Een USB-lader maken van een fietsdynamo

Tijdens het fietsen een mobieltje opladen, dat kan met de fietsdynamo. De dynamo op de fiets levert genoeg stroom om een USB-apparaat op te laden. Dat is erg handig als de telefoon bijna leeg is en er was geen tijd om hem thuis aan de lader te koppelen. Door te navigeren met de telefoon tijdens een fietstocht gebruikt de telefoon veel stroom en zal deze bijna leeg zijn voordat het einde van de tocht in zicht is, door tijdens het fietsen de telefoon te laden met de fietsdynamo kan er van begin tot eind genavigeerd worden. Echter dient de stroomtoevoer die de dynamo levert aangepast te worden met een gelijkrichter. De fietsdynamo levert namelijk een wisselspanning en het USB-apparaat heeft gelijkspanning nodig om te kunnen laden.

Hoe werkt een fietsdynamo?

De dynamo van de fiets werkt zoals alle stroomgenerators met een koperen spoel en een magneet. Doordat de magneet ronddraait in de koperen spoel zal er stroom gaan vloeien. De magneet stuwt de ionen in het koperdraad een richting op. Doordat de ionen gaan stromen door de koperdraad ontstaat er een elektrische stroom. Hoe harder de magneet langs de koperen spoel draait des te hoger zal de elektrische stroom zijn. De dynamo van de fiets kan met een normale fietssnelheid ongeveer een stroom van 0,5 Ampère en 6 Volt opwekken. Die stroom is wel een wisselstroom omdat er een ronde magneet in de koperen spoel draait. De noord-zuidkant van deze magneet wisselt tijdens het draaien langs de koperen spoel waardoor de ionen heen en neer worden geduwd, hierdoor ontstaat er een wisselspanning.

De dynamo als USB-poort

De dynamo van een fiets wekt genoeg stroom op om een mobieltje te kunnen opladen. Dat is erg handig als de telefoon onderweg veel wordt gebruikt of als de accu bijna leeg is. Echter de stroom die een fietsdynamo geeft, is een wisselspanning en een mobiel apparaat heeft gelijkspanning nodig om te kunnen laden. Daarnaast zijn er verschillende dynamo's die op een fiets kunnen worden gemonteerd, de meest voorkomende zijn de naafdynamo en de banddynamo.

De band- en naafdynamo
De banddynamo zit aan het fietsframe gemonteerd en wordt met een veer tegen het fietswiel gedrukt, een klein aandrijfwiel van de dynamo dat op de rubber band rust zal meedraaien tijdens het fietsen. De naafdynamo zit in de as van het achterwiel gemonteerd, twee stroomdraden uit deze as geven aan dat daar de naafdynamo zit. De naafdynamo geeft minder stroom dan de banddynamo, dat heeft te maken met het aantal poolparen waaruit de magnaat bestaat en het aantal omwentelingen dat de magneet in de koperspoel maakt. Een banddynamo heeft vier magnetische poolparen (magnetisch noord- en zuidpool is één poolpaar) een naafdynamo heeft 14 poolparen.

De frequentie van de opgewekte stroom ligt bij de banddynamo hoger dan bij de naafdynamo. De naafdynamo wekt stroom op na gelang het aantal omwentelingen van het fietswiel, de banddynamo heeft een aandrijfwiel dat op de band rust en daardoor meer omwentelingen maakt dan het fietswiel. De banddynamo geeft een wisselspanning van 424 Hz en de naafdynamo geeft een wisselspanning van 51,6 Hz bij een gemiddelde fietssnelheid van 18 km/u.

Verkrijgbaar in de handel

In de handel zijn een aantal apparaten verkrijgbaar die eenvoudig op de fiets zijn te monteren om een USB-apparaat te kunnen laden. Deze apparaten maken dan gebruik van de fietsdynamo, er wordt wel verschil gemaakt tussen de naaf- en banddynamo.

The Plug III USB lader

Het apparaat met de naam 'The Plug III USB lader' van het merk Cinq5 is duur in aanschaf maar simpel toe te passen. Dit apparaat, ontworpen voor de naafdynamo, wordt op het stuur gemonteerd en heeft een afsluitbare USB-poort tegen vervuiling. Door de verlichting van de fiets met een schakelaar uit te zetten kan de volledige stroom die door de dynamo wordt opgewekt gebruikt worden om een USB-apparaat te laden.

USB-Werk Busch und Müller

Een ander model dat eveneens voor de naafdynamo is ontworpen is van 'USB-Werk'. Deze spatwaterdichte uitvoering is voorzien van een accu die geladen wordt als er geen stroom wordt gebruikt tijdens het fietsen. Op deze wijze kan het USB-apparaat ook geladen worden als de fiets stil staat.

KEMO M172 USB

De 'M172 USB' van KEMO is voor beide soorten dynamo's te gebruiken. Dit apparaat heeft geen accu en levert alleen stroom tijdens het fietsen. Met een schakelaar kan er gekozen worden voor USB-laden of het laten branden van de fietsverlichting. Dat kan niet tegelijk, daarvoor levert de dynamo te weinig stroom.

Dynamo Pedal-Powered Bike USB Charger

Dit apparaat dat uitgevoerd is als een banddynamo heeft tevens een ingebouwde accu van 700 mAh en is voorzien van een USB-poort. Door deze dynamo op het fietsframe te monteren kan meteen de USB-kabel worden aangesloten en begonnen worden met opladen van de telefoon of tablet. De uitvoering is spatwaterdicht en eenvoudig toe te passen.

Een gelijkrichter maken met een USB-poort

Om een normale fietsdynamo, de banddynamo, te gebruiken als oplader voor een mobieltje moet er een kleine gelijkrichter worden gemaakt die de wisselspanning van de dynamo omzet naar een gelijkspanning. Dat is vrij eenvoudig te doen. Benodigdheden:

• 4 maal 1N4007-dioden
• 2 maal 10µF condensatoren
• 1 maal 0.1µF condensator
• 1 maal LM7805 transistor
• USB-kabel (gestript: rood is +, zwart is -)

Deze elektrische componenten worden in een elektrisch circuit samen gesoldeerd tot een gelijkrichter die geplaatst wordt tussen de banddynamo en het te laden apparaat. De vier 1N4007-dioden worden als een gelijkrichterbrug samen gesoldeerd, aan de plus- en minzijde van deze brug wordt parallel een condensator van 10µF vast gesoldeerd. Achter deze condensator wordt de transistor LM7805 die de gelijkspanning regelt in serie vast gesoldeerd, de minpool van de transistor wordt op de mindraad gesoldeerd. Achter deze transistor wordt parallel een condensator van 10µF en 0,1µF gesoldeerd. De USB-kabel waarmee het apparaat wordt geladen wordt aan de uitgang van het circuit vast gesoldeerd. Door de kabel te strippen zullen vier gekleurde draden vrij komen. De rode is de plusdraad en de zwarte is de mindraad. Op YouTube is een video beschikbaar die laat zien hoe een gelijkrichter als USB-lader werkt.