ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДА

Настоящая полезная модель относится к области электротехники, а именно - устройствам для выработки электрического тока, в частности к генераторам, применяемым в транспортных средствах с педальным приводом (велогенераторы, динамо-машины) и используемым для различных инфраструктурных целей.
Электрический генератор - устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую. На велосипед динамо-машина (динамо) устанавливается для получения электроэнергии, которая питает его осветительные приборы, а также, в последнее время, для подзарядки аккумуляторов мобильных телефонов, планшетных компьютеров, GPS навигаторов и других устройств, которые велосипедист имеет при себе [https://velomasterclass.ru/generator-elektrichestva-dlya-velosipeda].
Велосипедное динамо зачастую является генератором не постоянного, а переменного тока из-за максимально простой конструкции в виде неподвижной катушки (статора) и вращающегося постоянного магнита (ротора), лишенной щеточно-коллекторного узла https://ru.wikipedia.org/wiki/Динамо-машина]. По закону Фарадея, энергия механического вращения преобразуется в переменный ток, который подходит для осветительных приборов, но не подходит для других устройств, питающихся постоянным током, поэтому переменный ток выпрямляют с помощью диодного моста и стабилизируют, ограничивая максимальное значение напряжения.
Основной недостаток такого устройства для получения электроэнергии состоит в том, что генератор перестает выдавать энергию при полной остановке велосипеда, а также присутствует зависимость уровня напряжения от скорости велосипеда, что создает определенные неудобства.
Современные аккумуляторные батареи вытесняют генераторы, благодаря небольшим размерам и способности выдавать большую мощность. В то же время генератор, сопряженный с миниатюрным зарядным устройством и аккумулятором, способен полностью решить задачу энергообеспечения велосипеда как транспортного средства.
По своей конструкции генераторы для велосипеда делятся на несколько типов, два из них используются чаще всего [https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/dinamo-mashina].
Втулочный внутренний генератор или динамо-втулка встраивается в переднюю или заднюю втулку колеса. Технологии изготовления втулочных генераторов постоянно совершенствуются, размеры конструкции становятся все меньше, а мощность выше.
Динамо-втулки при работе не создают шума, но их масса больше, чем у других моделей. Трущиеся части во втулочном варианте устройства отсутствуют. Генератор функционирует за счет магнита (якоря), имеющего несколько полюсов, и выполненного в виде кольца. Он находится в корпусе втулки и вращается вокруг неподвижного статора с катушкой, зафиксированной на оси.
Стоимость втулочного генератора довольно высока. Установка гораздо более сложная, по сравнению с бутылочным вариантом. К недостаткам устройства, также, относится то, что отключить работу втулочного генератора невозможно.
Более популярной моделью динамо-машины для велосипеда является бутылочная конструкция. Название этого устройства происходит от внешнего сходства формы генератора с бутылкой. Приводной резиновый или металлический ролик приводится во вращение соприкосновением с шиной колеса, в частности, с боковой ее частью. При движении велосипеда шина придает вращательное движение ролику велогенератора, который вырабатывает электрический ток.
Описанная конструкция имеет как достоинства, так и недостатки. К достоинствам можно отнести следующие особенности работы:
возможность отключения. При включенном генераторе велосипедисту приходится прикладывать больше силы для движения, а отключенный привод генератора не оказывает сопротивления движению велосипеда;
легкая и простая установка. Такое устройство легко установить на любой велосипед, в отличие от втулочного генератора, для установки которого необходима сборка всего динамо-колеса со спицами;
небольшая стоимость. Такие модели обычно стоят дешевле других видов велосипедных генераторов, хотя бывают и исключения из этого правила.
К недостаткам генераторов бутылочного типа можно отнести:
сложность настройки. Требуется тщательная настройка и регулировка соприкосновения с шиной колеса под определенным углом, давлением в шине, высотой. Неправильно отрегулированное устройство генератора будет издавать много шума, создавать чрезмерное сопротивление, проскальзывать по колесу;
повышенный шум. При эксплуатации слышен шум в виде жужжания, в то время как динамо-втулки не создают шума;
сопротивление движению. Однако, при правильной настройке, сопротивление незначительное, а в отключенном виде отсутствует.
Известен тип генератор, типа бутылочного, ролик которого выполнен обрезиненным, для лучшего сцепления с поверхностью обода, и имеет диаметр, в несколько раз превышающий диаметр приводного ролика генератора бутылочного типа. Этот тип генератора является менее шумным, чем бутылочный, он не оказывает влияния на износ шины и не зависит от давления в ней. контакт между приводным роликом и шиной колеса), в случаях, когда не требуется выработка электроэнергии.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбран генератор для велосипеда, описанный в KR20140006097. Генератор включает ротор, образованный некоторым количеством постоянных магнитов, которые равномерно распределены и смонтированы по внутренней поверхности несущего корпуса. Последний снабжен контактным средством, выполненным в виде кольцевой оболочки их упруго-эластичного материала, типа резины. Эта оболочка предназначена для контакта с шиной или ободом велосипедного колеса, обеспечивая передачу с них крутящего момента на ротор. Коаксиально ротору в корпусе на неподвижной оси установлен статор, содержащий индукционные проволочные катушки. Неподвижная ось одновременно служит опорой для вращаемого ротора, и ее концы пропущены через боковые стенки корпуса.
Ротор приводится во вращение связанной с ним кольцевой оболочкой, соприкасающейся с одним из элементов велосипедного колеса. Во время движения велосипеда вращение колеса заставляет оболочку и связанный с нею ротор с постоянными магнитами вращаться относительно неподвижного статора с проволочными катушками, что инициирует выработку электрического тока в проводниках катушек.
Недостатком прототипа является сложность конструкции корпуса генератора, в котором смонтированы одновременно магнитная система ротора и система токосъема статора. Следствием такой конструкции корпуса является его низкая технологичность.
Таким образом, задачей полезной модели является упрощение конструкции корпуса ротора и упрощение технологии его изготовления.
Поставленная задача достигается за счет того, что в генераторе для велосипеда, включающем ротор, образованный постоянными магнитами, равномерно распределенными по внутренней поверхности вращаемого корпуса, несущего на наружной поверхности контактное средство, обеспечивающее передачу крутящего момента от колеса велосипеда к корпусу, и статор, размещенный на неподвижной оси, концы которой пропущены через боковые стенки корпуса и выведены наружу, корпус выполнен в виде стакана с днищем-стенкой, изготовленного посредством литья под давлением из неметаллического материала, на внутренней поверхности которого имеются пазы для размещения магнитов параллельные неподвижной оси, а на наружной поверхности контактное средство представляет собой совокупность равномерно распределенных выступов. При этом выступы имеют пирамидальную форму и на открытом торце стакана выполнен кольцевой центрирующий поясок для установки второй стенки.
Технический результат полезной модели состоит в выполнении корпуса в виде стакана с днищем, на внутренней поверхности которого размещена система постоянных магнитов, а сам стакан изготовлен посредством литья под давлением из неметаллического материала, что упрощает конструкцию корпуса и технологию его производства.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
сечение общего вида генератора для велосипеда (фиг. 1);
фрагмент сечения по А - А генератора (фиг. 2).
Генератор для велосипеда содержит ротор, который состоит из корпуса 1, выполненного в виде стакана 2 цилиндрической формы с днищем - стенкой 3, изготовленного посредством литья под давлением из неметаллического материала, например, полистирола или полиэтилена. На внутренней поверхности стакана 2 выполнены пазы 4, имеющие форму «ласточкин хвост», в которых размещены постоянные магниты 5, смонтированные в пазах 4 с натягом. Для страховки от выпадения, магниты 5, представляющие собой пластины, могут быть закреплены дополнительно с помощью клея. На наружной поверхности стакана 2 размещено контактное средство, которое представляет собой совокупность равномерно распределенных выступов 6, имеющих форму пирамид. Выступы 6, обеспечивают увеличение силы сцепления поверхности вращаемого ротора с поверхностью шины колеса, а точнее, с рисунком его протектора. Возможен вариант, когда на наружной поверхности стакана 2, может быть размещена оболочка 7, выполненная из резины. В этом случае выступы 6 будут способствовать удержанию этой оболочки на корпусе 1. Статор 8 представляет собой совокупность индукционных катушек 9, намотанных из медной проволоки. Катушки 9 закреплены на неподвижной оси 10, которая пропущена через отверстия в днище-стенке 3 и второй стенке 11, выполненных по продольной оси симметрии стакана 2. Стенка 11 снабжена кольцевым выступом 12, который размещается в кольцевом центрирующем пояске 13 стакана 2. При этом стенка 11 крепится к последнему с помощью винтов 14. На днище-стенке 3 и стенке 11 предусмотрены цилиндрические консоли 15, которые, во-первых, удлиняют посадочные отверстия для неподвижной оси 10, и, во-вторых, на консолях 15 устанавливаются защитные чехлы 16, предохраняющие внутреннюю полость стакана 2 от попадания в нее пыли и влаги. Следует отметить, что сопряжение оси 10 и отверстий в обеих стенках выполнено по скользящей посадке, что обеспечивает свободное вращение корпуса 1 на оси 10. Концы последней, выведенные наружу из корпуса 1, предназначены для крепления генератора к элементам велосипеда, в частности, рулевой колонке (на чертежах не показана). Кроме того, в оси 10 выполнены продольное отверстие 17 и поперечное отверстие 18, предназначенные для вывода наружу проводов 19, электрически соединяющих катушки 9 статора 8 с приборами инфраструктуры велосипеда (выпрямитель переменного тока, аккумулятор, осветительные приборы, разъемы различных гаджетов и т.п.).
Генератор работает следующим образом. Во время движения велосипеда, вращающееся колесо передает крутящий момент с него на соприкасающийся с ним через выступы 6 стакан 2 ротора 1. Вращение последнего инициирует выработку электрического тока в катушках 9 за счет пересечения силовыми линиями магнитного поля постоянных магнитов 5 проводников катушек 9.