Велосипедні динамо-втулки: принцип роботи і підключення, плюси та мінуси.

Для отримання електричної енергії в велопоході можна виділити кілька способів:

• Динамо втулки (їх ще називають «динамки»).
• «Пляшкові» генератори, що працюють від зіткнення з протектором шини або ободом.
• Сонячні батареї.
• Power Bank, запасні батареї та акумулятори. Але це більше засобу накопичення і збереження енергії, а не генерації.

Кожен з них володіє своїми плюсами і мінусами. У цій статті ми розглянемо принцип роботи, плюси, мінуси та інші нюанси, пов'язані з динамо втулками і їх використанням.

Кому потрібні динамо втулки

Вони найбільш підходять для велотуристів, що віддають перевагу багатоденні велосипедні походи, в яких не завжди може бути можливість «зустріти» розетку та зарядити акумулятори.

Використання таких втулок для поїздок в міських умовах або одноденних поїздках не зовсім раціонально з економічної точки зору. Все-таки їх ціна значно дорожче звичайних, а підзарядити смартфон, акумулятори на GoPro, передних и задних фонарях можно и дома от обычной розетки.

Мені можуть заперечити, що в тривалий похід можна взяти з собою повербанк (Power Bank) або невелику сонячну батарею. Згоден, можна. І не заперечую такої можливості.

Але! Power Bank не вирішить проблему отримання електрики, а тільки відкладе на деякий час пошук розетки. Що стосується сонячних батарей, то вони найбільш ефективні, коли сонячні промені падають на них під певним кутом, отримати який в реальному поїздці не так просто. Тобто під час руху вони працюють не завжди ефективно. Та й сонечко адже той же не завжди яскраво світить і хмаринки по небу ходять. До того ж їх площа, для отримання потрібної кількості енергії повинна бути досить великою.

Другий момент полягає в тому, що повербанк, а так само сонячні батареї потрібно з собою тягти в велопоходе. А їх вага може навіть перевищувати той додатковий вага, який дає динамо втулка, в порівнянні зі звичайною.

На мій погляд, в тривалий велопохід по місцях, не надто «оснащеним» вільними розетками або доступом до електрики, найкраще брати велосипед з "динамкою" і додатково один-два повербанка. Їх потрібно завжди заряджати під час поїздки, щоб мати додатковий «страхувальний» запас енергії, який можна використовувати, наприклад, ввечері на привалі для зарядки потрібних гаджетів.

Можна сподіватися на підзарядку акумуляторів в придорожніх кафешках і заправках. Але, по-перше, на це потрібно витрачати час - сидіти, чекати поки вони зможуть зарядитися. А по-друге, розетки там повинні бути доступні. Часто заїжджаючи на заправку виявляється, що всі доступні розетки вже зайняті іншими автомобілістами або мандрівниками.

Якщо Ви котите не надто тривалі велопоходи, то цілком можливо, що простіше взяти з собою додаткові акумулятори на всі гаджети.

Так що питання доцільності придбання динамо втулки кожен мандрівник вирішує самостійно виходячи з цілей і фінансових можливостей.

Хто виробляє та які бувають динамо втулки

Проводять їх багато виробників: Shimano (позначаються індексом "DH"), Sram, Shutter Precision (Тайвань), SR SunTour (Тайвань), Hangyi, Schmidt Maschinenbau (Германия), Supernova и т.д.

Є моделі під V-brake, дискові та роллерниє гальма, з кріпленням на гайках або ексцентриках.

Фланці динамо втулок розраховані для кріплення різної кількості спиць: 28, 32, 36 штук. Так що перед покупкою обов'язково потрібно звірити кількість спиць на ободі та на втулці.

Не забудьте, що діаметр фланців динамо втулок більше, ніж у звичайних. Так що, якщо Ви плануєте використовувати свій старий обід, то при переспіцовке колеса потрібно буде підібрати спиці меншої довжини. Або купуйте відразу нове колесо з уже встановленою динамо втулкою.

Часто задають питання типу «Чи сильно така втулка впливає на накат колеса та важче чи стає крутити педалі?»

На це можна відповісти так: старі типи дійсно надавали додатковий опір коченню. У сучасних моделях воно сильно зменшено.

В інтернеті є багато статей з результатами досліджень по опору коченню з навантаженням та без неї з графіками та цифрами. Ми їх тут аналізувати не будемо - кому цікаво можна почитати. В цілому колесо на звичайній втулці буде крутитися трохи легше, але "динамка" ставиться не для швидкісних гонок, а для отримання електрики. При реальній поїздці, втрата потужності велосипедиста при педалюванні, на роботу динамо втулки буде непомітна. Зате струм буде «практично задарма».

До речі, є моделі, оснащені перемикачами з холостого ходу на режим генерації. У вимкненому стані така дінамовтулка перетворюється на звичайну.

Зверніть увагу, що зазвичай, при установці колеса з динамо втулкою на вилку переднього колеса, контактний роз'єм повинен бути з правого боку, якщо іншого не сказано в інструкції.

Принцип роботи динамо втулки

З наукової точки зору принцип роботи динамо-втулки пояснюється законом електромагнітної індукції Фарадея.

Для нас же основну ідею можна сформулювати так: якщо рамку з дроту обертати в магнітному полі або навпаки, магнітне поле обертати навколо рамки, то в проводі, з якого зроблена рамка, наводиться електрорушійна сила. Якщо до цього проводу підключити навантаження, наприклад, ліхтар, то з цього проводу потече електричний струм. Ось на цьому принципі і заснована робота динамо-втулки.

Більш наочно цей принцип показаний на малюнку нижче.

Відмінність принципу роботи динамо-втулки від того, що показаний на малюнку складається тільки в тому, що на малюнку рамка обертається усередині магніту, а в динамо-втулки навпаки - магніти обертаються навколо рамки.

В "динамке" не 2, а більше полюсів, наприклад, 26, 36 і т.п. Це дає те, що за один оборот колеса відбувається не одна зміна струму в котушках індуктивності з мінуса на плюс, а відразу 13, 18 і т.д.

Як підключати динамо втулку до навантаження і для чого потрібен перетворювач (конвертер)

Підключати смартфон або повербанк безпосередньо до втулки для зарядки можна.

Чому?

Тому що динамо-втулка виробляє змінний струм, притому дуже нестабільний як за частотою, так і по силі струму, а заряджати смартфон або акумулятор потрібно постійним струмом.

Для вирішення цього завдання між динамо втулкою і акумулятором ставиться спеціальний випрямляч-стабілізатор.

Спробуємо пояснити всю цю схему на малюнку:

Отже. На першому графіку показаний струм, що генерується динамо втулкою – змінний синусоїдальний струм. Він має різну силу та частоту, так як втулка крутиться велосипедистом нерівномірно. Та частина, що знаходиться вище пунктирною лінії, має позитивну величину, а нижче її – негативну. Це означає, що струм в цей час тече в зворотну сторону.

З втулки струм потрапляє в перетворювач (конвертор), в якому випрямляється та стабілізується.

На другому графіку лінії струму завжди вище пунктирною лінії. Таким чином, після випрямлення струм буде текти завжди в одну сторону, але як і раніше буде змінюватися за величиною.

Щоб отримати стабільну напругу, як на третьому графіку, використовують імпульсний стабілізатор, який вбудований в той же перетворювач. Суть його роботи в тому, що він прибирає всі синусоїди і генерує струм стабільного заданого напруги. Для зарядки смартфона або повербанка струм повинен мати 5V напруги і силу струму не менше 500 мА, який виходить після стабілізатора.

І ось тільки цей стабілізований та випрямлений струм можна подавати на смартфони або інші електронні прилади.

З велосипедними ліхтарями трохи простіше. Є спеціальні ліхтарі для динамо втулок, які можна підключати до них безпосередньо, але більшість моделей працюють все ж від акумуляторів. Тому при їх покупці потрібно дивитися, які акумулятори та як заряджаються. Якщо це тільки пальчикові типу AA або ААА, то заряджати їх потрібно зарядкою від 220V або шукати спеціальну зарядку для заряду від USB і возити її з собою.

Тільки майте на увазі, що якщо ліхтар підключається безпосередньо до втулки, то горить він тільки тоді, коли крутиться колесо. Є ліхтарі з невеликою вбудованою батареєю, яка може забезпечити кілька хвилин роботи ліхтаря при зупинці велосипеда.

Ліхтар же з акумулятором горить тоді, коли заряджений акумулятор. Потрібно – включили, не потрібно – вимкнули.

Є сучасні, більш дорогі моделі динамок, в яких перетворювач вже вбудований. Це звичайно зручно, не потрібно шукати і купувати конвертер, але необхідно уважно читати їх описи при покупці або уточнювати у продавців чи так це насправді.

І ще. Що б не згоріти на високих оборотах, коли втулка генерує високу напругу, конвертер, або підключена безпосередньо фара, повинні мати вбудований захист від високої напруги. На деяких моделях втулок такий захист вже є вбудована.

Трохи про вибір PowerBank'а для динамо втулок в велопоходах.

Вибирати пауербанк для роботи з динамо втулкою бажано такий, щоб він міг одночасно заряджатися сам і віддавати енергію підключеному до нього пристрою. Для цього у нього повинна бути спеціальна мікросхема контролера.

Тобто поки ви вдень в поході крутите педалі, повербанк весь час заряджається. Але, якщо потрібно в цей же час підзарядити смартфон, то ви просто підключаєте його до цього ж повербанку та їдете далі.

Так можуть працювати тільки пауербанки з так званою «наскрізною зарядкою». Їх ще позначають як «ДБЖ» або джерело безперебійного живлення. По-англійськи ця функція пишеться як «pass-through charging». Наявність подібної можливості має бути зазначено в описі в інструкції, на коробці пристрою і на сайті виробника.

Логіка їх роботи буде полягати в наступному. Якщо потужність струму на вході в повербанк більше, ніж на виході, наприклад, велосипедист їде дуже швидко під гірку та одночасно заряджає акумулятор ліхтаря, то повербанк буде необхідний заряд віддавати ліхтарю, а залишки відправляти собі на підзарядку.

Якщо навпаки, потужності на вході не вистачає, то він буде сам розряджатися для збільшення вихідної потужності і заряду підключених пристроїв, наприклад смартфона. При цьому якщо заряд його власної батареї виявиться на нулі, виходи відключаться, щоб повербанк міг спочатку сам зарядитися. Якщо в цей час до нього буде підключено пристрій, воно не буде отримувати енергію, поки вихід не активується.

Доповнювач на цю тему можна ще почитати:

1. Планетарні втулки. Принцип роботи, плюси і мінуси
2. Як вибрати передній ліхтар на велосипед та для чого він потрібен.
3. Нюанси вибору заднього ліхтаря на велосипед.
4. Типи та особливості велосипедних втулок. На що звернути увагу під час заміни.