Проверка возможностей автомобильного генератора в качестве электродвигателя.

Решил провести эксперимент, по возможности использования генератора от легкового автомобиля, как тягового двигателя с прямым приводом на колесо, для велосипеда или что-либо подобного.
У меня как раз есть исправный генератор, но использовать его в автомобиль я не могу, как и некоторые другие вещи, но зато попробую провести этот эксперимент сам. В интернете на специализированных форумах есть размышления, что так не делают, что и в конструкции генератора специально особым образом подобраны формы ротора и статора, для работы его как генератора. Да и наличие отдельной катушки возбуждения усложняет конструкцию. Но из достоинств – генератор не создает практически никаких сопротивлений вращению, если на него не подан ток, и он есть за бесплатно. Заниматься самому математическим анализом реализации такой возможности, нет достаточного опыта и данных, пока (если кто разложит все по полочкам — буду признателен).
Схема подключения генератора:

Генератор был аккуратно разобран:

Из него был удален диодный мост и схема регулятора напряжения, подключены провода к обмоткам генератора, и щеточному узлу катушки возбуждения:

Затем все было собрано аккуратно и стало иметь такой вид:

Скрепка – торчащая из задней крышки генератора, фиксирует подпружиненные щетки в заглубленном состоянии, что позволяет правильно установить заднюю крышку, ничего не сломав. Затем скрепка вытягивается, и щетки упираются в коллектор.

Далее, из имеющегося блока электроусилителя руля, работающего на трехфазный мотор, изымаем блок силовых транзисторов. К сожалению, использовать его как полноценный блок управления трехфазным мотором (BLDC) нельзя.

Поэтому подключим блок силовых транзисторов к имеющейся плате 2CAN (описано ранее), через самодельную плату с драйверами управления транзисторами. А так как лето у нас короткое, то плата сделана самым простым и быстрым проверенным способом лазерной печати и утюга:

Общая схема получилась примерно такая:

Так как на плате 2CAN разведены не все выводы платы и микроконтроллера, пришлось добавить соединений навесным монтажом:

Написана простая программа управления трехфазным двигателем, используя таймер №1.Пока решил не использовать датчики положения ротора, ограничившись только регулировкой частоты вращения и заполнением ШИМ (амплитуду синусоид). Если генератор покажет оптимистичные характеристики, то тогда и усложню схему и программу. Форму напряжения выбрал синусоидальную, коэффициенты для таймера рассчитал простой программой на javascript, (позволяет писать программы в любом текстовом редакторе и запускать на выполнение любым браузером), файл sine.html (в zip) прилагаю ниже.

При открытии его браузером, можно просмотреть значения, и скопировать в буфер обмена:

Такая конструкция получилось в итоге:

Форма результирующего напряжения двух фаз такая (осциллограф двухлучевой к сожалению):

(после простого R-C фильтра для щупа осциллографа), а так без фильтра на прямую:

В качестве источника питания был выбран аккумулятор 12В 7А, через предохранитель 30 Ампер питание подавалось на схему. Обороты генератора, которые меня интересовали, были в пределах от 0 до 420 оборотов в минуту. Исходя из того, что если на шкив генератора надеть колесо диаметром 20 см, и при этом скорость максимальную ограничить в 16км/час. Подключим генератор:

Примитивным способом оценить крутящий момент, развиваемый генератором, решили с помощью поднятия груза, подвешенного за веревку к шкиву генератора.

Далее все расчеты довольно примитивны, и возможно есть ошибки. В качестве груза выбрал две 5-литровых емкости с водой. При диаметре шкива 5,5см, генератор с уверенно поднимал этот груз при 50 % заполнении ШИМ таймера на высоту 50 см за 3 секунды. Ток от аккумулятора составлял порядка 16 Ампер, но и напряжение на нем падало до 11 Вольт (слабоват аккумулятор). Получается, гарантирован крутящий момент примерно 2,75 ньютона на метр, при 3 оборотах в секунду. Сила тяги генератора с колесом диаметром 20см, одетого напрямую на вал, составила бы 12,5 ньютона (условная скорость составила бы примерно 7км/час). Для ребёнка, стоящего на роликах может быть и хватит. Для реализации полной мощности потребовался бы аккумулятор большей емкости, и более толстые провода. Без нагрузки, генератор вращается без подачи тока на катушку возбуждения (как несинхронный трехфазный электродвигатель). По идее, учитывая, что при потребляемой мощности в 176 ватт, получаем мощность на совершение работы, очень примерно оцененной в 16 Ватт, КПД полученного устройства не радует. Даже если удастся увеличить КПД использованием датчиков положения ротора в два -три раза, тяга маловата все таки для взрослого человека. Значительная часть тока тратится на катушку возбуждения, при этом, в зависимости от нагрузки, оборотов и температуры генератора составляет это порядка 5 — 12 Ампер. Да и генератор в родном рабочем режиме крутится на горазбо более высоких оборотах (2100 — 18000 об/мин). Выходить на рабочие токи больше 30 Ампер в схеме посчитал нецелесообразным. Конечно, используя мотор с постоянными магнитами, можно значительно поднять КПД устройства. Но все равно, значительные токи в узлах схемы, при напряжении питания в 12 Вольт, не позволяют добиться приемлемых параметров при длительной работе мотора в тяговом режиме. А перематывать катушки статора генератора под другое напряжение, количество оборотов, делать ротор с неодимовыми магнитами — это уже надо быть сильно мотивированным на это. Практичнее переходить на готовые, относительно легко доступные BLDC моторы для велосипедов, скутеров и т.д. с напряжением 36 Вольт и более. Также был подключен оригинальный двигатель, и это совсем другая тема и возможности:

В автомобильных вентиляторах охлаждения, часто применяются двухфазные электродвигатели с постоянными магнитами, выдавая мощность под 300ватт (но коррозия и большие токи зачастую выводят из строя компактную схему управления, встроенную в мотор).

Других целей больше не было, остался удовлетворенным полученным отрицательным результатом 🙂

Приведу настройки таймера:

А табличные значения получаем как написано выше (редактируем имя распечатываемого на экран массива ) 🙂 Плохо что видео нельзя тут приложить, довольно забавно. Если есть вопросы – без проблем задавайте, пишите 🙂

С уважением, Астанин Сергей, ICQ 164487932.

Добавил сам проект, правда внутри много лишнего осталось от проекта общения по CAN, но мотору не мешает.

Генератор с приводом от колеса автомобиля

имеется в виду не взять питание со штатного гены и преобразовать в 220 для зарядки мобильника, а снять с автомобиля хотяб 10 квт для непродолжительной, но более-менее комфортной жизни в квартире-небольшом доме.

то есть переждать регулярно-аварийное или сезонно-веерное отключение, например, не покупая отдельный генератор.

есть какие-нибудь решения по этому вопросу?

на ум приходит электростанция в джунглях из «хищника» — поддомкраченный пикап с вывешенным задним колесом, к которому присобачен генератор.

еще есть автомобили с электроприводом на заднюю ось, система E4WD.
там используется второй генератор, на 42 вольта, с жидкостным охлаждением.
судя по шильдикам, найденным на просторах интернета, с него можно снять 4,2 квт.
уже что-то.

кое-где грядут отключения, народ начинает интересоваться, а гена на 10 квт стоит, как уже было сказано, как отечественный старый автомобиль.

само собой, отпадают варианты тюнинга штатного гены.
ибо ременная передача, много мощи не снимешь, упирается в неё.

Был такой опыт.Подняли одно заднее колесо грузового автомобиля (ЗИС-5), а другое намертво остановили подставками. К вращающемуся колесу прижали шкив генератора. Не помню сколько, пацаном был, но энергии хватало на освещение гран карьера, и один небольшой токарный станок работал. Шофёр сидел в кабине, давил на «газ», смотрел на какие-то стрелки и отчаянно матерился. К утру из заднего моста пошёл дым. Когда разобрали, все конические шестерни и валики в диференциале износились полностью, а от втулок и следа не осталось. А что было с нигролом, не помню.

если штатный гена выдаёт ну допустим 100 ампер, то максимум с него можно снять порядка полутора киловатт (14,7 вольт).

подключить мощный инвертор прямо на клеммы аккумулятора.

если дроссельная заслонка электронная, можно сваять простенькую схемку, которая бы управляла движком в зависимости от нагрузки на генератор, через обманку резистора педали газа.

сейчас я в Севастополе.
но есть родственники в Донецке, есть знакомые в 404.
тема интересна всем нам.

Разве,что—только для холодильника,пожалуй,нужна электроэнергия,что—бы в морозилке—мясо не испортилось!

Изначально речь шла о квартире.
Даже офис на 5 рабочих мест не тянет на 10кВт, одно место это максимум 200Вт, итого киловатт, пусть еще 500 ватт свет и 1.8 чайник и 2,5кВт кондиционер.

Мастерская еще может быть, но если у вам серъезные станки, то это 3 фазы и другое русло для разговора, а если ручной инструмент, то также не тянет на 10 кВт.

Ага, расскажите это комбайнерам и трактористам в колхозе у которых половина механизмов приводится в действие ременной передачей.
Да хотя бы посмотрите на сварочные аппараты, или помпы которые крутятся от валов отбора мощности.
Не интересовались сколько стоит сам генератор на заявленную вами мощность? Как раз как подержанный автомобиль.
А выгода ваша использования привода от авто составит 36 000 рублей в рознице, именно столько стоит лифановский движок на 18 л.с.

если штатный гена выдаёт ну допустим 100 ампер, то максимум с него можно снять порядка полутора киловатт (14,7 вольт).

подключить мощный инвертор прямо на клеммы аккумулятора.

если дроссельная заслонка электронная, можно сваять простенькую схемку, которая бы управляла движком в зависимости от нагрузки на генератор, через обманку резистора педали газа.

а зачем вам инвертер?
снимайте переменку с генератора, на трансформатор ее.
Вот только надо будет решить вопрос с частотой.

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля

Предлагаемое изделие к относится к области автомобильной промышленности в частности к устройствам для выработки электроэнергии от привода ведущего колеса автомобиля.

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля содержит статор (1) и ротор генератора (2). Статор (1) генератора выполнен в виде установленной шасси автомобиля (7) скобы с катушками (4), а на тормозном диске (3) установлены магниты (5).

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности и увеличения срока службы устройства для выработки электроэнергии от колес автомобиля. 2 илл.

Предлагаемое изделие относится к относится к области автомобильной промышленности в частности к устройствам для выработки электроэнергии от привода ведущего колеса автомобиля.

Известно устройство для выработки электроэнергии от привода ведущего колеса автомобиля, содержащее два барабана и электрогенератор, на двух барабанах устанавливается колесо автомобиля, один барабан соединен с электрогенератором, оба барабана и генератор закреплены на переносной станине. [1]

Недостатком устройства для выработки электроэнергии от привода ведущего колеса автомобиля является сложная конструкция, низкая надежность устройства, громоздкость конструкции.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее колеса заднего моста, установленные на полуосях. Полуоси установлены в опорах на шарикоподшипниках. Опоры укреплены на мосту. На этом же мосту укреплен статор генератора, а ротор генератора связан с полуосями. Для уменьшения влияния вибраций лучше, если с полуосями ротор генератора будет связан гибким валом. От грязи генератор закрыт защитным кожухом, закрепленным на мосту. На мосту установлены рессоры, связанные с рамой. [2]

Расположение статора и ротора генератора на мосту является дополнительной нагрузкой на полуоси, на привод колес, что приводит к быстрому выходу из строя выше названных узлов транспортного средства. Большой вес конструкции и ее металлоемкость приводят к повышенной нагрузке и вибрации в узлах привода колес автомобиля что также негативно сказывается на сроке эксплуатации автомобиля в целом.

Задачей предлагаемого устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля является получение электрической энергии за счет вращения колес транспортного средства.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности и увеличения срока службы устройства для выработки электроэнергии от колес автомобиля.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для выработки электроэнергии от колес автомобиля, содержащем статор и ротор генератора, статор генератора выполнен в виде установленной на шасси автомобиля скобы с катушками, а на тормозном диске установлены магниты.

Выполнение статора генератора в виде установленной на шасси автомобиля скобы с катушками позволяет установить катушки компактно с минимальными установочными размерами. На тормозном диске автомобиля установлены постоянные магниты с чередующейся полярностью. Скоба закреплена на шасси автомобиля или на поворотной части шасси. В случае если это переднее колесо, с чередующимся направлением намотки, выводы катушек соединены последовательно. Катушки располагаются с двух сторон скобы. Тормозной диск вращается между скоб с катушками так, чтобы магниты при вращении проходили между катушками. Вся конструкция имеет компактный размер минимальную металлоемкость и вес, что значительно уменьшает нагрузку на подвеску автомобиля, минимизирует вибрацию, что, в конечном счете, повышает надежность и, как следствие, увеличивает срок службы устройства для выработки электроэнергии от колес автомобиля.

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля иллюстрируется чертежами, где на фиг 1. представлен общий вид устройства, на фиг.2. — вид в разрезе.

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля содержит статор 1 (фиг.1, 2) и ротор генератора 2. Статор 1 генератора выполнен в виде установленной на шасси автомобиля 7 (фиг.2) скобы с катушками 4, а на тормозном диске 3 установлено кольцо 6 (фиг.1) со встроенными в нем постоянными магнитами 5 (фиг.1, 2).

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля работает следующим образом. На тормозном диске 3 автомобиля устанавливают кольцо 6 со встроенными в нем постоянными магнитами 5. Магниты 5 могут быть также установлены непосредственно на тормозном диске 3 без использования кольца 6, например, путем запрессовывания в тормозной диск 3 или с помощью крепления известными средствами. Скоба с катушками 4 закреплена на шасси автомобиля 7 автомобиля или на поворотной части шасси (на фигуре не показано), если это переднее колесо с чередующимся направлением намотки, выводы катушек соединяются последовательно. Катушки 4 располагаются с двух сторон скобы. При движении автомобиля вращаются колеса вместе с тормозными дисками 3, постоянные магниты 5 с чередующейся полярностью полярностью, закрепленные на диске 3, проходят между скоб с катушками 4 так, чтобы магниты 5 при вращении проходили между катушками 4 обмоток. Тормозной диск 3 вращается, при движении автомобиля (вращения колеса), магниты 5 с чередующейся полярностью, установленные на тормозном диске 3, проходят мимо катушек 4, возбуждая при этом ЭДС индукции (электродвижущая сила) в обмотках катушек. В катушках 4 возникает электрический ток.

Электрическая ток, полученный с помощью устройства для выработки электроэнергии от колес автомобиля, преобразуется с помощью устройства преобразования (инвертора) и подается в общую сеть автомобиля, электромобиля или гибридного автомобиля (например, подзаряжает аккумуляторные батареи или добавляет мощности тяговому электродвигателю в случае гибридного или электромобиля).

Скобы с катушками 4 можно делать как секционно, (на передних колесах ввиду их поворотах для управления автомобилем), так и в полный круг (например на задних колесах). Применение постоянных магнитов с высокими значениями остаточной индукции и коэрцитивной силы позволяет существенно улучшить электрические характеристики генератор. Вместо постоянных магнитов можно установить электромагниты, в этом случае увеличиться мощность данного генератора, но при этом конструкция станет более сложной.

1. Заявка на изобретение 98121965 (Федоров Г.А.), 10.05.2000 г., «Устройство для выработки электроэнергии от привода ведущего колеса автомобиля».

2. Патент РФ на изобретение 2022821 (Керов В.Г.), 15.11.1994 г., «Привод генератора электро и автомобиля».

Устройство для выработки электроэнергии от колес автомобиля, содержащее статор и ротор генератора, отличающееся тем, что статор генератора выполнен в виде установленной на шасси автомобиля скобы с катушками, а ротор генератора представляет собой установленные на тормозном диске магниты.