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◆ ペットボトル風車 いろいろ

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    ペットボトルで作った風車である。右の写真は小さなキャスターの車輪をはずしたものを、100均で売っている円柱の棒に取り付け、キャスターの取り付け用の穴にビスでペットボトルに取り付けたものである。また、風車のブレードは厚紙を曲げてエポキシ系接着剤を塗って固めたもので、最後に水性ペイントを塗って防水性を高めたものである。
    この方法だとブレードが紙なので自由な形のものを、簡単に作れるのでとても便利である。

    右の写真の2つの風車は垂直軸型の風車で、左半分の写真は不要となったCDの上にカップ麺の容器を半分に切って載せたものでサボニウス風車である。モータとLEDが接続されているので、回転するとLEDが光るようになっている。
    右半分の写真は、単純にペットボトルを串刺しにしたような状態で主軸の木材の上には、3mmの針金が挿してあり、ペットボトルの蓋にも小さなアルミ版を接着してあり、摩擦が少なくなるように設置してある。しかし垂直軸風車は、廻るものの水平軸風車のように高回転では廻らないようである。

    ◆ 自作モーター(発電機)によるペットボトル風車

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      100均のネオジム磁石4個と、ポリウレタン銅線(UEW)を1,000回巻いたコイルで作ったモーターが、放ったらかしになっていたので、右の写真のようなペットボトル風車を作ってみた。風の向きで回転するようにする機構は、ホームセンターで小さなキャスターを買ってきて、車輪をはずしてペットボトルにボルトで固定した。取り付けた丸棒は、100均の工作用の木材である。この木材は加工しやすいように柔らかは素材なので水にぬれたりすると、すぐにカビが生えてしまう。そこでニスを3度ほど塗って防水・防カビ効果を上げている。

      作成した非力なモーター(発電機)は、交流出力なので電圧アップの為に倍電圧整流回路を通して、LEDに接続している。しかしあまりこの倍電圧整流回路をつないだから、LEDが明るく光るということもなさそうである。
      電圧は、倍になっても取りだせる電流は半分になってしまうので当然か!

      ◆ ペットボトル風車用 発電モータ試作 Part2

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        コイルを巻くのにはエナメル線と思っていたが、最近ではUEW(ポリウレタン銅線)とPEW(ポリエステル銅線)が主流になっているようです。UEWは皮膜を紙やすり等で剥離しなくてもハンダ付けができて便利なようです。
        従って今回は、ハンダ付けが便利なUEWの0.3mmの線(750m、500g)を購入した。
        価格は、秋葉原の千石電商で​2​,635円であった。ペットボトルの口の部分の直径は25mmなので、円周は25×3.14=78.5mmとなる。巻き数を1,000回と考えているので、少し円周を大き目の80mmとすると80,000mm=80m分巻くことになる。はたして期待通りの結果が得られるかは全く未定であり手探り状態である...
        しかしながら、発電能力は下記の点を考慮すれば確実に発電電圧は大きくなるらしい。

        コイルの巻き数を増やす
        コイルの線の太さを細くする。
        磁力が強力な磁石を使う。
        コイルと磁石の間隔を狭くする。

        右の写真は、コイルを巻くために100均の木材ブロックで作ったコイル台と、ペットボトルの口の部分に巻いた実際のコイルである。

        さて実際の結果だが...なんとかLEDは点灯させることができた。LEDを負荷としてペットボトルの風車をつけて扇風機でまわした時の両端の電圧は以下の通りである。
        扇風機の風力負荷なし赤色LED接続
        3.6V2.3V
        2.8V2.0V
        2.1V1.7V
        右の写真は、コイル内の軸を中心にして磁石を3個づつ合計6個つけた状態での写真である。

        磁石とコイルを使った発電モータだが、出力は交流となるためLEDの点灯のためには整流して直流にする必要がある。また風車は扇風機にむけてまわしたようには高速では回らないので倍電圧整流回路を通して電圧をアップしてLEDを点灯させてみようと思っている。

        モーターの概要設計図は右の通りである。





        ◆ ペットボトル風車用 発電モータ試作

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          ペットボトル用風車の中に、市販のモータを入れてLEDを点灯させるのはできたのだが、自作のモータでLEDを点灯させられないかと考え始めた。
          というのも、市販のモータは、コギングトルクが結構大きくて、ある程度の風が強く吹かないと風車が回らないからだ。そこで3.2mmのエナメル線20mをペットボトルの口の部分に巻いてコイルの部分を作ってみた。(約250回巻いた状態)

          さらに、100均で買ってきた2000Gsのネオジム磁石4つをこのコイルの中心で回転させてどのくらい発電されるのか試してみた。2V程度は、発電してくれることを期待したのだが結果は見事に裏切られ、高速で軸を回しても下記のような結果になった。

          電圧:0.5V、電流:50mA
          即ち25mWの発電モータということになる。

          このモータで、3V程度まで電圧を上げてLEDを点灯したいと考えているので、まずは一番やり易いコイルの巻き数を増やしてみたいと思う。
          現在250回巻きなので、4倍の1,000回巻きにして試してみようと思う。それでも駄目なら磁石を100均の磁石からをネットで販売している一回り大きなネオジム磁石に変更して試してみたいと思っている。

          100均のマグネットは、直径が13mmで2,000Gs(ガウス)の右の写真のものと、6mm径で2,800Gsの二通りが売られている。6mm径の磁石も購入してテストをしてみたが、直径が小さい為コイルとの距離が離れてしまうためか、出力は上がらなかった。magnet Japanで販売している同じ13mmのネオジム磁石の磁力は下記の通りである。
          (100均の物と変わらないようだ!)
          13mm×2mm 167mT
          13mm×4mm 298mT
          13mm×5mm 347mT
          注)1mT=10Gauss

          ◆ サボニウス型ペットボトル風車 その3

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            サボニウス型風車だが、寒くなってきてコンビニのおでんを食べたのだが、このプラスチックのカップがサボニウス風車をつくるのに適していそうなので、早速このカップで作ってみた。前回発砲スチロールで失敗したので、今回は不要になったCDにこのプラチックカップを接着剤で張り付けてみた。モーターは100均のガーデンライトの上部の回路部を除いた部分に差し込んで固定した。
            出来上がったのは、右の写真のようなおでんカップのサボニアス風車である。実際の回っている様子は、youtubeに動画をアップしたのでみて貰いたい。扇風機でのテストでは軽いせいかよく回って、モーターにつけたLEDも明るく点灯していた。

            今回試作したサボニス風車では、LEDを点灯するのがやっとだった。発電した電力を電池に充電するなら、もう少し大きなサボニアス風車が必要と思われる。こんどは一回り大きなゴミ箱を使ったサボニウスを作ってみようと思う。

            ◆ サボニウス型ペットボトル風車 その2

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              サボニウス型の風車でモーターを回すのに、どのくらいの風で回るのか全く検討がつかないので、まずはお試しで右のような発砲スチロールを使って発電がどの くらいできるにかをチェックしてみることにした。
              まず発砲スチロールにカッターで切り込みを入れて、ここにペットボトルを半分にカットしたものを差し込んでサボニスの風車の土台を作り、下にはいつもの大きめの平ギアを接着剤で発砲スチロール張り付けた。あとは、モーターを平ギヤに差し込めば完了である。

              実際に作った写真が右下である。さっそく扇風機扇風機を回して、出力電圧の測定値を行おうとしたのだが...
              扇風機の中心に風車をかざしてもほとんど回らないのである。冷や汗

              発泡スチロールの幅(高さ)が広すぎて、ここに風があたる為、なかなか風車が回らないのである。やはり風車の羽を固定する台は薄く丈夫な物で、形は円形のものがいいらしい!
              そこで、発泡スチロールは止めて、不要となったCDにペットボトルを接着剤で固定して実験してみようと思う。これなら風の抵抗はほどんど受けずにまわると思うのだが...

              ◆ サボニウス型ペットボトル風車

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                通常のペットボトル型風車ではなく、サボニウス型の風車を作ってみようと思っている。サボニウス型の風車は、どちらの方向の風でも回るという特徴をもっている。風速も2.5m程度から回るらしいのであまり風が吹かない箇所でも有効らしい。
                発電用のモータは、いつものXikit社のGenemotorをつないで発電させてみようと思う。発電した電力はこれもいつものように、NiMHの電池に蓄電して夜間照明にしたいと思っている。
                サボニウス型の風車は円柱を半分に切ったものを、ずらして並べることで回転力が増えて効率的に回る原理らしい。右の図のようにh,d,wを規定すると...

                h : 円柱の高さ
                d : 円柱の直径
                w : 半分の円柱がオーバーラップしている長さ

                2つの円柱のオーバーラップの比率をw/d、直径と長さの関係のh/dをアスペクト比とすると
                オーバーラップ比(w/d) = 0.2〜0.3 程度が最適らしい。
                アスペクト比(h/d) = 4 程度が最適らしい。

                これを直径6cmのペットボトル容器で作ると、アスペクト比から円柱の高さは24cmにもなってしまい普通のペットボトルでは無理である。よって、オーバーラップ比だけを最適な値0.25(1.5cm)として作成しようと思っている。

                作成イメージは、右図のような感じで作れればいいと思っており、モーターとジョイントで接続する縦の金属棒が簡単に手に入るかチョッピリ疑問である。うまく入手できない場合は5mm程度の針金で代用するつもりである。
                あとは、摩擦を少なくするために下側の金属棒と固定用の台との間をどうするかが課題である...


                ◆ ペットボトル風車で発電 ジョイント自作版

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                  ペットボトルの蓋を2つ使ってモータと針金の軸を結合するジョイントをせっかく作ったので、このジョイントを使った風車を作ってみた。ジョイントは結構おおきくてモーターの位置が後方に設置する必要があった為、今回は四角柱の形状のペットボトルを2つ使って、ひとつのペットボトルは羽だけのために使い風車を作った。

                  このペットボトルの蓋を使ったジョイントは長さもあるので大きな風車をつくるならいいが、500mlのペットボトルではちょっと大きすぎるような気がした。



                  ◆ 太陽電池で回るペットボトル風車 不要?

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                    モーターをペットボトルの中心に配置して、モーター自体が回るペットボトル風車を作ったが、これは風で発電する風車だ。こんどは太陽電池の微弱電流でも回る「光モーター」を使って、無風状態でも太陽光さえあればペットボトル 風車が回る、光で回るペットボトル風車を作ってみようと思う...

                    ペットボトル風車は回るので、太陽のあたる面に太陽電池を設置する必要がある。従って全面に太陽電池を貼りつけたペットボトルにする必要がある。このことからペットボトルは円形ではなく四角形の形状のものがよさそうである。
                    四面あるペットボトルの各面に設置する太陽電池は、モーターが廻る電力を発電できるものが必要になる。100均のガーデニングライトの太陽電池でモーターが回ってくれれば安上がりに済むのだが... 2個直列にして使えば回りそうなきがするのだが... (8個装着する必要がある)

                    風車の軸とモーター軸を繋げるジョイントだが、右の写真のようにペットボトルの口の部分を2つ使って、手作りのジョイントを作ってみた。これで510円の市販のジョイントは不要になりそうである。

                    ところで、この光で回るペットボトル風車だが「何に使うんだ?」と考えてしまう天気の良い昼間は回り続けるので、モグラ除けにはいいかもしれないが、他にメリットが見出せない。
                    そもそも風車の羽をつけて何になる意味もなく太陽電池でまわるだけのものである。う〜む。

                    光があたるビニールハウス内の換気扇として利用するのはどうだろうか?要検討!!

                    ◆ 夜間点灯ペットボトル風車

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                      100均のガーデニングライトをたくさん購入して、さすがに通常のガーデニングライトとしての改造は飽きたので、ペットボトル内にガーデニングライトを組み込んで、夜間点灯するペットボトル風車を作ってみた。ペットボトルは普通の500mlのペットボトルでは太陽電池を内部に組み込むには少々小さいので、1000mlのペットボトル内に組み込んでみた。
                      また、サイズ大きくなったので風での回りが悪くなる(?)と考え、羽も2つ装着してみた。右の写真がそれである。
                      ガーデニングライトの太陽電池部は、カットして余分なプラスチックを除いた状態でセットした。

                      また充電用の単4電池は大きいので以前のガーデニングライトについていたNiMHで80mAhのボタン電池を無理やり小さな基板に半田付けして取り付けた。
                      太陽電池が上側で、下側にLEDの載った小さな基板を取り付けたので、設置は長めの竹竿の上に取り付けることにした。そうすることで下から見ると電気が灯っているように見える。右の写真は上がフラッシュで撮った写真で下側がフラッシュ無しでLEDの点灯の様子を撮った写真である。
                      LEDは電球色のものを取り付けた。外灯電気をイメージしたがさすがにLED1個では外灯としては暗すぎて無理でした。(当然ですね!)


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