Решился таки я на покупку динамовтулки. По большей части из-за любопытства, а не из острой необходимости. Сначала долго думал и выбирал. На момент покупки было три варианта:
1 - Shimano ALFINE (ну или другую, аналогичную из шимановских); цена - 65,95EUR (2638 руб); плюсы: неплохая грязезащита (если судить по взрыв-схеме), провереный брэнд, много мануалов; минусы: судя по той же взрыв-схеме с правой стороны насыпной подшипник, слева - пром, такая конструкция мне не внушает доверия; крепление тормозного диска Center Lock, а у меня уже стоят Avid под 6 болтов; судя по картинкам в разделе "Connection of the cables" этого мануала создаётся впечатление что один из полюсов динамки электрически соединён с корпусом втулки и, следовательно велосипеда, а это прямой путь к электрохимической коррозии (эти выводы я сделал исключительно по схемам из мануала и не могу точно сказать так ли это на самом деле)
2 - SRAM i-LIGHT; цена - 77,95EUR (реально меньше из-за того, что немцы возвращают 19%-ный европейский НДС, мне обошлась в 2900 руб); плюсы: крепление тормозного диска на 6 болтов; на некоторых зарубежных форумах читал что она лучше шиманы; позиционируется для спорта; минусы: мало мануалов, взрыв-схемы не найдёшь
3 - Schmidt SON 28; цена - 185EUR (7400 руб); плюсы: прочная (есть модели для тандемов); отличная защита от грязи (по заявлениям производителя); огромный ресурс, вобщем отличный выбор для туризма; минусы: только один - цена.
Я сделал свой выбор в пользу SRAM i-LIGHT. Приобрёл её в немецком интернет-магазине Bike-Components. Доставка недорогая (10EUR), возвращают VAT (НДС в Евросоюзе), оплата по банковской карте (у меня MasterCard Сбербанка РФ) за перевод денег берётся фиксированная плата в 5EUR, так что покупать дешёвые компоненты по одному не выгодно.
Когда пришли втулки (2шт), после вскрытия посылки был сильно разочарован: одна из них была повреждена видимо сильным ударом. То ли её уронили на что-то твёрдое, то ли на неё что-то упало. Повреждения не критичные, на работу не повлияли, но вот к работникам почты теперь у меня камень запазухой. Ведь они знали, я то думаю: чего это они так на меня с подозрением смотрят, дали самому вскрыть запечатанный мешок, а затем пихнули какую-то пустую бумажку и попросили расписаться и число поставить. Я - лох доверчивый конечно нацарапал на ней свою фамилию и ещё недоумевал, что это за новые процедуры при получении, при заказе из Китая такого нет. Ну теперь умнее буду. Это я потом, уже дома увидел на коробке приклеенную бумажку со штампом что содержимое не соответствует описи, не хватает кое чего. Посмотрел, и действительно не хватает - эксцентрика для одной из втулок. Решил на эту тему написать немцам, мол так и так, зла на вас не держу, в следующий раз прошу упаковывать мои весчи более тщательно. И, о чудо, приходит ответ: благодарность за понимание и неконфликтность и какой-то "ваучер" на 20EUR. Я думаю что это скидка на следующую покупку, а спрашивать как-то неловко, подумают что я деньги клянчу. Втулку без экцентрика согласился взять Дмитрий (DMP), а мне досталась с треснутым пластиком, всё равно я собирался её разбирать.Итак, что же у неё внутри?
При снятии пыльника со стороны тормозного диска перед нашим взором предстаёт промподшипник типоразмера 6000-2RS (российский аналог 180100). Немного порылся в инете и ... ву а ля, в БайкМастере по 100 рублей за штуку. Значит если что случиться, то всегда можно купить новый и заменить, а не покупать новую втулку.
Препарируем дальше. Сняв пластмассовую крышечку с контактного блока видим печатную плату с двумя дорожками и двумя пайками. Значит ни один из полюсов на корпус не замыкается - это хорошо.
Что дальше? Предположительно из корпуса втулки вывинчивается катушка статора, как показано в шимановском мануале.
Под чёрной наклейкой я отыскал пазы под ключ. Ключа, естественно, у меня нет и я попробовал использовать вместо ключа пасатижи с узкими концами (перед этим я свинтил все гайки на центральной оси). Но открутить не получилось - затянуто туго. Я решил заспицевать эту втулку в обод, это даст нужный рычаг чтобы свернуть выкручивающуюся часть. Спицевал в магазине Велозапас (что на Сквере Мира), красиво получилось: чёрный обод, чёрные спицы и серебряная втулка.
Только зажав обод коленями мне удалось свернуть эту часть втулки пасатижами, зажатыми в тисках.
Подшипники на центральной оси запресованы слабо и ось со стороны тормозного диска запросто выбивается лёгкими ударами киянки вместе с обмоткой статора.
Если быть точным, это не только обмотка статора, но и ротор, который вкучивается в корпус втулки и образует с ним единое, вращающееся вокруг обмотки статора, тело.
Внутри тела втулки ничего нет, только следы качественной токарной обработки.
Чтобы отделить статор от ротора и добраться до второго подшипника надо отпаять провода статора от печатной платы, снять её, убрать пластиковый корпус в котором она располагается и небольшим усилием снять ротор вместе с подшипником с оси.
Катушка статора неподвижно закреплена на центральной оси втулки, а ротор с магнитами вращается вокруг катушки вместе с корпусом втулки. Так и происходит выработка электроэнергии в этой динамке, как впрочем и на всех электростанциях мира (солнечные не в счёт).
Сердечник статора имеет хитрую конструкцию. С обоих концов катушки сердечник загибается под 90 град. над катушкой, причём форма у него треугольная.
Сам же сердечник состоит всего из двух относительно толстых пластин, что очень плохо. Как известно, трансформаторы и сердечники электродвигателей набирают из множества изолированых тонких пластин это уменьшает потери в магнитопроводе и повышает КПД устройства. А тут всего две пластины, видимо поэтому и вращать втулку достаточно трудно, даже на холостом ходу, без нагрузки.
С обоих концов катушки располагаются по 18 лепестков...
...а в барабане ротора закреплены 36 магнитов. Отсюда делаем вывод: соседние магниты скорее всего имеют противоположную намагниченность, то есть первый севером вовнутрь, следующий - югом вовнутрь, следующий снова севером вовнутрь и так далее. Ротор занимает такое положение, чтобы каждый из магнитов находился напротив треугольного лепестка сердечника статора. При этом над лепестками одной стороны сердечника располагаються все южные полюса, а над лепестками другой стороны - северные полюса. Магнитный поток замкнут через сердечник катушки и стальной барабан ротора. Стоит провернуть ротор на один шаг, при этом над теми лепестками, где были южные полюса теперь будут располагаться северные, а над теми, где были северные, будут южные. Магнитный поток через сердечник катушки поменяет направление и в катушке индуцируется ЭДС. Чем быстрее едешь, тем быстрее меняется направление магнитного потока в сердечнике, и тем выше ЭДС.
Я замерил диаметр провода, он равен 0,5 мм то есть сечение ~0,2 кв.мм. Если плотность тока брать из расчёта 2,5 А/кв.мм, то мы как раз имеем заявленые 0,5 А (6 В, 3 Вт). В пике можно взять и 10 А/кв.мм, то есть 2 А, 12 Вт при напряжении 6 В (вопрос выдаст ли она такую мощность или напряжение просядет).
И кстати, подшипник с этой стороны другого типоразмера: 6001-2RS, и его тоже можно купить так что проблем быть не должно.
Я промыл подшипники от смазки и заложил свою любимую Liqui Moly LM47. Собственно говоря я и полез внутрь только чтобы заменить смазку в подвижных соединениях. Как показывает практика, та смазка что заложена на заводе изготовителе плохо ходит и быстро изнашивается. В большенстве случаев это технический вазелин.
После удовлетворения своего любопытства и замены смазки я собрал втулку и решил немного поэкспериментировать. И тут открылся ещё один нюанс конструкции. Я подключил ко втулке два провода чтоб посмотреть осцилограммы вырабатываемого напряжения. Подключил я их, как указано в мануале, с помощью зажима хитрой конструкции. И как только я защёлкнул этот конектор на контакты втулки, снять я их больше никакими способами не мог. Как я не карячился и не крягтел, эта маленькая штукенция никак не хотела сниматься с втулки. Мне пришлось снова разобрать этот модуль: открутить гайку, отпаять плату, снять пластиковый корпус, в котором находиться плата, с втулки. И только после этого мне удалось отделить этот корпус от конектора и то с помощью мощных физических потуг. А дело оказалось в небольшом замке, расположенном на корпусе (на фотографии указан стрелкой). Этот замок так крепко входит в паз в пристёгивающегося конектора, что оторвать этот самый конектор уже не представляется возможным. Я срезал скальпелем этот замок на половину его высоты и попробовал защёлкнуть конектор. Он опять защёлкнулся, но теперь его хотя бы можно снять, правда тоже с приложением определённых физических нагрузок. Я хочу сказать, что даже будучи срезанным наполовину высоты этот замок очень прочно удерживает конектор с проводами. Может на других втулках иначе, но я решил описать этот небольшой косяк с "быстроразъёмным" соединением. А вобще, на будущее я планирую подыскать какой-либо герметичный разъём, подпаять его парямую к выводам катушки, убрать плату и пластиковые детали.
Ну вот я и попробовал динамовтулку в действии. Никакого уменьшения наката и тем более сопротивления педалированию я не заметил даже под нагрузкой. Может если взять два одинаковых велосипеда, один с динамкой, второй - с обычной втулкой и катнутся сначала на одном, затем сразу на другом, то возможно и ощутишь разницу. Может позже, на больших дистанциях тоже почувствуется, но сейчас я полностью доволен накатом колеса с этой втулкой.
Так как втулка выдаёт на выходе переменное напряжение, то чтобы его "переварить" и запасти в аккумуляторы сначала его надо выпрямить. У меня было два варианта выпрямителей: мостовая схема и схема с удвоением.
Выпрямитель с удвоением напряжения был особенно интересен так как выходное напряжение генератора 6В, а большинство девайсов для зарядки созданы для работы от бортовой сети автомобиля - 12В. Мостовая схема более надёжна и имеет более высоий КПД, поэтому на ней я хотел проверить нагрузочные характеристики втулки и взять их за отправную точку для сравнения со схемой с удвоением. В обоих выпрямителях я использовал диоды Шоттки для повышения КПД выпрямителя.
Взяв в качестве нагрузки два 10-ватных резистора по 27Ом, я по-быстрому собрал стенд для тестирования и поехал на природу.
Зная точное значение сопротивления резисторов (у меня 27,1Ом и 26,7Ом) и измерив напряжение на них можно расчитать ток в цепи и мощность, рассеиваемую нагрузкой. Комбинации параллельного и последовательного включения резисторов дают ещё две нагрузки сопротивлением 13,45Ом и 53,8Ом соответственно.
Мультиметр я засунул в прозрачный чехол для катры от нарульноко кофра, а сам стенд с выпрямителем и нагрузкой положил в кофр. Получилось очень удобно, достаточно немного перевести взгляд от велокомпьютера на мультиметр чтобы считать их параметры.
Все данные представлены в таблицах:
Мостовая схема выпрямителя.
Скорость, км/ч | Сопротивление нагрузки, Ом | ||||||
13,45 | 27,1 | 53,8 | |||||
Напряжение, В | Мощность, Вт | Напряжение, В | Мощность, Вт | Напряжение, В | Мощность, Вт | ||
10 | 4,3 | 1,37 | 6 | 1,33 | 7,6 | 1,07 | |
15 | 5,5 | 2,25 | 7,6 | 2,13 | 10 | 1,86 | |
20 | 6,3 | 2,95 | 9 | 2,99 | 13 | 3,14 | |
25 | 6,6 | 3,24 | 10 | 3,69 | 14,2 | 3,75 |
Схема с удвоением напряжения.
Скорость, км/ч | Сопротивление нагрузки, Ом | ||||||
13,45 | 27,1 | 53,8 | |||||
Напряжение, В | Мощность, Вт | Напряжение, В | Мощность, Вт | Напряжение, В | Мощность, Вт | ||
10 | 3,56 | 0,94 | 6,3 | 1,46 | 9,2 | 1,57 | |
15 | 3,63 | 0,98 | 6,9 | 1,76 | 11,4 | 2,42 | |
20 | 3,67 | 1 | 7,1 | 1,86 | 12,5 | 2,9 | |
25 | | | 7,3 | 1,97 | 13,5 | 3,39 |
Позволю себе немного прокомментировать полученные данные.
Во-первых, заявленая мощность (3Вт) выдаётся генератором на скорости 20 км/ч и выше. И чем больше сопротивление нагрузки, тем выше КПД всей системы (меньше ток в цепи, следовательно меньше потери в проводниках и ниже падение на выпрямительных диодах). Из всего этого вытекает одно обстоятельство: средняя скорость большинства велопоходов порядка 15 км/ч, следовательно втулка будет вырабатывать в среднем не более 2Вт электроэнергии. Если считать что максимально комфортный (для меня) пробег за день 75 км, то есть 5 часов ходового времени получаем 5ч * 2Вт = 10Вт*ч энергии. Не густо, я ожидал большего (хотя чего ждать, можно было сразу посчитать). Это значит что, если сравнивать с NiMH аккумулятором типа АА который в среднем отдаёт при токе разряда 0,2С около 3,2Вт*ч энергии, то динамка равна 3-м аккумуляторам в день. Ну для GPS-приёмника и телефона хватит, фотик подзарядить то же, если часто вспышкой не пользоваться и не пересматривать отснятое по два раза на день, а вот на велосвет уже нет. Вобщем надо подумать как увеличить мощность динамки хотя бы ватт до 5-ти при 15 км/ч. Один из вариантов, что приходит в голову, перемотать катушку динамовтулки, сделать её более высоковольтной и заряжать батарею Li-ion аккумуляторов от неё низкими токами. А от этой батареи питать всё остальное: GPS, велосвет, телефонную зарядку.
Во-вторых, схема с удвоением работает хуже, чем обычный мост. Я начал тестирование с нагрузки 53,8Ом и разница между этими схемами выпрямителей была небольшой, причём с ростом скорости почему-то мост "вырабатывал" большее напряжение, чем схема с удвоением. А с ростом мощности нагрузки (уменьшения сопротивления) эта схема перестала нормально работать. При сопротивлении 13,45Ом на всех скоростях мультиметр показывал значение около 3,5В и я подумал что "пробит" один из выпрямительных диодов, поэтому прекратил дальнейшие опыты с этим выпрямителем. Дома "прозвонил" диоды, они оказались целыми, так что это скорее всего особенности данной схемы.