Бутылочная динамо-машина или динамо-машина, работающая от боковой стенки покрышки, представляет собой маленький электрический динамогенератор для велосипеда , который используется для питания велосипедных фар или зарядки аккумуляторов электронных устройств, включая мобильные телефоны и GPS-приёмники. Поэтому для простого ветряка возникает желание использовать велодинамо в качестве генератора .
Но тут есть проблемы - это высокооборотные генераторы, хорошо работают при 1500 оборотах в минуту и выше, поэтому нужен мультипликатор или нужно уменьшать длину лопастей рискуя малым моментом силы страгивания. Но динамовтулки (велодинамовтулки) в этом смысле лучше, но они на порядок дороже при одинаковой мощности... Или шаговый двигатель.

Простая конструкция предложена американским изобретателем и опубликована в журнале "Сельский механизатор", №2, 1998 г. ("Ветродвигатель на велосипеде", Паршин Е.). Ветродвигатель состоит из винта, на концах которого установлены конические колпаки-приемники скоростного напора, имеющие большой коэффициент сопротивления со стороны основания при воздействии ветрового потока.
Наилучшие результаты могут быть получены при изготовлении ветродвигателя из высокопрочной, морозоустойчивой пластмассы (лавсана). Однако совершенная конструкция может быть создана с использованием доступных материалов. Лопасти винта изготавливают из деревянного бруска, в середине которого сверлят отверстие для размещения вала генератора. Приемники скоростного напора можно изготовить из пластмассовых бутылок.
Мощность ветродвигателя увеличится при использовании двух винтов, расположенных во взаимоперпендикулярных направлениях.
Следует отметить, что благодаря сопутствующему звуку, ветродвигатель одновременно играет роль пугала: днем отпугивает птиц, а ночью - кротов.

Летающий колпак: 1 - винт; 2, 3 - лопасти винта; 4 - центральная часть винта; 5 - вал; 6 - электрический генератор; 7 - стяжной хомут; 8 - верхняя часть опорной стойки; 9 - оттяжки крепления стойки; 10 - конические колпаки; 11 - траектория движения концов винта; 12 - направление ветра; 13 - основание конического колпака; 14 - суживающаяся вершина колпака

Сначало о динамо втулке и о обычном велодинамо в общем,и о пригодности в качестве мини ветрогенератора.

Динамовтулка это велосипедный втулочный многополюсой генератор предназначенный для обеспечения света фары,и дополнительных огней велосипедов,так-же динамовтулки оснащаются дополнительным оборудованием для зарядки портативной техники(телефоны,фонари и т.д.). Характеристики,технические данные динамовтулки идеально подходят для изготовления походного миниветрячка,так как динамовтулка выходит на заявленную мощность уже при 160-200об/м,в отличие от обычного велодинамо,которое своим валом прижимается к покрышке велосипеда.

Велодинамо выходит на заданную мощность при 2500-3000об/м.,а средние обороты вращения лопастей ветряка состовляют150-500об/м,значит без редуктора простое велодинамо до таких оборотов ветром раскрутить нереально,а установка редуктора создаст значительную нагрузку,что приведёт к установке больших лопастей диаметром примерно 1,6м. или более,что не позволяет эту громадину брать в походы и т.д,из-за веса и размеров,при очень скромной средней мощьности-6v 500мА.

Другое дело,это велосипедная динамовтулка,она крутится в велосипеде всего лишь со скоростью колеса велосипеда,и при этом даёт тот же ток,что и обычная велосипедная динамка. Такая разница в оборотах и мощности обоих динамок объясняется следующим.В простой динамке всего 1 магнит, и естественно 2 электромагнитных полюса(N, S),и чтобы ей выйти на свою мощность(3ватта) ей,надо крутится с чистотой около 50Гц,на такой частоте оптимальный мощный ток,так работают и промышленные генераторы(наша электросеть 220v 50Гц).

Герц это импульс смены электромагнитного поля в катушке индуктивности генератора с минуса на плюс и обратно,1Гц=1импульс в секунду,значит это 60об/мин.=1 герц,значит простая динамка выдаёт за один оборот в секунду один герц,а ей надо для выхода на заявленную мощность,частоту 50Гц,это 3000об/м., или 50об/сек.

>

В веловтулке не 2,а 36 полюсов,значит за один оборот динамовтулки происходит не одна смена тока в катушках индуктивности,а 18 смен тока с минуса на плюс,18 импульсов.Это позволяет динамовтулке крутится в 18 раз медленнее и получать тот-же ток,что и простая динамка. Считаем для веловтулки,1об/с=18Гц,так как 18 импульсов смены тока в катушках,значит чтобы получить 50Гц и заявленную мощность нам надо 50Гц разделить на 18 и получаем 2,7об/с,умножаем на 60 секунд и получаем равно 166 оборотов в минуту,при этих оборотах динамовтулка выходит на заявленные параметры работы.

>

Вывод: обычная велосипедная динамо(6v 3ватт) даёт ток 6v 500мА. при 3000 об/мин.,а велосипедная динамовтулка(6v 3ватт) даёт ток 500мА ПРИ 166 об/мин.

Видео испытания на мощность динамо втулки для применения в качестве походного ветрогенератора.

Работа динамовтулки на различных оборотах и таблица зависимости мощности от оборотов.

Исходя из скорости велосипеда(км/ч) и диаметра колеса(D26) я рассчитал количество оборотов колеса,а следовательно и оборотов динамовтулки при разной скорости движения велосипеда.Расчёт,колесо диаметром 26дюйм=66см.,далее по формуле вычисления длинны окружности вычисляем длину.С = 2пR, где С - длина окружности; п = 3,14; R - радиус окружности или С = пd, где п=3,14; d - диаметр окружности (d=2R),получаем 207см,тоесть за один оборот этого колеса, велосипед проезжает 207см,что равно 2м.7см.Т

Теперь можно смело вычислять реальные обороты динамовтулки исходя из скорости приведённой на таблице выше и значений выдаваемого тока.Округляем 207см.до 2м. и считаем 1об.=2м.,100об=200м.,10000=20км.,то есть если проехать 20км/ч. на велосипеде,то его колёса сделают 10000об за 20 км. пути.,далее вычисляем обороты динамовтулки,10000об.делим на 60 мин. и получаем 166 об/мин.велодинмки.

Таким образом мы зная диаметр колеса этого велосипеда,можем легко переводить скорость в обороты динамовтулки и обратно.Теперь ниже в таблице стоят вычисленные обороты динамовтулки и значения вырабатываемой мощности (вольт,ампер и ватт).,с помощью формулы вычисления силы тока я вычислил,так-же значения в микроамперах для лучшего представления.

>

В таблице рассчитано соотношение оборотов к мощности только до 208 об/м динамовтулки,далее мощность так-же растёт пропорционально оборотам,уже при 300об/м.,динамовтулка будет давать ток около 700Ма,при 450ОБ/М- 1000мА,далее выше,но из-за повышения частоты в герцах,и увеличения силы магнитных полей(сопротивлений) происходит нагрев генератора под нагрузкой и долгое время его на больших оборотах эксплуатировать не рекомендуется,он может просто не выдержать и перегореть.

В продолжительных походах возникает ворос зарядки различной портативной техники. В поисках решений данной проблемы рассматривалось множество вареантов от солнечных батарей до химических источников тока. Солнечные панели оказались очень зависящими от солнца и при пасмурной погоде практически ничего не давали. А солнце балует только летом, а в межсезонье и зимой солнца практически не бывает, и уповать на благосклонность природы и наличие солнца не приходится, да и ночью они не работают.

Так-же отпал вареант с большим аккумулятором, который бы зарежал в походе всякую электронику, так-как его заряд быстро кончается, впрочем как и у батареек. Были экспиременты и с химическими элементами, в частности с медно-купаросным элементом, но эффективность его очень низкая.

Идея собрать небольшой ветрячёк пришла сама собой. Ветер хоть и небольшой, но дует каждый день и круглые сутки, а значит ветрогенератор будет работать и ночью, и зарежать электронику пока я отдыхаю. В поисках маленького и лёгкого генератора для ветряка я вспомнил о велодинамках, которые прижимались к колесу велосипеда и вырабатывали ток для свечения фары. Но эти динамки слишком оборотистые и начинают довать ток начиная от 2000об/м. Так-же побродив по прасторам интернета я выяснил, что для этих целей подходят шаговые моторчики с принтеров, но показатели мощности нигде не указаны,а значит скорее всего их мощность очень маленькая.

Выход из положения оказался очень простым, аказывается уже давно для велосипедов выпускают динамо втулки, которые по мимо того, что служат осью колеса, они ещё и вырабатывают ток, средней мощностью 3 ватт, это как раз как мощность стандартного зарядника для телефона, значит это самое то. Так-же эти генераторы специально спроэктированы для работы на малых оборотах, и крутятся на велосипеде со скростью его колеса в отличие от старых динамок, которые прижимались "головкой" к покрышке и за один оборот колеса делали 20-30 оборотов. Прикинув, что на велике колёса крутятся максимум 50-60 об/м при скорости 10км/в час -при этой скорости фара велика начинает хорошо светится. Я понял, что этот генератор идеален, так как тихоходен и на 100 оборотах выйдет на полную мощность, а на ста оборотах втряки крутятся даже от маленького ветерка.

С генератором я определился,и дело остовалось за ма малым, заказать этот генератор и собрать верячёк. Динамо втулку я заказал в интернет магазине.Цены на эти генераторы начинались от 450 рублей, но мне понравилась одна из алюминиевых динамок, её цена с доставкой обошлась 1500 рублей. Впринцепе недорого для подобного генератора, хотя если не гнаться за внешним видом, то можно было и за 450 рублей заказать, но здесь алюминий, а значит и меньший вес.

Ниже фотография данного генератора

О деталях и узлах мини ветрогенератора.

Пока ждал заказ решил приступить к сборке осовных частей ветряка.Порывшись у себя в закромах нашол обрезок листа оцинкованой жести, и вырезал из неё лопасти, так как думал, что размер генератора будет немного больше чем оказалось на самом деле, я вырезал большие лопасти длинной по 80см, с перекосом ширины 10 на 15см. Лопасти специально делал широкими, для того, чтобы они работали на слабом ветру.Но лопасти показались мне слишком большими и тяжёлыми для походного ветряка, и я решил вырезать лопасть из ПВХ трубы, для этого распилил отрезок труды вдоль на 4 часть и вырезал 4 лопасти.Длинна лопастей по 75см. Ниже фото этих лопастей.

После изготовления двух комплектов лопастей для будущих испытаний ветрячка, я продолжил дольнейшую сборку. За основу, так сказать раму ветряка взял отрезок олюминиевой гардины. В магазине прикупил мелких болтиков для сборки, Г-образную пластину для крепления генератора, провод, и обычную велосипедную втулку, я её использовал в качестве поворотной оси, цена 200 рублей и готовая поворотная ось, правда не полая и провод через неё пропутить не получится. Но так просто пускать провод от генератора мне не хотелось, ведь он мог мешать поворотам ветряка по направлению к ветру и я решил сделать токосьёмник -Щёточный узел.Порывшись у себя в радиодеталях нашол текстолитовую плату, из неё вырезал кружёчки, на которые припоял самодельные щётки, и всё это дело вклеил на втулку, и получилась гтовая поворотная ось с токосьёмником. Ниже фото поворотной оси.

На фото видно как к пластине крепится хвостовая балка. Я сделал всё из простых деталей, которые у меня были и собрал всё буквально за компьютерным столиком, так что об эстетике и красоте не думал, для меня главное надёжность и ремонтопригодность в походных условиях, вот и получилась такая невзрачная, но надёжная и прочная конструкция.

Я много описывать не буду, так как и так всё понятно и описано в предидущих стятьях, я лишь немного прокомментирую фотографии ветряка. Все детали ветряка покрашены в зелёный цвет для камуфляжа, и чтобы не блестели на солнце выдавая местоположение палатки с больших расстояний.

На фото видно все основные узлы ветрогенератора. Я сделал всё из простых деталей, которые у меня были и собрал всё буквально за компьютерным столиком, так что об эстетике и красоте не думал, для метя главное надёжность и ремонтопригодность в походных условиях, вот и получилась такая невзрачная, но надёжная и прочная конструкция.

На правой фотографии видно все основные детали ветряка, это отрезок гардины, на которой крепятся все детали ветрогенератора. Как видно динамо втулка (генератор) прикручена ротором -валом к пластине, а вращается статор генератора, а в обычных генераторах наоборот, вращается вал. Но как оказалось это и лучше, так как все детали удобно закреплять. На статор генератора закреплён с помощью трёх саморезов треугольный диск из фанеры, в неё просверлены отверстия под болтики крепления лопастей. К другой части пластины прикручена поворотная ось из велосипедной втулки. Далее к пластине крепится хвостовая балка и хвост, после лопасти и ветряк крепится с помощью хомута на мачту.

Вертячёк легко и быстро собирается и разбирается, сборка и разборка занимает минут 15. В походных условиях ещё немного времени уйдёт на начту.А если такой ветряк использовать на даче, то его можно установить на железную мачту.Самая габаритная часть ветряка это лопасти, длинна лопастей 80 см., они в принципе должны уместится в походный рюкзак, но лучше для него подобрать чехол, например чехол от палатки.

Про характеристики напишу примерно, так как они зависят от ветра.

При ветре 2-3м/с ветрогенератор вырабатывает около 2-2,5 Ватт, при более мощном ветре до 5 м/с он уже будет вырабатывать более 4-х Ватт. Далее с повышением силы ветра ветряк способен давать более 5-ти ватт, но на тесте максимальный ветер был около 5 м/с, и ветряк работал в штатном режиме. От кручения рукой я зажигал им даже автомобильную лампочку на 10 ватт. В принципе из динамо втулки можно сделать ручной генератор, если к нему приделать ручку и крутить, такое зарядное устройство будет гораздо мощнее чем известные китайские ручные динамо зарядки.

При кручении от руки дома тестер показывал более 20-ти вольт, в среднем вольтаж 8-11 вольт. Если поставить более длинные и узкие лопасти, то ветряк будет крутится более быстро и давать стабильно более 12-ти вольт, а значит и заряжать 12-ти вольтовый аккумулятор.

Вместе с ветряком я планирую использовать буферный аккумулятор для накопления вырабатываемой энергии, чтобы пользоваться энергией даже когда нет ветра и подключать более мощные приборы (освещение, электроника) . Также аккумулятор будет выполнять роль стабилизатора напряжения. Контроллер заряда здесь в принципе не нужен, так как от такого тока аккумулятор при каждодневном использовании энергии врятле перезарядится.

К слову такой ветрячёк можно не только в долгосрочные походы брать, но так-же можно на постоянку поставить дома или на даче, и в паре с аккумулятором он отлично справится с ночным освещением двора или комнаты, а также от его буферного аккумулятора можно заряжать мобильный телефон, слушать радио и смотреть портативный ТВ и другое. Можно даже ноутбук подключить и некоторое время пользоваться -пока не сядет буферный аккумулятор, а потом ждать пока ветряк его снова зарядит.Для подключения радио, зарядки телефонов, ноутбука естественно нужна дополнительные преобразователи электроэнергии, что-то на подобие ВАМПИРЧИКА, или если использовать 12-ти вольтовый аккумулятор, то автомобильные адапторы и зарядные устройства. Но для этого надо чтобы ветряк смог заряжать 12-ти вольтовый аккумулятор, а для этого надо поставить более узкие и длинные лопасти, примерно 110-120 см в длину и шириной 10 см. В общем это уже зависит от конкретных задач, а телефон можно заряжать даже напрямую через ограничивающий резистор, или от буферного аккумулятора.

Если вас волнует вопрос получения альтернативной энергии, можете собрать для себя вот такой вот простой ветрогенератор. Основная часть используемых запчастей – это детали от велосипеда. С помощью звездочек и цепи создается передача крутящего момента на генератор. В качестве генератора выступает также деталь с велосипеда – это динамо-машина. Если динамы нет, можете использовать моторчик постоянного тока.

Что касается воздушного винта, то он делается очень просто и также из доступных материалов. На данный момент проще всего изготовить винт из ПВХ-трубы или подобного материала, труба имеет подходящий профиль для изготовления лопастей.

Также вам понадобится найти некоторый металлолом, чтобы изготовить мачту, сделать основание и так далее. Рассмотрим эту тему более подробно.

Материалы и инструменты, который использовал автор для изготовления ветряка:

Материалы:
- кусок ПВХ-трубы;
- металлические пластины;
- тонкая оцинкованная листовая сталь;
- гайки, болты;
- подшипники;
- кусок металлической трубки (для изготовления корпуса подшипников);
- металлические хомуты (3 штуки);
- бумага, маркер, ножницы (для изготовления шаблона);
- клей;
- стальной уголок;
- труба квадратного сечения (мачта);
- колесико от тележки;
- динамо-машина (или моторчик постоянного тока);
- ведущая и ведомая звездочка, цепь (от велосипеда).

Инструменты:
- ножницы;
-
- отвертка;
- плоскогубцы;
-
- мультиметр;
- гаечные ключи и другие мелочи.

Процесс изготовления ветряка:

Шаг первый. Начнем с лопастей
Лопасти автор делает из куска ПВХ-трубы. Первым делом нужно будет изготовить шаблон из бумаги, а затем вырезать ножницами. Прикладываем шаблон к трубе и вырезаем лопасти. Каждая новая лопасть вырезается одна за другой, в итоге получается мало отбросов. Резать трубу удобно при помощи .

Разметьте начало каждой лопасти и вырежьте куски, как это сделал автор. Оставшиеся части нужно для крепления лопастей к оси. В качестве крепежных деталей используются металлические пластины с отверстиями. Прикладываем пластину к лопасти и намечаем места для сверления отверстий. Всего автор сверлит по три отверстия в каждой лопасти.

Что касается пластин, то их режьте с тем расчетом, чтобы остался свободный конец для крепления его к центральному диску. В завершении подровняйте все лопасти болгаркой, чтобы у них не было зазубрин и так далее.

Шаг второй. Изготовление сердцевины винта
Сердцевина винта, к которой прикручиваются лопасти, делается из трех пластин, круглого куска листовой стали, а также гайки. Разметьте на центральном диске, где будут находиться лопасти, а также определите центр. В центре устанавливаем гайку, автор ее для простоты сборки приклеивает суперклеем.

Приступаем к сварке. Первым делом приварите гайку, которые мы приклеили ранее. Приварить нужно хорошо, так как это единственное место, где будет крепиться воздушный винт. Потом приварите к диску пластины, к которым крепятся лопасти. Приваривать их нужно тоже тщательно, автор делает сварной шов с двух сторон.

Шаг третий. Сборка винта
Соберите воздушный винт. Для этого вам просто нужно прикрутить лопасти к сердцевине при помощи болтов с гайками.

Шаг четвертый. Изготовление основы
Чтобы ветряк не падал, и его можно было закрепить, сделайте для него надежную основу. Для этого автор нарезает металлический уголок и затем сваривает раму.

Шаг пятый. Подготовьте подшипник
Чтобы ветряк мог вращаться в любом направлении вокруг своей оси, вам понадобится закрепить его на подшипнике. В качестве такого подшипника выступает колесико от тележки, которое может поворачиваться на угол 360 градусов. Отрежьте от него лишнее болгаркой.

Шаг шестой. Собираем раму ветряка
Мачта ветряка делается из куска стальной трубы, у автора она квадратного сечения. Высотой труба не большая, эта конструкция скорее подразумевает установку на крыше или на другой возвышенности. Приварите мачту к основанию, изготовленному ранее.

К верхнему концу мачты приварите деталь, которую мы добыли из колесика тележки. Потом к ней приваривается стальная пластина в виде буквы «Г», она будет нужна для крепления хвоста.

Шаг седьмой. Втулка с подшипниками
Вал воздушного винта вращается на двух подшипниках. Эти подшипники автор запрессовал в кусок металлической трубы. Не забудьте хорошо смазать подшипники перед установкой. Чтобы не мудрить с втулкой, вы также с успехом можете использовать готовую втулку от передней или задней оси колес велосипеда.

Шаг восьмой. Крепежные хомуты
Генератор и втулку с подшипниками автор крепит при помощи обычных стальных хомутов. Чтобы закрепить динамо машину, вам понадобится приварить к раме дополнительную пластину.

Шаг девятый. Крепежи для хвоста
Найдите металлические пластины и сварите их так, как видно на фото. Одна часть приваривается сразу к поворотной пластине ветряка.

Шаг десять. Звездочки и цепь
Возьмите переднюю велосипедную звездочку и отрежьте от нее все лишнее. К центру приварите гайку. Эта звездочка находится на валу воздушного винта.

Установите динамо-машину в хомут, а на вал установите звездочку небольшого диаметра. Это позволит получить достаточно высокие обороты генератора при относительно небольших оборотах винта. Вот и все, отрежьте до нужных размеров и поставьте цепь.