для переключения требуется физическое усилие . Чтобы привести в действие генератор, необходимо переместить его корпус до соприкосновения с колесом. Втулочные генераторы могут включаться автоматически или с помощью электроники. Для этого не нужно прикладывать усилия.
• Повышенный шум . При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума.
• Износ шины колеса . Для эксплуатации генератора требуется соприкосновение с шиной, в результате происходит трение и износ покрышки. Если сравнить с динамо-втулкой, то там трение с покрышкой отсутствует.
• Сопротивление движению . Бутылочная динамо-машина оказывает значительно больше сопротивление движению велосипеда, чем втулочная модель. Однако при правильной настройке сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
• Проскальзывание . При сырой дождливой погоде приводной ролик бутылочного генератора будет скользить по шине колеса, что уменьшает выработку электрического тока и снижает яркость света фары и заднего фонаря. Втулочные генераторы не требуют для работы хорошего сцепления с покрышкой, и не зависят от погоды и других неблагоприятных условий.

Динамо-втулка

Втулочная конструкция велогенератора разработана в Англии, а производится различными фирмами во многих странах. Мощность такой конструкции может достигать 3 ватт при напряжении 6 вольт. Технологии их изготовления постоянно совершенствуются, размеры конструкции становятся меньше и мощнее. Современные фары для велосипеда стали излучать более эффективный свет, так как применяются и.

Динамо-втулки при работе не создают шума, но их масса больше, чем у других моделей. Трущиеся части во втулочном варианте устройства отсутствуют. Они функционируют за счет магнита, имеющего множество полюсов, и выполненного в виде кольца. Он находится в корпусе втулки и вращается вокруг неподвижного якоря с катушкой, зафиксированной на оси. Сопротивление вращению такой конструкции очень незначительное.

Динамо-втулки вырабатывают переменный ток. На малых скоростях вырабатывается больше электричества, по сравнению с бутылочной моделью, за счет низкой частоты тока. Существуют схемы выпрямителей для динамо-машины. Они выполнены по простой схеме моста из четырех диодов.

Динамо-машина втулка вырабатывает низкое напряжение, поэтому при применении кремниевых диодов потери составляют значительную величину – 1,4 вольта. С германиевыми диодами потери снижаются, и составляют всего 0,4 вольта.

Принцип работы динамо-машины

Динамо-машина вырабатывает электрический ток с помощью эффекта электромагнитной индукции. Ротор вращается в магнитном поле, в результате чего в обмотке возникает электрический ток. Концы обмотки ротора подключены к коллектору, выполненному в виде колец. Через них с помощью прижимающихся щеток электрический ток поступает в сеть.

Ток в обмотке имеет максимальное значение, если ротор находится перпендикулярно по отношению к магнитным линиям. Чем больше угол поворота обмотки, тем ток меньше. Вращение обмотки в магнитном поле изменяет направление тока за один оборот два раза. Поэтому ток называют переменным.

Подобный генератор для постоянного тока изготавливается на этом же принципе. Разница в некоторых деталях. Концы обмотки соединяют не с кольцами, а с полукольцами, которые изолированы друг от друга. При вращении обмотки щетка контактирует поочередно с каждым полукольцом. Поэтому ток, поступающий на щетки, будет иметь только одно направление и будет постоянным.