Электродвигатель точно такой какой нужен (1)

Имеется зарядное устройство для планшета:

которое выдаёт 5V, 1.5A:

 и заряжает аккумулятор 4.29A/ч (которого хватает на 9 часов) чуть более чем за 2 часа.
Имеется колесо радиусом 28 см:

Радиус той штуки, которая должна по нему ехать сантиметра 2 наверное должен быть.
Напрягающийся, но не слишком велосипедист едет со скоростью 15 км/ч = 15000 м/ 3600с = 4.17 м/с.
Радиус колеса с покрышкой = 28см+3см = 31 см. Значит длина обода = 2*ПИ * 0.31м = 1.95м. Т.е при такой скорости колесо поворачивается 4.17/1.95 = 2.14 раз в секунду. Буду считать, что 2 раза с секунду.
Маленькое колесо (т.е 2 см) за один оборот большого (28 см) колеса делает (2*ПИ*28)/(2*ПИ*2)=14 оборотов. Т.е за два оборота в секунду (большого колеса) будет 28 оборотов (в секунду) маленького колеса. Либо 28об*60с = 1680 об/мин.
Буду (округляя вниз и не желая напрягаться) считать, что 1500об/мин будет скорость вращения.
Требуется 5V на выходе. Такое ощущение, что зарядник должен быть больше на четверть либо на половину. 2.4V двух пальчиковых батареек требует 3.7V, т.е в полтора раза больше. А автомобильный аккумулятор 12V заряжают 15V зарядного устройства, т.е в 1.25 раза больше. Кроме того, есть ощущение, что при неработающем двигателе аккумулятор считает его электромотором и пытается крутить, постепенно разряжаясь. Чтобы этого избежать можно поставить диод, пропускающий ток только в одном направлении. Но диод тоже имеет сопротивление. Минимальный по сопротивлению, который мне удалось найти – выпрямительный диод Д242:
http://www.chipdip.ru/product/d242/

… на токе 0.18А отъедающий 0.68V, т.е с сопротивлением 3.8Ом. На всякий случай заложу 1V. Много не мало. В крайнем случае придётся медленнее крутить. Итого мне надо : 5V*1,5+1V = 8.5V. Для единообразия с популярной батарейкой пусть будет 9V.
Требуемая мощность двигателя P = U*I = 9V*1.5A = 13.5Вт при n=1500 об/мин.
Привычное расчётное КПД 55% скорее всего будет больше (многого, из того, что учитывается, при изготовлении из пластика быть не должно).  Но пусть КПД будет 55%.
Мощность P (с учетом КПД) по формуле из «многолетних данных»:
P_итог = P * (1+2*КПД)/(3*КПД) =17.18Вт.
В итоге (при расчёте всего, включая электрические и механические потери) можно получить реальный КПД того, что рассчитано. Цифры с учетом КПД – прикидочные, но именно они закладываются в расчёт как параметры, после чего получаются реальные значения.
Ток якоря электродвигателя в учетом КПД = I_якорь = P/(КПД*U)=1.8А/0.55/9V=2.72A, что чуть ни вдвое больше нужного и вызывает некоторые сомнения. Но пусть будет так. Это тот ток, которые течёт по обмотке якоря и на который действует магнитное поле. Должно быть либо много тока в одном проводе либо много проводов с обмотке чтобы получить нужное значение.
Электромагнита у меня не будет. Потому всё напряжение поделят якорь и щетки. Падение напряжения на щетках марки М1:
http://www.diagnostica-em.narod.ru/shetki.pdf
буду считать 1V, значит ЭДС якоря = 9V-1V = 8V
Расчёт по стандартной формуле (с электромагнитом) E=(1+2*КПД)/3*U=(1+2*0.55)/3*9 дал бы 6.3V.
Величина близкая к вращающему моменту двигателя P/n=13.5Вт/1500об/мин=0.009

(
Момент M=9.554P/n:
http://360dya.ru/elektromotory/asinxronnye/vrashhayushhij-moment-dvigatelya-usilie-na-valu/

)
Рекомендуемые значения B (сила магнитного потока) и A (количество тока в обмотке якоря, на которое будет действовать магнит) берётся из Ермолин «Расчёт электрических машин» стр.43:
http://www.lib.susu.ac.ru/ftd?base=SUSU_METHOD&key=000391669&dtype=F&etype=.pdf

Например для соотношения 0.0069 =69*10^(-3) мне бы потребовался магнит (электро или обычный) силой B=0.3Тл и A=6.5кА/м = 6500А/м тока болтающегося по якорю. В моём же случае требуются уж совсем жалкие B=0.15Тл напряжённости A=2500А/м тока.
Обычных магнитов со столь малой силой не бывает. Про магниты тут:
http://www.quartz1.com/price/PIC/312Q0619700.pdf

Наиболее популярные неодимовые магниты N35:
http://www.chipdip.ru/product0/9000083724/

имеют остаточную магнитную индукцию 1.17-1.22Тл.
Ферритовый магнит Y30 имеет остаточную индукцию 0.38Тл-0.40Тл:
http://magnet-prof.ru/index.php/Disk-Sterzhen-Ferrit/Ferritovyiy-magnit-D114x12mm/flypage.tpl.html

Y35 – 0.40-0.41Тл:
http://magnet-prof.ru/index.php/Disk-Sterzhen-Ferrit/Ferritovyiy-magnit-D15x3mm/flypage.tpl.html

Цифры в таблице – рекомендуемые с учетом, кроме всего прочего потерь на «изготовление» реально мощного электромагнита. Поскольку у меня такой проблемы нет могу брать мощный покупной магнит N35 (предполагая, что высоких температур у меня тоже не будет). H35, рассчитанный на температуры до 120 градусов даёт те же 1.17Тл.
Машинная постоянная может быть вычислена двумя путями и связывает параметры между собой:

… где D = диаметр якоря, L – длина якоря, n – скорость вращения (оборотов/минуту). alfa=0.65, B, A – выбранные значения индукции и количества тока.
Если мне рекомендуется B=0.15Тл A=2500А/м, а у меня есть магнит на B=1.17Тл, то мне потребуется A=(0.15Тл*2500A/м)/1.17Тл=375/1.17Тл = 321А/м.
Теперь знаю всё для вычисления машиной постоянной C=6/(0.65*1.17Тл*321А/м)=0.0246.
Тогда D*D*L = C/n =0.0247/1500=0.000016м3.
Ориентировочный размер якоря – корень третьей степени из этой величины = 2.5 см (в предположении что диаметр равен длине).
Выполнив ещё рад несложных операций, про которые ниже, можно понять, что такой двигатель c таким магнитом и стандартным круглым пазом собрать невозможно. Просто не влезет в якорь столько проводов.
Расчёты:

«Расчёт №1» это то, что хотелось и описывалось. Но даже при очень большом желании круглый паз диаметром 10мм (который нужен на 34 провода а нём) не влезет в якорь диаметром 26мм.
»Расчёт №2» показывает что бы было если бы магнит был слабее, т.е B=0,4Тл. Всё было бы совсем плохо.
»Расчёт №3» - снижение выдаваемого напряжения c 8 до 4 вольт, означающее что для нужного результата надо два таких двигателя, соединённых последовательно. Паз всё ещё слишком велик, но дело можно исправить, сделав длину поменьше, а диаметр побольше (величина D*D*L при этом не меняется).
»Расчёт №4» - реальный вариант для двигателя, выдающего 4 вольта:

«Расчёт №5» - расчёт с самым мощным из найденных тут:
http://www.quartz1.com/price/PIC/312Q0619700.pdf

… магнитов: N52 выдаёт 1.43Тл.
Но и тут ничего нельзя сделать с круглым пазом:

На 28 проводов требуется паз диаметром 9.3мм, но такого не сделать при таком диаметре якоря. Максимальный, который можно сделать – 7.28мм, но в него влезает только 21 провод. В «жёлтый» вариант с перегородками по 0.5мм вроде бы проще засовывать провод, но в него влезает только 25 штук и последние 3 находятся далеко от магнита.
Вариант, выделенный зелёным теоретически позволяет засунуть все нужные провода.

На этот момент я знаю, что всё, что от меня требуется – намотать на якорь указанных размеров 321 провод. Я могу ничего не знать про исходные законы, которые там запрятаны, а вот про то, что требуется выпрямительный диод знать очень даже рекомендуется. Но про него в школе скорее всего ничего не скажут.