Навішуємо дінамогенератор на велосипед

Передмова:
У мене немає радіотехнічного освіти, а всі викладки по електроніці - особистий досвід, тому критикуйте і виправляйте. Порядок складання написаний прямим текстом, курсивом відзначені мої спостереження і зауваження по всьому процесу конструювання.
Для харчування LED'а ліхтаря можна використовувати і батарейки, але моєю метою при конструюванні цього генератора було задоволення власної цікавості й інтересу, та й готовий результат вражає (мене і замовника ;-)).

ТЗ: Розробити ДГ до велосипеда з діаметром коліс 28 "для харчування переднього ліхтаря на світлодіоді Cree XM-LT6. ДГ повинен розвивати потужність не менше 5 Вт при швидкості руху від 20 км / год.
Саме ТЗ дуже умовно, але дає поштовх до дій.

пацієнт:
Велосипед Orion 1200 (діаметр коліс 28 ", Рис. 1), c нього знято кошик, а її кріплення до керма (зелена рамка) використано для кріплення ліхтаря. (Взагалі на фото не оригінал, але суть не змінюється.)
ДГ встановлений в точці кріплення багажника до задній вилці (червона рамка), а крутний момент знімається з бічної частини покришки за допомогою притискного ролика.
Велосипед не мій, а кореша. Дешевий і сердитий.

рис.1

За останній формулі можна порахувати частоту обертання ролика. При швидкості руху в 20 км / год, діаметрі ролика 6 см отримуємо частоту обертання ролика 29,5 об / сек, а при V = 5км / ч - 7,4 об / сек.
Взагалі так як заздалегідь було відомо мало, я припускав що необхідна для генерації швидкість 20 км / год, але виявилося що вистачає набагато меншою швидкості - швидкості прогулянкового бігу. Також в момент проектування у мене не було світлодіода. Як видно з останньої формули діаметр D1 не бере участі в розрахунку.

Конструювання та збирання:
Механічна частина:
Як генератор використовується біполярний кроковий мотор Mitsumi M49SP-1 (рис.3).

рис.3

Цей мотор можна зняти з деяких принтерів HP, наприклад, HP 6L, хоча його можна знайти і в інших моделях.
Перед використанням я перевірив мотор. У мене був випадок коли магніт ротора був розмагнічений наполовину! Для перевірки беремо малопотужну лампочку (3В), приєднуємо її до однієї обмотці і різко крутимо за вал мотора, робимо те ж саме з іншого, якщо горить в обох випадках - добре, немає - мотор зіпсований.
Мотор необхідно доопрацювати, попередньо відкривши його. Знадобитися плосковипуклой натфіль, яким потрібно сточити наступні кріплення (позначені синім) (Рис.4).

рис.4

Якщо Ви будете повторювати цю конструкцію, то можете розкрити мотор будь-яким доступним способом.

Виходить (Рис.5) щось подібне (позначено блакитним):

рис.5

Після цього акуратно Вигримав задню кришку за допомогою ударів мотора дном об тверду поверхню. У підсумку вийшло розібрати мотор на наступні частини: корпус, кришка, ротор (магніт + вал), статор. Для того щоб витягти вал з ротора слід вибити його прямо в розібраному моторі за допомогою вузького стрижня, я використовував стрижень від заклепки.
Всі ці процедури потрібні для того щоб перемотати статор мотора (Рис.6, фото з інтернету) товщим проводом, на мою думку це підвищить вихідну потужність генератора.

рис.6

Потім акуратно намотав емальований провід діаметра 0,6 до заповнення пластикової частини секції. Початок і кінець котушок завів в оригінальні місця пайки (на фото просто статор, він не перемотаний).
Після намотування статора необхідно було вставити в магніт довший вал, для цього взяв стрижень з CD-Rom'а (Рис.7), попередньо його підрізав і вставив в магніт з допомогою молотка.
На малюнку показані: 1 - оригінальний вал мотора, 2 - стрижень для заміни, 3 - магніт.

рис.7

Стрижень в CD-Rom'е використовується як напрямна для каретки лазера, а її діаметр якраз такий що потрібно! Беремо цей стрижень, відрізаємо на потрібну довжину, так щоб з мотора в результаті вихід був на 2-3см. Збираємо мотор акуратно, використовуючи всі кільця ущільнювачів, не забуваємо накапати масла.
Закріпив задню кришку, для цього загнув утворилися після розточення на корпусі «місця» (див. Вище, позначено рожевим на рис.5) молотком.
Для того щоб мотор служив генератором на його вал необхідно насадити ролик (Рис.8). Він добре приклеюється клеєм ЕДП.

рис.8

За фото видно що у мотора одне його "вушко для кріплення" використана в якості шарніра (біла деталь на нижньому фото зліва його притискає), а інше вушко затиснуте між пластиною і дугоподібної деталлю, до нього прикріплена пружина. Така конструкція обрана тому, що колесо велосипеда має помітне торцеве биття, а прилеглий ролик (і сам генератор), стикаючись з ним, може вільно «захитався» щодо нього. Та й ще така конструкція дозволяє відвести генератор від колеса, тим самим виключивши його механічно. Труться генератора змащувати не можна, їх краще відполірувати, я змастив тільки шарнір.
На фото генератора ролик не показаний, діодний міст був згодом замінений. Пластина досить товста, але з м'якого металу, тому її можна досить легко деформувати.

Фото в зборі на рис.10

рис.10

Демонстрація роботи генератора:

Електрична частина:
Електрична частина дуже проста, схема на рис.11. Що цікаво - генератор виробляє змінний струм та ще й змінної частоти в залежності від швидкості. Так як у генератора дві обмотки, то на кожну поставив свій діодний міст, а отримані + і - з'єднав паралельно. Щоб не витрачати даремно корисну потужність використовував діоди Шотткі. Мною перевірені діоди 10bq015tr (1А) і MBR0520LT1 (0,5 А).
Перших я брав 8 штук, а друге 16, використовував в мосту по два паралельно для пропуску більшого струму. Відчутної різниці між ними немає! Похибка вимірювань нівелює різницю в значеннях потужності. Так що використовуйте які вважатимете за краще або свої).

Мал. 11

Після мостів поставив конденсаторних батарей на 50000 + мкФ, а вже потім від неї товсту пару проводів, перетину 2,5 мм. На задній ліхтар теж використана батарея конденсаторів, щоб живити його на зупинках (ще не дороблений).
Як переднього ліхтаря використовував Cree XM-LT6 (рис.12) зі світловим потоком близько 1000 люмен, але драйвер для нього в 5 Вт (рис.13) з вихідною потужністю близько 4 Вт, тому отримав світловий потік близько 400-450 люмен згідно даташіту. Так само для фокусування світла використовував рефлектор (рис.14). Драйвер цікавий тим що працює в діапазоні напруг 4,5-18 В.
Все це було придбано 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
Діаметр підкладки LED'a і плати драйвера однакові і складають всього 16мм, в рефлекторе немає місця для розміщення проводів від світлодіода, тому довелося використовувати мідну фольгу).

рис.12

рис.13

рис.14

Польові випробування:
Коли я відчував генератор перший раз (ще коли не було світлодіода) - використовував в якості навантаження дві 3х ватні лампочки розжарювання на 6в. Генератор віддавав їм близько 5 Вт при швидкості в 20-25 км / год (всі підраховувалася за допомогою велокомп, але результатів точних не пам'ятаю). Тоді мені здавалося що це максимальна вихідна потужність, я звичайно розумію, що передача потужності в навантаження залежить від опору навантаження, але тоді я думав що це межа. Але коли прийшов LED і ми з корешем почали перевірку на вулиці, генератор показав вражаючі результати! Драйвер починає працювати на повну потужність вже на швидкості прогулянкового бігу (

8 км / год), це говорить про те що є потенціал для передачі більшого струму в LED за допомогою встановлення більш потужного драйвера.

Таким чином, повертаючись до теорії, дізнаємося що необхідна для нормальної генерації частота обертання ролика 12 об / сек. Від цього параметра можна відштовхуватися при проектуванні Вашого варіанту генератора.

Переваги: ​​хороша вихідна потужність, можливість встановлення більш потужного драйвера і отримання більш сильного світлового потоку. Ліхтар не вимагає використання джерел живлення.

Недоліки: відкрита конструкція боїться вологи і дорожньої бруду (тому не можна змащувати місце тертя генератора і пластини), пластина з м'якого металу легко гнеться. Притискної ролик з пінополіуретану не кращим чином підходить до даної конструкції.

доопрацювання:
Всім бажаючим повторити ідею рекомендую дотримуватися слід. пунктів:
1) Грунтовно підійти до способу передачі крутного моменту з колеса на ролик, не допускати перекосу як у мене (ролик не лежить в одній з площин проходять через дотичну в точці дотику, а перетинає її, це як раз і стало причиною стирання рис.15)
2) По можливості використовувати ролик з більш щільного матеріалу
3) Зробити конструкцію кріплення генератора жорсткої
3) Захистити конструкцію від бруду і вологи

P.S. Перший млинець грудкою, але сподіваюся що зацікавив ;-) Скинув три великі фоточки в архівчік.