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2011年7月31日 (日)

サボニウス型風力発電の作り方(5)パルス発電コイルと整流回路部

【a】パルス発電コイルと整流回路部

【写真1】はパルス発電コイルと整流回路部の写真です。

(クリックすると拡大します。もとにもどすにはブラウザの左上の左矢印で戻してください)

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【写真1】パルス発電コイルと整流回路部

写真は見やすいように、実際の取付ネジを外して撮影しています。

①の黄色いものがパルス発電コイルです。
コイル全体は直径約46mmφ×厚さ約6mmの円です。これは中心穴6mmφ×長さ5mm×肉厚約1.5mmのプラスチックコア(円筒)に0.4mmφのエナメル線を910ターン(回)まき、上下を直径46mmφ×厚さ0.2mmの黄色いクリアファイルの円盤で抑え、全体を住友3Mのスコッチメンディングテープでグルグル巻きにしています。
これを下のフロッピーディスクのケースから作った板に両面テープで貼りつけています。

②は、0.4mmφのエナメル線の引き出し線です。整流回路部に配線しています。

③は、220μF 16Vの電解コンデンサ×2個です。

④は、ショットキーダイオード1S4×2個です。

⑤は、33Ω 1/8Wの抵抗です。

⑥は、整流回路部を半田付けするための5端子のラグ端子です。

⑦は、パルス発電コイルと整流回路部を取りつけるためのフロッピーディスクのケースを改造したプラスチック板です。

⑧は、⑦のプラスチック板を本体に固定するための6mmφ(M6)×30mmのナベコネジで、3個のM6ナットをセットとして、2セットで本体の曲げ板に固定します。

【図1】は【写真1】の部品を取り付けてているフロッピーディスクのケースを改造したプラスチック板の寸法図です。

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【図1】フロッピーディスクケースのフタ改造板寸法図

一番上の3mmφの穴は、5端子のラグ端子を固定する穴です。その下の左右にならんでいる6mmφの穴2ケ所はプラスチック板を下の曲げ板に固定するネジの穴です。

下の破線で描いてある位置が、パルス発電コイルを貼りつける位置です。完成したときちょうど、強力ネオジウム磁石の真下に中心が位置するようにしてあります。

【b】電気回路図

【図2】が、風力発電の電気回路図です。

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【図2】風力発電の電気回路図

図2で、点線に囲まれた「赤色高輝度発光ダイオード」の部分は、装置の頭頂部にソケットで取り付けます。
その他は、装置の下のプラスチック板の部分に取り付けます。

(つづく)

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2011年7月27日 (水)

サボニウス型風力発電の作り方(4)構造材料と電気部品

【a】板金関係

【写真1】は板金関係で、風力発電の全体構造につかいます。(写真はクリックすると拡大します。もとに戻すにはブラウザの左矢印で戻して下さい)

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【写真1】曲げ板

【写真1】の中の

①は「曲げ板鉄クローム同穴直」と呼ばれているもので、幅20mm×長さ193mm×厚さ1mmです。そして7mmの穴が12mmピッチで空いています。これを全部で5本つかいました。

②は同じ「曲げ板鉄クローム同穴直」と呼ばれているものですが幅が狭く、幅15mm×長さ193mm×厚さ1mmです。そして7mmの穴が12mmピッチで空いています。これを全部で6本つかいました。

今から考えると①と②はどちらかに統一してもよさそうです。

③は「曲げ板ステンチドリ直」と呼ばれているもので、幅15mm×長さ193mm×厚さ0.8mmです。そして3.3mmの穴と5mmの穴が交互に12mmピッチで空いています。これを全部で10本つかいました。

④は「曲げ板鉄クロームチドリ直」と呼ばれているもので、幅15mm×長さ99mm×厚さ1mmです。そして3.3mmの穴と5mmの穴が交互に12mmピッチで空いています。これは、上下にあるベアリングの固定に2本つかいました。

なお、【写真1】で①~③が違った長さに見えるのは撮影角度が原因です。

これらはDIYの店に行くと売ってます。私は「ドイト」という店で買いました。
なお、なぜ「曲げ板」というかというとどこでも自由に曲げて使える板という意味です。

【b】シャフト、ネジとナット関係

【写真2】はシャフト、ネジとナット関係です。

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【写真2】シャフト、ネジ、ナット

①は直径3mmφ×長さ約245mmのシャフトです。同じ長さのものは使ってしまったので写真は短いものをサンプルとして写したものです。風車の心棒に使います。

②は直径5mmφ(M5)×長さ285mmの「全ネジ」といわれる全体がネジになっているものです。これを風車の骨格4隅、つまり4本つかいました。

③はこの風車の骨格に使う5mm(M5)ナットです。これを4隅全部で32本つかいました。

④は、風車のプラスチック部をネジ留めする2mmφ(M2)×長さ6mmの小さなナベコネジです。これを16本つかいました。

⑤は、④の相手となる2mm(M2)ナットです。やはり16個使います。

⑥は、風車下部の多数穴開けステンレス円盤2枚を18mmの間隔に保つための2mmφ(M2)×長さ20mmのナベコネジです。これを4本つかいます。

⑦は⑥の相手となる2mm(M2)ナットです。3個ペアで全部で12個使います。

⑧は、構造部の一番下の中心固定と電気部品のラグ端子をとめるための3mmφ(M3)×長さ6mmのナベコネジです。全部で3本使います。

⑨は、⑧の相手の3mm(M2)ナットです。全部で3個使います。

⑩は、発電コイルなど電気回路を支えるための曲げ板をとめるためのネジで5mmφ(M5)×長さ10mmのナベコネジで2本使います。

⑪は、⑩の相手で5mm(M5)ナットで2個使います。

⑫は、上のボールベアリングを固定するため、曲げ板を締め付けるネジで、5mmφ(M5)×長さ10mmのナベコネジで2本使います。

⑬は、⑫の相手で、2枚の曲げ板を締めるための5mm(M5)ナットで4個使います。

⑭は、下のボールベアリングを固定するため、曲げ板を締め付けるネジで、5mmφ(M5)×長さ20mmのナベコネジで2本使います。

⑮は、⑭の相手で、2枚の曲げ板を締めるための5mm(M5)ナットで4個使います。

今思うと⑬と⑮は同じ長さでもかまわない気がします。

⑯は、曲げ板に発電電気部のプラスチック板(フロピーディスクのケースを加工した板)を固定する6mmφ(M6)×長さ30mmのナベコネジで2本使います。

⑰は、⑯の相手でプラスチック板と曲げ板を固定するための6mm(M6)ナットで6個つかいます。

これらもDIYの店に行くと売ってます。私は「ドイト」という店で買いました。

【c】プラスチック平板

【写真3】は発電コイルや整流部を載せるプラスチック平板用材料です。実際にはフロッピーディスクのケースです。これを加工して、平板に切り取り、必要な部分にドリルで穴開けして作ります。

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【写真3】フロッピーディスクのケース

【d】風車固定用の平ギア、ボールベアリング

【写真4】は、風車固定用の平ギアやボールベアリングです。

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【写真4】風車固定用の平ギア、ボールベアリング

①は、模型用プラスチック平ギアで、直径25mmφ程度のものです。中心軸径が2mmしかなく、ドリルで3mmφに広げたかもしれません。これを風車の上部のCD媒体と3mmφの主軸、および風車の下部の多数穴あきステンレス板の中心部に両面テープで張り付けます。つまり2個使います。写真は実際のものは使ってしまったため小さいものをサンプルとして撮影しました。

②は、風車の下部の2枚目の多数穴あきステンレス板の中心部と両面テープで張り付けたるあめの31mmφ60歯平ギアで、中心部に8mmφ、貫通穴径3mmφ高さ4.5mmのアルミ固定部分があり、ここについている3mmφの六角ネジで主軸に固定するものです。

①と②は、当時、横浜の東急ハンズで購入しましたが、レインボープロダクツという通販の会社から購入できます。

③は、スラスト玉軸受というセットで一種のボールベアリングです。この内径3mmφのものを1個使いました。

⑤は、シールド型ボールベアリングです。この内径3mmφのものを風車の上部に1個、下部に1個使用しました。

③と⑤も、当時、横浜の東急ハンズで購入しましたが、ISC NSKマイクロプレシジョン株式会社に同様のものがありました。

④と⑥は、シールド型ボールベアリングを固定する曲げ板を参考に載せたもので、
⑦は、3mmφの主軸を参考に載せたものです。

【e】磁石

【写真5】はネオジウム磁石です。

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【写真5】強力ネオジウム磁石

ネオジウム磁石は、大変強力なもので、今話題になっているレアアースを使って作ってあります。

上の2個が直径15mmφ×厚さ2mmの強力ネオジウム磁石で、1個で1510ガウスもあり、吸着力が1.66Kgもあります。
これは「Neo Mag」というWEBの通販で買いました。

下の2個は100円ショップで買った直径8mmφ×厚さ1mmの小ネオジウム磁石で、こちらは詳細スペックは不明です。

【f】電気部品

【写真6】は、発電コイルを除いた電気部品です。

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【写真6】電気部品

①は、スズメッキ線です。実際には発光ダイオードソケットへの短い長さしかつかいません。

②は、ヒシチューブといいます。スズメッキ線や、部品のリード線等の絶縁につかいます。線にかぶせて半田ゴテで熱を加えると収縮します。赤と黒を使いました。

③は、配線用の絶縁線です。細いもので、赤と黒を使いました。

④は、33Ωの1/8W型抵抗です。発光ダイオードへの電流を制限します。

⑤は、220μF 16Vの電解コンデンサ2個です。整流回路に使います。リード線が長い方が+極。白い筋が模様になっている方が-極です。

⑥は、整流ダイオードです。実際にはショットキーダイオード1S4なのですが使ってしまったので普通の整流ダイオードをサンプルで載せました。

ショットキーダイオードは秋葉原の秋月電子通商から通販で買えます。

⑦は、装置の発電コイルと整流部につかう5端子のラグ端子です。

⑧は、装置の上につける発光ダイオード用ソケットをつける3端子のラグ端子です。
⑨は、発光ダイオード用ソケットにつける接続用端子です。2個あります。

⑩は、発光ダイオード用ソケットのハウジングです。

⑨⑩は昔、横浜の東急ハンズで見つけましたが、今はWEB通販で探すしかありません。

⑪は、赤色高輝度発光ダイオード本体です。リード線が長いほうが+極です。

(つづく)

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2011年7月19日 (火)

サボニウス型風力発電の作り方(3)風車プラスチック部の取付寸法

【a】CD媒体への取付寸法

【図1】は直径120mmのCD媒体への風車プラスチック部の取付寸法図を上からすかしてみた図です。(図をクリックすると拡大します) 作図のソフトの関係上位置が少しずれていますがご勘弁下さい。

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幅140mmのプラスチックを半円にすると、実際には直径89mmになるのですが、ここでは少したわませて87mmに縮めています。これでも10mm□のタブ部が少しはみ出すのですが、あまり気にしません。

この寸法で、2mmφ×長さ6mmという小さなネジと2mmのナットの組み合わせでタブの中心にあけた2mmの穴、4ケ所を止めると全体が自然に半円に近くなります。

【図1】のように、2枚の風車プラスチック部を互いに少し入り込んで、取付穴が一直線上に来るように取付ます。

図示していませんが、この10mm□のタブは【図1】で示したように直角に折れこんで、さらに10mm□の部分がありますので、この中心に2mmの穴を開け、2mmφ×長さ6mmという小さなネジと2mmのナットの組み合わせで風車プラスチック部に取りつけます。

また、CD媒体は中心に15mmφの大きな穴があいていますが、これをカバーするために、ずっとあとで説明するように、模型用の歯車を両面テープで張り付けます。

【b】多数穴開けステンレス円盤への取付寸法

【図2】は、直径148mmの多数穴開けステンレス円盤への取付寸法図を上から見た図です。




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実際には、多数あいている穴を流用したりするので、この理想通りの寸法にはならず、やはり少し縮まった寸法になります。

また、センターの穴も流用した多数穴開けステンレス円盤は、思い通りの穴はなかったので、ポンチと金属用ドリルで多きな穴を開け、CD媒体の時と同様に模型用の歯車を両面テープで張り付けています。

出来上がった、風車は、前回の【図2】のような理想的なイメージにはなりません。全体的に、ビア樽のような少し膨らんだ風車になります。

(つづく)

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2011年7月15日 (金)

サボニウス型風力発電の作り方(2)風車本体の材料とイメージ

【a】プラスチック部

【図1】の「風車プラスチック部」を参照下さい。(図をクリックすると拡大します。以下同様)

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 ペットボトルをカッターで切って作ります。最近は全体が丸いペットボトルは少なくなりました。そこで、100円ショップで売っているクリアケースを加工して作っても良いと思います。

幅(W)140mm×高さ(H)128mm×厚さ(D)約0.5mmのプラスチックを2枚作ります。ペットボトルから加工した場合は全体がクルットまるまります。クリアケースは平板になりますが気にしません。

この平板の高さ方向の両サイドを幅(W)10mm×高さ(H)128mm×厚さ(D)0.5mmの同じプラスチック板2枚を両面テープで張り付け補強します。

この組み合わせを2枚作っておきます。

また図1左下にあるように、横10mm×縦20mmの同じプラスチックから図のように直角に折り曲げた、取りつけ用タブを8個作ります。そして図のように中心に2mmのネジを通す穴をキリで各2か所づつ開けておきます。

このタブは、上部に乗るCD媒体の円盤、そして下部につく多数穴開けステンレス円盤に2mmφ×長さ6mmという小さなネジと2mmのナットの組み合わせで16ケ所を止めるためのものです。

同様にして、補強したプラスチック部の両サイドに同様に2mmのネジを通す穴を補強部の上下、左右から各5mmの位置に均等に一枚につき4ケ所、キリで穴をあけておきます。(作図がうまくいかず、ずれていますが実際には中心均等に開けます)

【b】風車全体のイメージ

【図2】は、「風車全体のイメージ」です。




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このように、「風車プラスチック部」を上部にCD媒体、下部に多数穴開けステンレス円盤に取りつけ、風車全体ができあがっています。

【写真1】は、使わなくなったCD媒体です。

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【写真1】つかわなくなったCD媒体

【写真2】は、直径148mmのステンレス円盤で直径約3mmの穴が多数あいているものです。実は、これは100円ショップで見つけた、鍋の落としぶたです。現在も売っているかどうかは保証できません。

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【写真2】多数穴あきステンレス円盤

この円盤は、中央部が少し盛り上がっており、工夫すればそのまま使えますが、私は盛り上がり部を切って四角い穴にしてしまいました。

(つづく、次回は風車部の設計図の予定です。)

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2011年7月12日 (火)

サボニウス型風力発電の作り方(1)完成品

では、さっそく完成品の写真から。

最初の【写真1】が、窓の内側で自然風で発光ダイオードを光らせている様子です。このとき外の風速は3m/s位でした。風力発電は太陽光発電などとちがい、あまり効率がいいものではありません。

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実は5年前(2006年)に少し構造が違いますが、すでにプロトタイプとして動作しており、点灯の様子は、このブログ「活き活きと生きる」

http://1060i.cocolog-nifty.com/blog/

の2006年7月15日の「窓辺のそよかぜ発電、自然風で動く」で実証済です。この写真は、その後、若干の改良を加え最終型にしたものです。

【写真2】は、このサボニウス型風車が停止している写真です。

全体の構造が、わかります。

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(つづく)

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サボニウス型風力発電の作り方(はじめに)

こんにちは~♪  お久しぶりです。タフです。

実は、「ペットボトル」を利用した「サボニウス型風力発電の模型の作り方」のご要望のメールが多いので、ここに私のわかる範囲で全てを順次まとめておきます。

風力発電の風車の形には、いろいろなものがあります。「プロペラ型」「ダリウス型」「サボニウス型」等々。

<参照文献> 松本文雄著「小型風車活用ガイド」パワー社。(高価なので図書館から借りると良いでしょう。)

「サボニウス型」は、プロペラ型等に比べると、あまり出力係数が良くはありませんが、全方向からの風に対応でき、構造が簡単なのでさまざまな型を試したあげく行き着いたものです。

【目標】は【窓際のそよかぜで、高輝度発光ダイオードを点灯すること】に設定しました。

簡単にできた訳ではなく。こんなものでも約1年間の試行錯誤の末に完成したものです。それにしては貧弱ですが。(笑)

専門用語も多いですが。その都度、インターネットで検索して勉強されるとよいでしょう。

実はこの【目標】の達成をもって、急速に興味がダウンしてしまい現在は改良などの活動はしてません。今、博物館入りみたいに本棚の上に大小2種がほこりをかぶってます。でもチャンと動作します。今回はペットボトルを素材に作った小さい風力発電の方だけ解説します。

作り方の解説は長文になりそうなので、全体を下記に分け順次掲載していきます。
日付ごとに逆順になりますが、そのつもりで読んでください。また、書いていく都合で名称が変わったり、増えたりしますので、ご了解ください。

サボニウス型風力発電の作り方(1)完成品

サボニウス型風力発電の作り方(2)風車本体の材料とイメージ

サボニウス型風力発電の作り方(3)風車プラスチック部の取付寸法

サボニウス型風力発電の作り方(4)構造材料と電気部品

サボニウス型風力発電の作り方(5)パルス発電コイルと整流回路部

サボニウス型風力発電の作り方(6)パルス発電コイルの作り方

サボニウス型風力発電の作り方(7・完)構造組み立ての概観

以上です。」

<その他の参考文献>
三野正洋(著)「自転車の発電機でマイクロ風力発電に挑戦 (サイエンス・シリーズ)」パワー社

(つづく)

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