RU201774U1 - Генератор для велосипеда - Google Patents

Abstract

Настоящая полезная модель относится к устройствам для выработки электрического тока, а именно - генераторам (велогенераторам, динамо-машинам), используемым в транспортных средствах с педальным приводом для генерирования тока, используемого в системах освещения.Сущность полезной модели заключается в том, 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. Достижению поставленной цели способствует и то, что выступы имеют пирамидальную форму, а 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. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

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.

Claims (3)

1. Генератор для велосипеда, включающий 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, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде стакана с днищем-стенкой, изготовленного посредством литья под давлением из неметаллического материала, по внутренней поверхности которого имеются пазы для размещения магнитов, параллельные неподвижной оси, а на наружной поверхности контактное средство представляет собой совокупность равномерно распределенных выступов.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что выступы имеют пирамидальную форму.

3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что на открытом торце стакана выполнен кольцевой центрирующий поясок для установки второй стенки.

Images