Обсчёт динамо-машины из маленьких двигателей

Двигатели взяты вот эти:
http://www.ledera.ru/electric-motors/DC-electric-motors-11559.html

… т.е DC 12V F280-10440 12V, 0.14A при 4200 об/мин.
Диаметр большого колеса – 18.3см. Диаметр маленького колеса – 6мм. Т.е за один оборот большого колеса 183/6 = 30.5 оборотов маленького колеса.
Для контроля скорости использовался метроном:
http://www.metronomid.ru/

При вращении получились такие результаты:
 

Получены, конечно, только минимальное и максимальное значение диапазона наиболее часто мелькающих цифр. Среднее значение – то, что между ними. Цифры, как и должно быть ложатся на примерно линию. Далее можно считать, что при 60 оборотах это 4.8 вольт, а прирост на 20 оборотов даёт прирост на 1.82 вольта (прирост вольт = 10.25-4.8 = 5.45. Прирост оборотов = 120-60 = 60. Пропорция 5.45*20/60 = 1.82).
Ток, как и напряжение пропорционален скорости вращения. Т.е если при 12 вольтах это 0.14А, то при 6 вольтах это 0.14 * 12/6 = 0.07А и.т.д
Не вдаваясь в математическую рутину это приблизительно так:
 

Не врали. При 138 оборотах (4200 оборотах маленького колеса) по этому приближению действительно должно получиться около 12 вольт.
Для расчёта выбран вариант с максимальным количеством двигателей, которые можно разместить вокруг колеса (это как постоянные и переменные затраты). Двигателей 12 штук. Не ленясь, ни и энергично вращая, т.е при 120 оборотах в минуту можно получить динамо машину мощностью 15Вт.
Чтобы понять насколько эффективна конструкция надо сравнить электрическую мощность с механическими затратами. Двигателей у меня только 5. И именно для этой конструкции я примерно знаю сколько надо повесить железного крепежа из углов и пластин чтобы провернуть ручку. А повесить их надо 850 грамм. Подробно про это было тут:
http://akostina76.ucoz.ru/blog/2016-03-09-2711

Мне достаточно информации по одному обороту колеса. Ток 5 двигателей I = 0.056 * 5шт = 0.28А. Напряжение U = 4.8 вольт. Мощность = U*I = 1.344Вт.
С другой стороны 1 Ватт:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D1%82%D1%82

… это H·м/с
850 грамм это 425 грамм в паре сил и 4.168 Ньютонов:
http://www.translatorscafe.com

Длина окружности колеса с диаметром 18.3см = ПИ*0.183 = 0.58м. Оборотов только один за секунду. Значит механическая мощность = 4.168*0.58 = 2.40Вт.
Если я нигде не ошиблась, то в электричество преобразовалось 1.34/2.4*100% = 56% энергии, т.е КПД конструкции = 56%.
Электроны оказались неожиданно тяжёлыми и на трансмиссию при такой конструкции явно много ушло, но не так уж и плохо.
Смета изделия

С достаточным прискорбием сообщаю, что за три месяца ценник вырос на треть. Итак, большая шестерёнка и 12 маленьких стоят 2051 рублей. STL лежит тут:
https://yadi.sk/d/dmLmyUlQrELXc

…Припуск на валы в маленьких шестерёнках оставлен 0.2мм.
Двигатели:
http://www.chipdip.ru/product/f280-10440-12v/

…стоят 98 рублей. 12 штук стоят 1176 рублей.
Несмотря на мизерность цены добавлю очень важный диод:
http://www.chipdip.ru/product/1n4001/

… по 3 рубля 12 штук = 36 рублей. Если бы у меня был один двигатель и мне бы потребовалось заряжать аккумулятор у меня бы на диоде терялась половина напряжения.
Исследование диодов тут:
http://akostina76.ucoz.ru/blog/2016-02-25-2651

У конкретно этого сопротивление 4.5 Ом. Значит на токе = 12*0.14А = 1.68А он отъедал бы 7.56 вольт из 12 выдаваемых двигателем. Но у меня 12 двигателей, каждый из которых я могу снабдить диодом и потри будут всего 0,14*4.5=0.63 вольта. Сведение этих потерь к минимуму делает этот вариант хорошим по сравнению с велодинамо, про которое тут:
http://velofun.ru/hub/dinamo-vtulki-na-velosiped.html

… Питание фары и любой другой лампочки не требует диода, на котором падает напряжение, а вот зарядка аккумулятора требует. В этом варианте потери минимальны из-за малых токов.
Итого, не считая проводов и кабельканалов всё это стоит 2051+1176+36 = 3263 рубля и выдаёт 15Вт электричества.
Для сравнения динамо от велосипедной фары:
http://sportresort.ru/product_info.php?products_id=1413

… стоит 350 рублей и выдаёт 6 вольт, 3 ватта. 15 ватт стоят 350*5 =1750 рублей, т.е почти вдвое дешевле. Из явных недостатков 1) необходимость наличия велосипеда (+однозначно громоздкий вариант с большим колесом)  2) падение напряжение на диоде 0.5А * 4.5Ом = 2.25вольт, т.е 37,5% от выдаваемых 6 вольт. Кроме того крепление нескольких штук к одному колесу требует дополнительных ухищрений и «шаговой доступности» у этого изделия точно нет. Съеденные диодами вольты можно компенсировать количеством двигателей, т.е чтобы выйти на 15 ватт надо взять 8 таких велодинамо (с одного = 6вольт – 2.25 вольт =3.75 вольт. Мощность одного = 3.75 вольт * 0.5А = 1.875Вт. 15Вт/1.875Вт = 8 штук). Цена 8 штук уже 2800 руб (а это уже сравнимо хоть и дешевле), т.е многое определяется тем, надо или нет заряжать аккумуляторы.

Использование напечатанной на 3d принтере подставки для двигателей сделало бы проект дороже на пару тысяч наверное, хотя сделало бы всё проще и точнее. Но и сделанный из деревяшки вполне пригоден для использования:

Усилия оказались довольно большие, потому двигатели требуют жёсткой фиксации со всех сторон. Винтики, на которые указывают стрелки, для снижения колебаний колеса. Именно под них уставлен средний круг в чертеже колеса с вырезами.
Итого по деньгам:
Пока, конечно, дороговато. Но, скорее всего, стоимость начнёт снижаться. Вот за 34 т.р можно принтер купить:
http://top3dshop.ru/kupit-3d-printer/wanhao-duplicator-i3-v2.html

… и хоть упечататься.
В своё время на заводе мне в качестве доводов против печати накладных и прочих документов говорилось, что бланк, на котором что-то можно написать стоит копейки, а напечатанная бумажка стоит рубль. Мол, где рациональное использование ресурсов? Но, как-то прижилось потому, что удобно.
p/s

1) Штука очень шумная, т.е если это крутить ветром должен быть предусмотрен хоть кожух, поролоном обшитый. 
2) скорость логично контролировать светодиодами какими-нибудь с возможностью выставить например 5, 6, 9 и 12 вольт. Если мало, то например зелёный горит, много – красный, а желтый – правильная скорость.