Велосипедные динамо-втулки: принцип работы и подключения, плюсы и минусы.

Для получения электрической энергии в велопоходе можно выделить несколько способов:

• Динамо втулки (их ещё называют «динамки»).
• «Бутылочные» генераторы, работающие от соприкосновения с протектором шины или ободом.
• Солнечные батареи.
• Power Bank, запасные батареи и аккумуляторы. Но это больше средства накопления и сохранения энергии, а не генерации.

Каждый из них обладает своими плюсами и минусами. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, плюсы, минусы и другие нюансы, связанные с динамо втулками и их использованием.

Кому нужны динамо втулки

Они наиболее подходят для велотуристов, предпочитающих многодневные велосипедные походы, в которых не всегда может быть возможность «встретить» розетку и зарядить аккумуляторы.

Использование таких втулок для поездок в городских условиях или однодневных поездках не совсем рационально с экономической точки зрения. Всё-таки их цена значительно дороже обычных, а подзарядить смартфон, аккумуляторы на GoPro, передних и задних фонарях можно и дома от обычной розетки.

Мне могут возразить, что в длительный поход можно взять с собой повербанк (Power Bank) или небольшую солнечную батарею. Согласен, можно. И не отрицаю такой возможности.

Но! Power Bank не решит проблему получения электричества, а только отложит на некоторое время поиск розетки. Что касается солнечных батарей, то они наиболее эффективны, когда солнечные лучи падают на них под определенным углом, получить который в реальной поездке не так просто. То есть во время движения они работают не всегда эффективно. Да и солнышко ведь то же не всегда ярко светит и тучки по небу ходят. К тому же их площадь, для получения нужного количества энергии должна быть достаточно большой.

Второй момент состоит в том, что повербанк, а так же солнечные батареи нужно с собой тащить в велопоходе. А их вес может даже превышать тот дополнительный вес, который дает динамо втулка, по сравнению с обычной.

На мой взгляд, в длительный велопоход по местам, не очень «оснащенным» свободными розетками или доступом к электричеству, лучше всего брать велосипед с "динамкой" и дополнительно один-два повербанка. Их нужно всегда подзаряжать во время поездки, чтобы иметь дополнительный «страховочный» запас энергии, который можно использовать, например, вечером на привале для зарядки нужных гаджетов .

Можно надеяться на подзарядку аккумуляторов в придорожных кафешках и заправках. Но, во-первых, на это нужно тратить время – сидеть, ждать пока они смогут зарядиться. А во-вторых, розетки там должны быть доступны. Часто заезжая на заправку обнаруживается, что все доступные розетки уже заняты другими автомобилистами или путешественниками.

Если Вы катите не очень длительные велопоходы, то вполне возможно, что проще взять с собой дополнительные аккумуляторы на все гаджеты.

Так что вопросы целесообразности приобретения динамо втулки каждый путешественник решает самостоятельно исходя из целей и финансовых возможностей.

Кто производит и какие бывают динамо втулки

Производят их многие производители: Shimano (обозначаются индексом “DH”), Sram, Shutter Precision (Тайвань), SR SunTour (Тайвань), Hangyi, Schmidt Maschinenbau (Германия), Supernova и т.д. 

Есть модели под V-brake, дисковые и роллерные тормоза, с креплением на гайках или эксцентриках.

Фланцы динамо втулок рассчитаны для крепления разного количество спиц: 28, 32, 36 штук. Так что перед покупкой обязательно нужно сверить количество спиц на ободе и на приобретаемой втулке.

Не забудьте, что диаметр фланцев динамо втулок больше, чем у обычных. Так что, если Вы планируете использовать свой старый обод, то при переспицовке колеса нужно будет подобрать спицы меньшей длины. Или покупайте сразу новое колесо с уже установленной "динамкой".

Часто задают вопросы типа «А сильно ли динамо втулка влияет на накат колеса и тяжелее ли становится крутить педали?»

На это можно ответить так: старые типы действительно оказывали дополнительное сопротивление качению. В современных моделях оно сильно снижено.

В интернете есть много статей с результатами исследований по сопротивлению качению с нагрузкой и без неё с графиками и цифрами. Мы их здесь анализировать не будем – кому интересно можно почитать. В целом колесо на обычной втулке будет крутиться чуть легче, но "динамка" ставится не для скоростных гонок, а для получения электричества. При реальной поездке, потеря мощности велосипедиста при педалировании, на работу динамо втулки будут незаметны. Зато электричество будет «практически даром».

Кстати, есть модели, оснащенные переключателями с холостого хода на режим генерации. В выключенном состоянии такая динамовтулка превращается в обычную.

Обратите внимание, что обычно, при установке колеса с "динамкой" на вилку переднего колеса, контактный разъем должен быть с правой стороны, если другого не сказано в инструкции.

Принцип работы динамо втулки

С научной точки зрения принцип работы динамо-втулки объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея.

Для нас же основную идею можно сформулировать так: если рамку из провода вращать в магнитном поле или наоборот, магнитное поле вращать вокруг рамки, то в проводе, из которого сделана рамка, наводится электродвижущая сила. Если к этому проводу подключить нагрузку, например, фонарь, то по этому проводу потечет электрический ток. Вот на этом принципе и основана работа динамо-втулки.

Более наглядно этот принцип показан на рисунке ниже.

Отличие принципа работы динамо-втулки от того, что показан на рисунке состоит только в том, что на рисунке рамка вращается внутри магнита, а в динамо-втулке наоборот – магниты вращаются вокруг рамки.

В "динамке" не 2,а больше полюсов, например, 26, 36 и т.п. Это дает то, что за один оборот колеса происходит не одна смена тока в катушках индуктивности с минуса на плюс, а сразу 13, 18 и т.д.

Как подключать динамо втулку к нагрузке и для чего нужен преобразователь (конвертер)

Подключать смартфон или повербанк напрямую к втулке для зарядки нельзя.

Почему?

Потому что динамо-втулка вырабатывает переменный ток, притом очень нестабильный как по частоте, так и по силе тока, а заряжать смартфон или аккумулятор нужно постоянным током.

Для решения этой задачи между динамо втулкой и аккумулятором ставится специальный выпрямитель-стабилизатор.

Попробуем пояснить всю эту схему на рисунке:

Итак. На первом графике показан ток, генерируемый динамо втулкой – переменный синусоидальный ток. Он имеет разную силу и частоту, так как втулка крутится велосипедистом неравномерно. Та часть, что находится выше пунктирной линии, имеет положительную величину, а ниже её – отрицательную. Это значит, что ток в это время течёт в обратную сторону.

Из втулки ток попадает в преобразователь (конвертор), в котором выпрямляется и стабилизируется.

На втором графике линии тока всегда выше пунктирной линии. Таким образом, после выпрямления ток будет течь всегда в одну сторону, но по-прежнему будет меняться по величине.

Чтобы получить стабильное напряжение, как на третьем графике, используют импульсный стабилизатор, который встроен в тот же преобразователь. Суть его работы в том, что он убирает все синусоиды и генерирует ток стабильного заданного напряжения. Для зарядки смартфона или повербанка ток должен иметь 5V напряжения и силу тока не менее 500 мА, который и получается после стабилизатора.

И вот только этот стабилизированный и выпрямленный ток можно подавать на смартфоны или другие электронные приборы.

С велосипедными фонарями немного проще. Есть специальные фонари для динамо втулок, которые можно подключать к ним напрямую, но большинство моделей работают всё же от аккумуляторов. Поэтому при их покупке нужно смотреть, какие аккумуляторы и как заряжаются. Если это только пальчиковые типа AA или ААА, то заряжать их нужно зарядкой от 220V или искать специальную зарядку для заряда от USB и возить её с собой.

Только имейте в виду, что если фонарь подключается напрямую к втулке, то и горит он только тогда, когда крутится колесо. Есть фонари с небольшой встроенной батареей, которая может обеспечить несколько минут работы фонаря при остановке велосипеда.

Фонарь же с аккумулятором горит тогда, когда заряжен аккумулятор. Нужно – включили, не нужно – выключили.

Есть современные, более дорогие модели динамок, в которых преобразователь уже встроен. Это конечно удобно, не нужно искать и покупать конвертер, но необходимо внимательно читать их описания при покупке или уточнять у продавцов так ли это на самом деле.

И еще. Что бы не сгореть на высоких оборотах, когда втулка генерирует высокое напряжение, конвертер, или подключенная напрямую фара, должны иметь встроенную защиту от высокого напряжения. На некоторых моделях втулок такая защита уже есть встроенная.

Немного про выбор PowerBank’а для динамо втулок в велопоходах.

Выбирать пауэрбанк для работы с динамо втулкой желательно такой, чтобы он мог одновременно заряжаться сам и отдавать энергию подключенному к нему устройству. Для этого у него должна быть специальная микросхема контроллера.

То есть пока вы днем в походе крутите педали, повербанк все время заряжается. Но, если нужно в это же время подзарядить смартфон, то Вы просто подключаете его к этому же повербанку и едете дальше.

Так могут работать только пауэрбанки с так называемой «сквозной зарядкой». Их еще обозначают как «ИБП» или источник бесперебойного питания. По-английски эта функция пишется как «pass-through charging». Наличие подобной возможности должно быть указано в описании в инструкции, на коробке устройства и на сайте производителя.

Логика их работы будет состоять в следующем. Если мощность тока на входе в повербанк больше, чем на выходе, например, велосипедист едет очень быстро под горку и одновременно заряжает аккумулятор фонаря, то повербанк будет необходимый заряд отдавать фонарю, а остатки отправлять себе на подзарядку.

Если наоборот, мощности на входе не хватает, то он будет сам разряжаться для увеличения выходной мощности и заряда подключенных устройств, например смартфона. При этом если заряд его собственной батареи окажется на нуле, выходы отключатся, чтобы повербанк мог сначала сам зарядиться. Если в это время к нему будет подключено устройство, оно не будет получать энергию, пока выход не активируется.

Дополнитель на эту тему можно еще почитать:

1. Планетарные втулки. Принцип работы, плюсы и минусы
2. Как выбрать передний фонарь на велосипед и для чего он нужен.
3. Нюансы выбора заднего фонаря на велосипед.
4. Типы и особенности велосипедных втулок. На что обратить внимание при замене.