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◆ 強風で風車のブレードがもぎ取られる

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    2016/5/11の千葉県北東部は、風速15mから20mの強風が吹き荒れた。このせいで風車のブレードがすべてもぎ取られ右の写真のようになってしまった 。ブレードとの接続は角材を接着剤で円盤台に貼り付け後ろから木ねじ2本で留めたのだが強度が足りなかったようである。円盤台と角材の固定には円盤台の塗装後に接着剤で固定したのも強度を弱めることになったと思われる。それにしても自然の力に驚かされた出来事だった。

    新しく作りなおすブレード固定用の円盤台には、右図のような三角柱2個を円盤台の表と裏に配置し、ここにビスナットでしっかり固定する予定である。ブレード固定用のステンレス板には4mmの穴があいているのでここにビス通して円盤の裏側からナットで固定する方式とする。円盤台は強度アップのため9mmのシナベニヤを使用するつもりである。また、今回のブレードの傾き角度は27度としている。

    ◆ 壊れた風車のブレード復活の第二歩

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      塩ビ管で作ったブレードです。塩ビ管は直径は125mm長さ1mで厚みが2.5mm(?)のものを購入して作成しました。これを長さ450mmにカットし、さらに半分にすると半円状のものが4つできるので、さらにこの半円部分を斜めに線を引いてカットします。これで8個分のブレードできました。あとは隅をカットして完成です。しかしこれだけではビスの取り付ける箇所の曲率が大き過ぎるので、お湯に付けて塩ビ管を平らにしました。熱湯ならあっという間に平たく加工することが可能です。
      あとは4mmのビス穴をドリルで開けて、固定する円型の台に固定すれば完成である。

      ノーズコーンは、100均のプラスチックボールを角材の形(台型)にカットして押し込むだけで完成です。ビス止め等は行わず角材のサイズ幅ピッタリの幅でカットすれば、きつめに押し込むようになるので少々の風ではとれません。1年風車を動かして取れたのは1回だけでした。ブレードは着色したほうがよかったかもしれないのですが、木でないので腐ることもないのであえて着色はしませんでした。
      (単に手抜きともいえますが...)
      ブレード固定用の4mm×30mmのネジは、少々高価ですが錆びないステンレスのネジを使用しています。

      ビス長が少し長すぎて見た目は悪いでが、大は小を兼ねるで良しとしています。実は長めのネジを買ってしまい、交換しようとも思ったのですが面倒なのでそのまま使うことにしました。
      それにしても固定用のステンレス版を4mm厚にして、シナベニヤで作ったブレードを、塩ビ管をカットしたブレードにしたことで相当重さは増えています。シナベニヤの箱の内部に入れているバッテリーも後方に移動したのですがそれでもバランスが取れていません。そこで暫定で後ろにペットボトルを取り付けてバランスをとることにしました。右下の写真の尾の部分にあるペットボトルは中に砂を入れてバランス調整をし、ビニールテープで固定しています。(暫定ですが...)

      近いうちに尾の部分は短くして重さを調整して作り直す予定です。暫定で立ち上げた風車ですが、やはりブレードの形状が湾曲しているせいで風を受けやすくなったらしく、良く廻るようになりました。せっかく作りなおしたのだから羽の枚数をもっと多くすればよかったとチョッピリ後悔しています。
      またヨー軸との接続をキャスタで作っていますが、風車全体が重くなってチョッピリ不安があります。今度作る時は金属でしっかり作ってみようと考えています。

      ◆ 壊れた風車のブレード復活の第一歩

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        ブレードが壊れた件の補修作業だが、何かと忙しくて作業が進んでいない。それでも少しだけ作業が進んだのでブログに記載することにした。
        今回の補修は壊れたブレードだけでなくハブダイナモを固定する所から補修作業を行うことにした。まずは、けっこう重いハブダイナモをベニヤ板に固定する方法だが、いままではボックスの内側にアルミ板を配置してここにハブダイナモの軸を固定していたの

        だが、今回内側だけでなく外側にもアルミ板を配置して両側から固定するように変更を加えた。こうすることでナットの締め付けを固くでき、しっかりとハブダイナモが固定することができるようになった。右の写真は、バッテリ等が入る内部の様子だが1年ちょいでかなりカビも散見され、湿気が入り込んでいる様子がよくわかる。また外側の塗装もかなり塗装が剥がれており、今回再塗装が必要と思われる。

        ブレードを固定する円型のシナベニヤと、100均で購入したアルミ板(2mm)を2枚重ねにして、ブレードを固定するための円盤が完成した。アルミ板が倍になったので重さも結構増えた、またブレードを2.5mm厚の塩ビ管をカットして作るので、今までのシナベニヤに比べてさらに重さが増えそうである。バランス調整も再度行わないとブレード側が重すぎて前のめりになってしまいそうである。いろいろと手を加えないと復帰できそうになく、まだまだ時間がかかりそうである...

        ◆ 風車のブレード(羽)が破損

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          10/2(金)の早朝は、雨風が強く自分のマンションのベランダに取り付けている太陽パネルも、風で飛ばされてしまうのではないかと心配して、午前3時頃起きて確認したくらいである。そして10/3(土)に実家に行って驚いたのは、写真のように風車は無残な姿に変貌していた事である。ハブダイナモの前方にブレードを支えるための円盤が引きちぎられていたのだ!この円盤は加工が容易で安価なMDFで作って塗装をしたものなので、やはり強度的に問題があったようである。
          調べると、MDFは湿気に弱く水分を吸収しやすく屋外のものに使用するには不向きなようである。実際引きちぎれた断面は湿気を含んでおり手でも引きちぎれるほど水分を含んでいた。シナベニヤの合板で作ったブレードはまだ使えそうだったのだが、この機会に塩ビ管のブレードに変更しようと思っている。約1年間まわり続けたブレードは役目を終えることになった。ごくろうさまでした!

          今度作るブレードを固定するための円盤は、5.5mmのシナベニヤで作るつもりである。本当はステンレス板で作ったほうがいいのだろうが、加工がしやすいシナベニヤで作成し、防水のために塗装して仕上げるつもりである。また100均で買ったブレード固定用ステンレス金具だが、1年使ってわかったのだが、厚さが2mmでは強風で曲がってしまうこともあった。そこで今度は2枚重ねて4mmの金具として使うつもりである。
          MDF(Medium Density Fiberboard)とは...
          木材を繊維状にほぐし、接着剤などを配合してボードに成型した「繊維板」の一種です。

          ◆ 模型モータによる夜間点灯回路 その2

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            模型モーターによる発電だが、風車本体は完成したので扇風機の前で、回り具合を試してみた。ところが軽快に回るどころか、やっと回っている状態である。摩擦が多いのか?小さな模型用モータではブレードが重すぎるのか?とにかく期待外れでがっかりである。
            もう少し何とかして廻るようにしなくては!
            もう一度、もっと軽くして作り直したほうが正解かも知れない...

            ところで、充電用の回路は完成した。前回載せた回路図と違った所は、以下の箇所である。
            (相変わらず設計は目安なので、その通りには作らない人間です!)
            EDLCのの容量・・・5F(たまたま、この容量のストックがあった)
            単三NiMH・・・・・・単4NiMHに変更(単3に充電するほどの発電量がないので変更)
            LED用の抵抗・・・・120Ω(2mA程度の電流値だったのでこれに決定!)

            また、「CL0116というソーラーLEDコントローラIC」は、ストックがなかったので100均のガーデニングライトの回路をそのまま流用した。おそらく同じようなICと思われるのでこっちを使った方が安上がりである。何せ100円なので!
            電池は、550mAhのeneloopを使用している。毎日充放電を繰り返すので5000回可能なこのeneloopが持ってこいである。単純計算では約13.7年使用可能なはずである。
            ※写真の基板の左側の部分が、ガーデニングライトの回路基板である。

            ◆ 模型モータによる風車の夜間点灯回路

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              模型用のモータの発電は、以前実験した結果では確か1.8V-10mA程度の電力しか取り出せなかったので、これをベースに右のような簡単な回路で充電、夜間LED点灯をさせようと思っている。NiMHへの充電は10mA程度なので相当風が吹かないと、満充電にならないだろう。そこで回路は、小さな太陽電池を最初から装備して風が吹かなくても充電されるようにする予定である。又してもハイブリッド風車

              回路上CL0116というのは、ワンチップのソーラーLEDコントローラICで昼間は太陽電池で電気を蓄え、暗くなるとLEDを点灯できます。このICはソーラーの発電電圧が下がるとLEDを点灯できるので、この機能を使ってLEDを点灯します。蓄電はソーラーモジュールと模型用のモータの双方から単三のNiMHに充電させる予定です。

              ◆ 模型モータによる風車 ブレード作成

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                3mmのバルサ材と4mmのシナベニヤを使って、一応設計通りに作って、青のペンキを塗ったのが右記の写真である。
                今回はブレードをバルサ材で作ったので、かなり軽く作成することができた。出来上がったブレードの支えの中心には、3mmのステンレスネジを挿して実際にモータを繋いで回るか確認してみた。(右下の写真)
                ※写真の風車の下側の部分は、ハブダイナモ風車を下した時の作業台である。

                モータとブレード支えの接続は、右の写真のように接続される予定である。あとは、モータが入るプラスチックケースの加工と、実際にモータがプラスチックケースに収まる為の支えを作ればOKである。
                そこまで出来た所で、風車の廻り具合を扇風機で確認してみようと思っている。今日は時間がないので来週またその辺の加工をしようと思っている。


                ◆ 模型モータによる風車を作ろうかな?

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                  ハブダイナモによる風車が、微風では回らないのでコギングも少ない模型用のモータで風車を作ってみようと思い立った。今までペットボトル風車としては作ってきたが本格的にブレートを別途用意しての風車は作ったことがなかった。モータは、以前作成したペットボトル風車でも使った発電用途に優れている、Xikit社のGenemotorを使用する。充電は単3電池に充電していつものように夜間の街灯として動作させる予定である。

                  モータの軸が2mmなので2mm->3mmにするジョイントを介して3mmのステンレスネジを使ってブレードを付ける台(右図)を固定するつもりである。また、ブレードはできるだけ軽くする為、長さ30cm、厚み3mmのバルサ材を使って作成予定である。現段階の設計では、全長36cmの風車になり(右下図参照)、モータは100均で買った円柱のプラスチックケースに収める予定である。

                  モータの固定は12mm程度のベニヤ材をプラスチックケースのサイズに丸くカットし、数枚重ね合わせて中心にモータを接着剤で固定する。(たぶん?)
                  右のような風車になる予定である。実際のサイズを縮小して描いているので少しブレードの幅が狭い気もするがこんなもうかな?もう少し幅を広くしたほうがいいかもしれない...
                  (要検討)

                  ◆ ハイブリッド風車の外観

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                    太陽モジュールを付けた風車外観である。太陽モジュールは4.5V出力なので、3枚直列に接続して13.5Vとして逆流防止用のダイオードを介して12Vのバッテリに接続している。このモジュールは65mA出力なので4時間充電できれば、260mAhバッテリに蓄電できる計算である。従ってLEDが20mAで10時間点灯すると200mAhとなり、天気がよければ風が吹かなくても街灯として動作する計算である。太陽モジュールはベニヤに防水を兼ねてエポキシ系の接着剤をたっぷり流し込んで固めたのだが、廻りのベニヤの塗装がラッカーを塗っただけなので雨が降るとすでに、カビの進行が始まってしまっている。
                    いい加減な塗装は、駄目なことをここでも痛感してしまった。

                    内部は、箱の下側に写真のようにバッテリ(12V-1.2Ah)と倍電圧整流回路をセットしている。バッテリは小さいとは言え608gもあり重いので垂直回転軸の真上に来るように配置している。また倍電圧整流回路は、100均のプラスチック容器にいれてハブダイナモとバッテリに接続している。

                    倍電圧整流回路とバッテリの上部に、過放電防止回路と夜間点灯回路を設け、これも100均のプラスチック容器に格納している。ターミナルブロックが3つついているが以下のように接続している。

                    右上:cdsに接続して、昼夜判定に使用
                    右下:LEDへの出力(20mAのLED)
                    左下:バッテリからの入力

                    ◆ 風力+ソーラのハイブリッド発電!

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                      夜間照明を風車に付けたが、発電量が少なく当初付けた50mAのLEDではすぐに電池がなくなってしまうので、20mAのLEDに付け替えた。さらに風力だけで街灯として動作させるには厳しいこともわかったので、模型用の小さなソーラーパネル(4.5V-65mA×3)を補助発電用として追加した。(下記のブロック図参照)
                      当初からわかってはいたのだが、実際風車を動作させてみて改めて痛感した。ハブダイナモでの風力発電だけでは、相当風が吹かないと蓄電するのは困難なことを....

                      結局、ハブダイナモ風車とソーラーパネルのハイブリッド発電というと聞えはいいが、ほとんどは太陽光発電でバッテリは充電されており、ときどき吹く風でたまにバッテリが充電されるような状態である。
                      やはり発電機にはコギングが大きいハブダイナモでなく、先人の方々が作っておられるエアギャップ発電機にしてペットボトル風車が回り始める微風でも、発電するような発電機でないと駄目なことがよくわかった!

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