Динамо-втулки стали популярны в 1940-х годах. Стандартные бутылочные генераторы, работающие от соприкосновения с протектором шины или ободом, страдают от значительных потерь энергии из-за трения между динамо-машиной и колесом. Кроме того они ненадёжны в сырую погоду, так как бутылочная динамо-машина постоянно соскальзывает с колеса. Динамо-втулка предлагает простой и надёжный способ генерировать энергию для фонарей велосипеда.
Динамо-втулка SON-XS.
Но только в последние годы стали доступны эффективные динамо-втулки. В настоящее время самые популярные динамо-втулки изготавливаются в Германии фирмой Schmidt Maschinenbau и в Сингапуре фирмой Shimano. В то же время вместе с усовершенствованием динамо-втулок благодаря современным технологиям снизились потери бутылочных динамо-машин. Сообщалось, что бутылочная динамо-машина Lightspin более эффективна за динамо-втулки, также учитывая, что в выключенном состоянии отсутствует сопротивление. Тем не менее, осталась проблема соскальзывания роликов с мокрых покрышек.
Методика тестирования динамо-втулок.
Для тестирования мы выбрали наиболее популярные модели динамо-втулок и бутылочный генератор Lightspin, которые были протестированы в Тюбингене в Германии на тестовом оборудовании фирмы Schmidt Maschinenbau.
Для испытаний были взяты три совершенно новых генератора из стандартного производственного цикла, которые тестировались в течение 15 минут. Затем был произведён замер их сопротивления без нагрузки и с фарой модели E6 фирмы Schmidt (лампочка Philips HPR64 на 3 Вт 6 В). После этих предварительных тестов, лампочки той же модели с более высокой эффективностью/потерями не принимались во внимание как не подходящие, а «лампочки со средними показателями» были протестированы более детально.
Протестированные модели динамо-втулок и бутылочных динамо-машин.
Dynosys Lightspin (модель 2004 года, снята с производства): бутылочная динамо-машина; стоимость 120,7 долларов; вес 280 г.
Shimano HB-NX32 (2004): динамо-втулка; стоимость 50 долларов; вес 729 г.
Shimano DH-3N30 (2004): динамо-втулка; стоимость приблизительно 60 долларов; вес 872 г.
Shimano DH-3N70 (2004): динамо-втулка; стоимость 100 долларов; вес 667 г (заменена моделью DH-3N71).
Shimano DH-3N71 (2005): динамо-втулка, стоимость 90 долларов; вес 675 г.
Schmidt Maschinenbau SON28 (2005): динамо-втулка; стоимость 209 долларов; вес 575 г.
Schmidt Maschinenbau SON20 (2005): динамо-втулка, предназначена для велосипедов с маленькими колёсами, но в тесте используется с колёсами 700C; стоимость 209 долларов; вес 575 г.
Мощность динамо-втулок и бутылочной динамо-машины.
Аппаратура для тестирования динамо-втулок и бутылочных динамо-машин в Schmidt Maschinenbau.
Напряжение отличается только на низких скоростях. Максимальное напряжение на фонарике E6 составляет 6,2 В на Lightspin и 6,8 В на других втулках.
Все протестированные генераторы, кроме SON20, обеспечивали практически полную силу света на скорости 10 км/ч. На низкой скорости модель динамо-втулки Shimano DH3N71 стала победителем, так как производила больше мощности, а значит и более яркий свет. Модель SON20, которую использовали с колесом 700C, для которого она не была сконструирована, вырабатывала наименьшее количество энергии на низкой скорости. На скорости в 20 км/ч все протестированные генераторы выдавали напряжение по крайней мере в 6 вольт, которые требуется для стандартной велофары на её полной яркости.
Потери мощности на динамо-втулках при включенной фаре.
Сопротивление ночью (свет включен). Наиболее эффективна динамо-втулка SON20.
При включённом свете сопротивление большинства генераторов возрастает — за исключением модели Shimano HB-NX32, сопротивление которой становится меньше на высокой скорости при включенном свете.
Модель Shimano DH-3N30 имеет лучшие показатели по сравнению с моделью HBNX32/ Сопротивление меньше при любой скорости — фактически оно даже меньше, чем у более дорогой модели DH-3N71. Модель DH-3N71 не дожила до своей рекламы, так как фирма Shimano заявила о повышении эффективности на 30% и больше (и снижении сопротивления на 70%, при выключенном свете) по сравнению с её предшественницей, которая могла бы с этой втулкой оторваться далеко вперед от модели SON. В противоположность этому новая модель динамо-втулки DH-3N71 имеет немного большее сопротивление при любой скорости, чем её предшественница — модель DH-3N70.
В целом модель SON28 все ещё является самой эффективной динамо-втулкой, но модель динамо-втулки Shimano DH-3N30 не намного отстаёт от неё. На очень высокой скорости она требует меньше энергии. Самое большое преимущество модели SON20 над моделью SON28 проявляется на средней и большой скорости.
Сопротивление динамо-втулок на холостом ходу.
Сопротивление днём (свет выключен) определённо зависит от модели динамо-втулки. Сопротивление Lightspin такое же, как и у обычной передней втулки.
При выключенном свете минимальные потери показала модель Lightspin: когда генератор не соприкасается с колесом, сопротивление создает только передняя втулка. Модель Shimano HB-NX32 создает значительное сопротивление, особенно на высокой скорости, и действительно не подходит для гоночных велосипедов. С другой стороны у модели динамо-втулки DH-3N30 значительное улучшено сопротивление и она может составить конкуренцию более дорогим динамо-втулкам.
Новая модель Shimano DH-3N71 имеет немного более высокое сопротивление, чем её предшественница — модель DH-3N70. На холостом ходу модель SON28 по прежнему создаёт значительно меньшее сопротивление, чем другие динамо-втулки. Как и ожидалось, потери модели SON20 с колесом 700C даже ниже, но ценой более слабого света ночью на низкой скорости.
Подключать к динамо-втулке одну или две фары?
На скорости выше 25 км для питания двух последовательно подключённых фар можно использовать любые динамо-втулки. Многие велосипедисты, любящие велопробеги на длинные дистанции, используют две фары. Если двумя фарами можно обеспечить хорошее освещение, то дополнительный вес и сопротивление не столь важны. Одиночная фара E6 обеспечивала достаточное освещение даже на тандеме во время веломарафона Париж-Брест-Париж на скорости 70 км/ч на незнакомых, требующих напряжения дорогах. Те, кто всё же решил установить две фары, могут извлечь небольшую выгоду от использования динамо-втулки модели SON20, обладающей более низким сопротивлением.
Использование динамо-втулок для колёс малого диаметра с большими колёсами.
Большинство фар велосипеда спроектированы в соответствии с законами Германии, которые требуют обеспечения мощности велофары 0,75 ватт на скорости 5 км/ч и 2,7 ватт на скорости 15 км/ч. Эти законы разработаны для немецких велосипедистов путешествующих на короткие дистанции с низкой скоростью, а не для заядлых гонщиков. Многие велосипедисты редко путешествуют со скоростью ниже, чем 15 км/ч, так что они могут решить, что им не нужно полное освещение на скорости ниже 15 км/час.
При использовании модели SON20 с колесами 700C или 650B вместо колес 20", для которых она была разработана, уменьшается выходная мощность, но также уменьшается сопротивление. Большое колесо вращается медленнее, чем колесо 20", для которого и был создан генератор.
Результаты испытаний показали, что таким образом можно сэкономить драгоценную энергию. В течение четырёх лет я использовал модель динамо-втулки SON20 с колёсами 700C и 650B. На очень крутых подъемах свет начинал дрожать. Но на низкой скорости, мне не нужно было так много света, чтобы видеть дорогу. Для тех, кто ездит в черте города на оживлённых дорогах, модель SON28 может быть предпочтительна, так как даже на низкой скорости велосипед остаётся видимым для другого транспорта.
Начиная с конца 2005 года специализированная модель SON-XS (для складных велосипедов с узкими вилками) доступна для стандартного дропаута 100 мм. Хотя эффективность этой модели ниже примерно на 2%, чем у модели SON20, она весит на 179 грамм меньше за SON20, имеющую вес 398 грамм. Тем не менее более узкий фланцевый промежуток (40 мм, вместо 58 у стандартной SON) и ось из алюминиевого сплава (вместо нержавеющей стали) в итоге ослабляют переднее колесо и делают непригодным для жёсткой езды.
Итоги тестирования динамо-втулок и бутылочной динамо-машины.
Вырабатываемый динамо-втулками свет — это надежный источник энергии в большинстве случаев. Дополнительное сопротивление было нами измерено и несомненно его важность переоценена. Оно имеет самое большое значение (в процентном отношении выходной мощности) на низкой скорости. На высокой скорости и на подъемах дополнительное сопротивление по сравнению с общей мощностью требуемой для движения велосипеда становится незначительным.
Если вы не ограничены в деньгах, то модель динамо-втулки SON28 является лучшим выбором для большинства велосипедистов. Она совмещает высокую эффективность и качественную конструкцию. С 2002 года модели динамо-втулок SON содержат уплотнитель компенсации давления, который препятствует появлению проблем с велосипедом в дождливую холодную погоду. Без специального уплотнителя при охлаждении относительно большой внутренний объем воздуха динамо-втулки сжимается и тем самым способствует проникновению влаги.
Динамо-втулка Shimano DH-3N71 неплохой выбор, но по сравнению с её предшественницей DH-3N70 у неё немного хуже производительность. Обе модели значительно тяжелее и менее эффективны, чем динамо-втулки SON. Более дешёвая модель DH-3N30 предлагает лучшую производительность, но весит на 200 грамм больше, потому что имеет подшипники и уплотнитель более низкого качества, так что более высокая цена динамо-втулки фирмы Shimano вполне оправдана. Ожидаемый срок службы конусов подшипника в недорогих динамо-втулках фирмы Shimano моделей (HB-NX32, DH-3N30) равен примерно 5000 км. Это говорит, что модель DH-3N30 предлагает удивительно хорошую производительность за свою цену.
Если бы не проблемы проскальзывания в сырую погоду, Lightspin могла бы послужить хорошей альтернативой динамо-втулкам. Её небольшой вес (даже включая вес крепления на передней втулке) и отсутствие сопротивления в дневное время привлекают велосипедистов, редко совершающих поездки в тёмное время суток. Когда включается свет на велосипеде, то сопротивление Lightspin возрастает до значения, превышающее значение у модели SON28 и современных динамо-втулок фирмы Shimano. Сложно добиться и поддерживать правильное крепление бутылочных генераторов, так что при её эксплуатации сопротивление может очень сильно варьировать.
Для велосипедистов, участвующих в различного рода соревнованиях, использование модели SON20 или удивительно легкой SON-XS с ободом больших размеров уменьшает сопротивление как в дневное, так и в ночное время. Особенно на скоростях от 25 до 35 км/ч. К их недостаткам можно отнести уменьшение светового потока на низкой скорости.
| Скорость | Полная мощность, развиваемая велосипедистом | Стандартная герметичная передняя втулка | SON28 (свет выключен) | Снижение скорости (свет выключен) | SON28 (свет включен) | Снижение скорости (свет включен) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 км/час | 15 Вт | 0,1 Вт | +0,2 Вт (+1,3%) | -0,1 км/час | +3,3 Вт (+22%) | -1,6 км/час |
| 20 км/час | 50 Вт | 0,2 Вт | +0,7 Вт (+1,4%) | -0,1 км/час | +5,3 Вт (+12%) | -1,1 км/час |
| 30 км/час | 130 Вт | 0,3 Вт | +1,3 Вт (+1,0%) | -0,1 км/час | +6,7 Вт (+5,2%) | -0,7 км/час |
| 50 км/час | 500 Вт | 0,5 Вт | +2,7 Вт (+0,5%) | -0,1 км/час | +9,0 Вт (+1,8%) | -0,36 км/час |
Насколько сложнее крутить педали на велосипеде с динамо-втулкой? В сравнении с велосипедом без динамо-втулки, таблица показывает требуемую дополнительную мощность поддержания той же скорости, а также снижение скорости при той же мощности — на ровной дороге. Только включение ночного сопротивления (свет включён) на низкой и средней скоростях замедлит велосипедиста значительно. На высоких скоростях, добавленное сопротивление (свет включен) менее значимо. На подъёмах, сопротивление динамо-втулки в процентном отношении от общего сопротивления даже меньше. Например, подъём на 5% склон на 10 км/час требует около 140 Вт. В этом случае 3,3 Вт потребляемые SON28 (свет включен) замедляет велосипедиста всего на 0,2 км/час.