ブログ活動中止

体調不良のため、ブログ活動を中止します。

コメントにもお答えできませんので、申し訳ありませんがよろしくお願い申し上げます。勝手をお許し下さい。

発光ダイオードを光らせる発電方法

みみみさんから質問がありましたのでお答えします。

発光ダイオードを光らせる程度の数ｍWの実験発電なら、厚さ５～７ｍｍほどの薄いコイルを０．４Φ位のエナメル線で９００ターン程度捲いて造ります。そのコイルの上下を私のブログやホームページを参考にして、ステンレスの２枚の円盤で挟みこみ、その円盤に強力なネオジウム磁石を数個取り付け、S極とN極の磁束が相対するようにコイルになるべく接近して通過するように、磁石で挟んでつくりあげかつ磁石どおしがくっつかないよう２枚の円盤同士を並行固定します。その円盤をジャイロミル風車と一体化して高速回転させれば発電できます。つまり、磁束がコイルを高速でつっきって移動すればパルス発電すると考えて下さい。回路図はホームページにある通り倍電圧整流です。

本格的にはエアーギャップ発電機といいコイルも沢山いるし磁石も沢山いるのですが私はそのノウハウは持っていません。屋根裏工場の方が参考になります。

自転車用の発電機でも良いのですが機械的接続が難しいし、重くて廻りません。

電圧と電流の波形同時測定方法

ewa512さんから電圧波形と電流波形の同時測定方法のご要望がありました。ご希望に沿うかどうかわかりませんが知っている範囲でアップします。

左上の図が解説図です（クリックして拡大して見て下さい）。図のようにマイナス側に電流測定抵抗（負荷により１Ω（0.1Ω））とコンデンサ0.1μＦ程度を並列接続したものを接続します。そしてオシロスコープ（BenchScope）のＣＨ１のプローブで電圧波形を、ＣＨ２のプローブで電流測定抵抗１Ω（0.1Ω）の両端に並列接続したコンデンサ0.1μＦの両端の電圧波形を測ります。この電圧から電流をオームの法則で割り算し換算します。電流の向きは電圧波形と同じになります。微少電圧なのでプローブのアース線はＣＨ２側だけにし、ＣＨ１側は放っておきます。

つまり図のようにマイナス側をオシロスコープのＧＮＤ共通点にして計るのです。電流測定抵抗による電圧降下は小さいので無視します。但し負荷は１Ω（0.1Ω）より十分大きいことが条件です。

左下の図（クリックして拡大して見て下さい）は、今朝早速実験した負荷抵抗５１Ωの時の測定波形と回路図です。このマイクロ風力発電はホームページに写真があるもの（説明は工事中）から発光ＬＥＤを取り外したものを使いました。発光ＬＥＤのみの場合は、もっと負荷は軽いので緑色ＬＥＤも光らせることもできるのです。

１Ω（0.1Ω）に並列に0.1μF程度のセラミックコンデンサをリード線を極力短くして取り付けた理由は、電圧は１：１のプローブに切り替えても数十mVなのでノイズがのり測定困難であったためです。多少周波数特性は落ちますが・・・セラミックコンデンサを接続し両端を測定する方がよいことがわかりました。それでもまだ波形はギザギザしてますが我慢して下さい。

精度は誤差２～５％で、あまりよくありません。

問題はオシロスコープを自体が回路上浮かせて使うことなのです。その耐圧の仕様はBenchScopeには確か書いてなかったので数ボルト程度の回路しかお勧めできません。
ＡＣ１００V回路なんか危なくて計らない方が良いと思います。電流プローブは高価だし直流は計れないし・・数百万円のオシロスコープなら耐圧仕様があるのですが・・・

以上、不明な点はコメント下さい、補足します。

秋月電子通商さんは親切

オシロスコープ(Bench Scope)の添付プローブが１本壊れました。プローブは元々消耗品らしいのです。今日は体調がいいので、思い切って重い腰を上げはるばる秋葉原の秋月電子通商さんに買いに出掛けました。２本は定価の１０００円／本で買いました。以前ewa512さんが無料交換してもらったと聞いてましたので、壊れた１本も試しに持っていき、ネット仲間で聞いたと図々しいお願いをしましたら、快く取り替えてくれました。やはり「秋月電子通商さんは親切」でした。お礼にブログで宣伝しておきますと約束しました。これで３本は新品です。私は田舎っぺで出不精なので当分助かります。

風速計のネルコ商事さんありがとう

久しぶりにサボニウス風力発電装置を扇風機の前で回し、その風速をケストラルの風速計（Kestrel 1000)で計っていたら、表示が不安定になり指触りが変なんのです。裏を覗いたら電池のフタが無い！　周りを見たらツメが折れたフタとツメのカケラが２個、それにバネが１個落ちていたのです。１２，３９０円も出して買って大切に使っていたのにガッカリです。（写真参照）

丁寧に扱って、何もしないのにの電池格納部分のフタの引っ掛けツメが３本中２本も折れるとは、どうも電池を押しているバネが強すぎて、ツメのプラスチック部分がこれに比べて弱いみたいです。バネはボタン電池を押さえるだけだからもっと弱くて良いのにね。中の精密さに比べ設計がややお粗末ですね。

保障期間の１年は過ぎてるのでダメか(2005.3.11購入）と思いましたが・・
試しに輸入元のネルコ商事さんに電話してみましたら、なんと親切にも無料でフタだけを自宅に送ってくれるそうです。「同じような問い合わせ、ありますか？」って聞いたら時々あるそうです。ネルコ商事さんの丁寧な対応に感動しました。ありがとうございます。感謝！感謝！

（後日談）７月２１日、代替品が到着し、早速お礼のメールを出しました。

紅葉の下で風力発電

「紅葉の下で風力発電」なんて風流でしょう。(^^;)
今日は、台風の影響で風速５ｍ／ｓの予報。風速計で実測すると最大風速が５ｍ／ｓ。自然風で風力発電実験するチャンスです。そこでフリスビー円盤とクリアファイルのプラスチックを胴体にした風車、下は鍋の穴あき落し蓋２枚とネオジウム磁石を使ったエアーギャップ発電機、これを一体化したサボニウス風力発電機を早速持ち出しました。発電した電気は緑色の発光ダイオードを光らせています。青色も光ったのですが、周りの植木に溶け込んでしまい、赤色では低電圧で光るので高出力を証明できないし、緑色が一番きれいに見えます。発光ダイオードは装置の上の中央に見えます。

撮影は、発光ダイオードがきれいに見えるよう、影ができる庭の紅葉の木の下に設置しました。デジカメを構えて良い風が吹いてくるまで待つこと３分。撮影に成功しました。

このサボニウス風力発電機の作り方や技術的データに興味のある方は、私のホームページ「風と光と電気で遊ぶ」の中の「ミクロ風力発電・専門編」ページのⅢ項にあります。

ジャイロミル風車にフリスビーを使ってみる。

１００円ショップで「フリスビー」のプラスチック円盤を見つけました。真円の中心に穴あけができそうな円盤なので魅力的です。風力発電実験マニアとしてはこういうのを見るとむしょうに試作してみたくなります。
プラスチック用電熱工具（カッター）を買い。幸運にも骨組みに入るギリギリの直径２１５mmの所に折れ目があったのでこれに沿って円にくりぬきました。これに今まで使っていたジャイロミル（ストレートダリウス）型のクラークＹ型ブレード（翼）をＬ型金具をつけ、直径が大きくなったので、エアーギャップ発電部の２枚の金属円盤も直径１９０ｍｍに変え、長めのＬ型金具でブレードにつなぎました。整流回路は半波倍電圧整流回路の２段直列接続です。負荷は上の写真の中央で光っている青色発光ダイオード１個です。
さて、結果はどうなったでしょうか？　
以前と同条件で改造前と改造後を比較した所、無負荷電圧は上がるのですが、負荷特性は悪くなりました。ブレードの周速比は同様です。直径が大きくなったので回転円の端の速度が同様であると、それより内側の円を描く位置の磁石のスピードは却って遅くなったのです。起動は２．５ｍ／ｓの風速でも確実に起動します。
つまり実験は失敗です。やはり、風車が２００ｍｍΦ３５０ｇから２３０ｍｍΦ４６０ｇと大幅に重くなったのが致命的でした。詳しいデーター私のホームページ「風と光と電気で遊ぶ」の「ミクロ風力発電・専門編」のページの中にあります。
今度は、このフリスビータイプを改造してサボニウス型にしてみたいと思ってます。期待することはトルクの増加です。

窓辺のそよかぜ発電、自然風で動く

超軽量サボニウス風車で、自然風の窓辺のそよ風によって高輝度発光ダイオードが点灯できました。サボニウス風車＋パルス発電倍電圧整流１回路のものです。

左の写真が赤色・高輝度発光ダイオードが点灯したもの。正真正銘、網戸の内側のそよ風です。風速計で実測すると０．８ｍ／ｓの微風でした。

次の写真が青色・高輝度発光ダイオードが点灯したもの。風速計で実測すると１．０ｍ／ｓのそよ風でした。

このとき、屋外で風速計実測は２．０ｍ／ｓでした。この時刻は天気予報では最高３．０ｍ／ｓの風速とありました。

エアーギャぷ発電部は、ネオジウム磁石が２組が最適。４組にすると重くて駄目です。

コイルは直径４５ｍｍ厚さ６ｍｍで９００ターンです。

１００円ショップの鍋の多数の穴あき円盤落し蓋２枚の中心に模型のプラスチック歯車（６０歯）を両面テープで固定し、間隔１８ｍｍで重ねています。

間隔のギャップは６ｍｍのネジ４本で調整してます。上側円盤に直径１５ｍｍの強力版ネオジウム磁石、下は１００円で３個の直径８ｍｍの小ネオジウム磁石です。

整流はパルス発電倍電圧整流１回路です。高輝度発光ダイオードは３３Ωの抵抗を介して直結です。

風車部のコツは、「平面のプラスチック」を半円に曲げ、１０ｍｍ角のプラスチック直角タブを作りに中心に穴を開けで上下４箇所で６ｍｍφ長さ６ｍｍのネジで止めること。風車直径はＣＤ媒体と同じ１２０ｍｍです。

上の部分が模型のプラスチック歯車を両面テープではったＣＤ媒体。
下の部分はステンレスの多数の穴あき円の適切に半円になる穴に直結します。

これで最終目標達成です。（＾＾）・・・・・・・ヤッタネ

窓辺のそよかぜ発電

この１年あまり、私の風力発電の目標は、垂直型風車で、窓際の微風によって高輝度発光ダイオードを点灯させるということでした。一応、それらしいのが出来ました。

写真の左がジャイロミル風車＋パルス発電倍電圧整流を２回路直列にしたもの、右がサボニウス風車＋パルス発電倍電圧整流１回路のものです。

性能データーはまだですがサボニウス風車はかなりの微風（２ｍ／ｓ以下）で発光ダイオードを点灯させることができます。ジャイロミル風車はいまいちですが・・・

これらはバケさんと、工場長さんのアイデアをヒントにしました。お二人のご指導に感謝します。

実は、写真はまだ手前から扇風機で風を送ってますが（＾＾；）、サボニウス風車は自然の窓辺の風で十分ＬＥＤ（発光ダイオード）は光ります、

赤ＬＥＤや３倍電圧ＬＥＤ点滅回路なら、もっとかすかな風でもＯＫです。

まだ撮影のチャンスである、うすぐらくて風のある日がないだけです。

かなり前に完成していたのですが、目標を達成した燃え尽き症候群で、つまらなくなり、発表がおくれました。やはり開発は途中が楽しいのかも・・・・（＾＾；）

周りの乱雑な実験道具は、太陽電池などでの１．２Ｖを３倍電圧に昇圧し高輝度発光ダイオードを点滅させる回路などです。写真には一瞬の点滅は写真にうつらないのが残念です。夜になるときれいなのですがねぇ・・・

ジャイロミル風車の翼型を比較する

模型飛行機の翼型については「翼型座標データ集」というすばらしいホームページが公開されています。これを参考にしてブレードを作り、ジャイロミル（ストレートダリウス）風車の翼型を非対称型のクラークＹ型と、性能が高いのではないかと思って作った、両面に膨らみがあるＮＡＣＡ２４１５型とを性能比較してみました。結論からいうと期待に反してクラークＹの方が良いのです。ジャイロミル風車というのは、ますます不思議な風車です。

左の図をクリックし拡大してご覧ください。
左の写真はＮＡＣＡ２４１５のブレードをつけた風車を上から見たところ。下の写真は白色系ＬＥＤを負荷にして発電している実験です。

ブレードは長さ３００ｍｍ、翼弦長５０ｍｍとなるよう木材のアガチス材を削り、二つの翼型を作っています。右上の寸法図のように翼型の座標から作図し、これを断面に貼りカンナで削りました。ブレードは４枚で、回転直径は約２００ｍｍです。

発電部は直径１５０ｍｍのステンレスの落し蓋２枚を、間隔が１９ｍｍになるよう厚さ１９ｍｍ、直径８０ｍｍの木の円盤を挟みます。上の円盤に１５φ×３ｔの円柱型ネオジウム磁石を４個、下の円盤に８φ×１．５ｔのネオジウム磁石２枚重ねを４組、相対する場所に吸い付かせています。そのエアーギャップに９００ターンの空芯コイルを２組、フロッピーディスクのケースを改造した板に両面テープで貼り付け、磁石間のギャップに挟みこむように固定しました。

電圧は十分ありそうなので、出力があがるのではないかと思い、整流回路は回路図のようにショトキーダイオードのフルブリッジを２段にしました。

風車は扇風機の直前２５０ｍｍの位置におきました。実は、今まではチョットインチキで起動を良くするため抗力も利くように風車の中心を扇風機の中心から右へ１００ｍｍずらしていました。しかし、今回は厳密に風車と扇風機の中心をあわせ左右のブレードに均等に風が当たるようにしました。

図の下の表は、扇風機「弱」（風速２．５ｍ／ｓ）の時の無負荷特性です。周速比はＮＡＣＡ２４１５の方が低く、発電電圧も低いです。

次のグラフは、グラフ１が負荷特性の比較です。やはりＮＡＣＡ２４１５の方が電力が低いです。ただ、負荷が重い領域ではＮＡＣＡ２４１５の方が若干電力が高いです。でも、極端に差があるほどではありません。

グラフ２は出力特性の比較です。やはりＮＡＣＡ２４１５の方が出力電圧が低いです。負荷電流３．５ｍＡ～４ｍＡ付近で変なカーブになっているのは、回転数が落ちてきて風車が共振でガタガタ揺れるためです。この辺からクラークＹよりもＮＡＣＡ２４１５の出力電圧が逆転しています。これは低速性能はＮＡＣＡ２４１５の方が良いようにも思えます。しかし、極端な差ではありません。

起動特性は、ＮＡＣＡ２４１５の方が良いだろうという期待したのですが、残念ながらクラークＹの方が若干良いように感じました。ＬＥＤ６個並列負荷で２．５ｍ／ｓでは、両方の翼型とも、磁石がコイルの真上にある位置では微妙に起動したりしなかったりします。しかし、４．５ｍ／ｓの風で磁石がコイルの真上にある位置では、クラークＹは必ず起動するのに対し、ＮＡＣＡ２４１５は微妙に起動したりしなかったりしたのです。

折角、苦労してＮＡＣＡ２４１５の翼型を削ったのに、がっかりです。でも、あまり差がないという事実がわかったのだから、と自分を慰めています。

エアギャップ発電のネオジウム磁石を強力にする

念願の１５φ×３ｔの強力ネオジウム磁石をネットで買いました。わくわくしながらエアギャップ発電機に装着しデータを取りました。

左の図をクリックし拡大してご覧ください。
左上が磁石を装着した部分の写真です。上のステンレス円盤にしかついていません。吸着力が強いので下にもつけると磁石同士が吸い付いてしまいます。やむをえず下の磁石は８φ×１．５ｔのネオジウム磁石のまま相対する場所につけています。

その右のオシロスコープ画面は風速２．５ｍ／ｓの時のコイル１個の無負荷時の出力電圧波形です。約８Ｖｐｐです。

その下の実験データーは、各風速に対し、左から２段倍電圧整流回路の無負荷ＤＣ電圧、２つあるコイルの１コイル分のパルス電圧（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）、回転周期、１秒当たりの回転数、直径２００ｍｍのジャイロミル風車のブレード先端の速度、風速に対する周速比、起動を始めてから最大回転に達するまでの時間です。

下の図は測定した特性をまとめたものです。クリックし拡大してご覧ください。グラフ１は負荷抵抗を変えたときの電力特性です。風速４．５ｍ／ｓ時、１０００Ω近辺で最大８０ｍＷです。前は２５ｍＷでしたから電力は３．２倍です。
風速２．５ｍ／ｓでは、負荷が３０００Ω近辺から電力が下がっていますが、これは共振現象でヤグラがユサユサ揺れることによる回転低下です。でも最大１６ｍＷの電力で、前が５ｍＷでしたから電力は約３．２倍です。

グラフ２は風速２．５ｍ／ｓのときの出力特性です。無負荷で１５Ｖですが倍電圧整流ですから負荷を取ると急速に電圧が落ちてきます。８Ｖ近辺から変なデータになっているのはやはり共振現象の影響です。グラフ３は風速４．５ｍ／ｓのときの出力特性です。無負荷で２７．３Ｖあります。

１５φ×３ｔの円柱型ネオジウム磁石は表面磁束密度が３１００ガウス、吸着力が３．７Ｋｇもあります。ヤフーで検索し㈱西興産業のネット販売ＮｅｏＭａｇから購入しました。１０個買うと１個当たり２３０円で、送料と代引き手数料込みで１０個で３３１５円でした。夕方頼んだのに翌日夜の時間帯届けで、届いたので嬉しかったです。ここは多種の磁石を取扱っており、ネットで簡単に選べました。

ジャイロミル型風力発電のエアギャップ発電波形

前回のジャイロミル（ストレートダリウス）形風力発電のエアギャップ発電の出力電圧波形はどうなっているでしょうか？

左が無負荷時の場合の、エアギャップ発電のコイル１つの出力電圧波形のオシロスコープ測定画面です。クリックし拡大してご覧ください。

上が風速２．５ｍ／ｓの場合です。
ネオジウム磁石は全部で１回転に４個ありますので山４つで一回転です。従って回転周期は約１８０ｍｓ。回転数は一秒に５．５回転、つまり３３３ｒｐｍになります。４つ目毎に大きい山があるのは１５φ×３ｔの大型円柱磁石の位置の電圧波形、その他３つの山は６×６×４．５ｔの角型磁石の位置の電圧波形です。１５φ×３ｔ円柱磁石の発電電圧が高いことを示しています。ピーク電圧は円柱磁石が約５．６Ｖｐｐ、角型磁石が約３Ｖｐｐです。つまり磁束面が大きい磁石の方が発電量が大きいことを示しています。

下は風速４．５ｍ／ｓの場合です。
回転周期は約１０５ｍｓ。回転数は一秒に９．５回転、つまり５７１ｒｐｍになります。ピーク電圧は円柱磁石が約１０Ｖｐｐ、角型磁石が約５Ｖｐｐです。

次の写真は、風速２．５ｍ／ｓに設定し、倍電圧整流回路２段の負荷として白色系発光ダイオード（ＬＥＤ）６個を接続した場合の、エアギャップ発電のコイル１つの出力電圧波形のオシロスコープ測定画面です。クリックし拡大してご覧ください。

上がＬＥＤ６個並列の場合で、ピーク電圧は約３Ｖｐｐです。
下はＬＥＤ２直列を３並列の場合で、ピーク電圧は約４Ｖｐｐとなっています。

ジャイロミル型風力発電の構造（エアギャップ発電部）

ジャイロミル（ストレートダリウス）形風力発電のエアギャップ発電部を紹介します。

左がエアギャップ発電部の拡大写真です、クリックし拡大してご覧ください。

風車の下の２枚のステンレス製円盤の間隔は１８ｍｍです。その間を模型（タミヤ）のギアボックス付属品の円形ホーンというプラスチック部品２個＋最大長６０ｍｍの十字型留め金具＋４Ｍワッシャ２枚を軸にはめて調節しています。
一番下の円盤取り付け用６０歯プラスチック歯車と軸受けボールベアリングとの間には４φの模型用アルミストッパーという部品を高さ調節のため挟んでいます。

この２枚の円盤の内側のちょうどブレードを取り付けている裏の位置に対応して、上下各４個のネオジウム磁石を、自分自身の吸着力で貼り付けています。上の円盤の内側に、１個は１５φ×３ｔ（ｍｍ）の円柱磁石、あとの３個は６×６×４．５ｔ（ｍｍ）の角型磁石です。下の円盤には８φ×１．５ｔの円柱磁石を、上の磁石に対応した位置に自分自身の吸着力で貼り付けています。
磁束の方向は４組とも、お互いに引き合う方向にあわせています。

この上下のネオジウム磁石の間の約１２ｍｍの隙間の空間に、厚さ約７ｍｍの９００ターン空芯コイルを挟むように、コイルを貼り付けたプラスチック板をヤグラに二組、固定します。

次の写真は使ったネオジウム磁石です。
一番左の１５φ×３ｔ（ｍｍ）の円柱磁石は、直径４．８ｃｍクリアソフトマグネットというプリクラ写真が入れられるマグネット（ダイソー、発注マグネットＮｏ４２、１０５円）からはずしたものです。これが最も安くていいのですが１個しか売ってなくて、その後、何度店に足を運んでもありません。
その隣の８φ×１．５ｔの円柱磁石は、直径約３ｃｍの丸型クリアマグネット（ダイソー、発注マグネットＮｏ４３、３個１０５円）です。
一番右の６×６×４．５ｔ（ｍｍ）の角型磁石は、東急ハンズで建具用？に売っていたもの（１個　５７７円）です。１５φ×３ｔ（ｍｍ）の円柱磁石を東急ハンズで高くてもいいから買おうとしたのですがありませんでした。ダイソーさんは、電子工作や模型部品に事業拡大すればもっと買うのになぁなどと思ってしまいます。

次の写真はコイルの部分です。
ボールペンの軸を厚さ５ｍｍに切り、６φの穴に広げ、両側に両面テープで、クリアファイルのペラペラのプラスチックを直径５０φの円形に切り出し、中心に６φの穴を開けて貼り付け、ボビンにしました。

これを、下の写真の自作簡易巻き線機に、両側をしっかりとしたプラスチックと６φの大型ワッシャをナットで締め付け、その５ｍｍの空間に０．２６ｍｍのエナメル線を約９００回ガラ巻きで巻きつけます。どうしてもボビンの両側の締め付けが弱いのとゆるく巻くので、巻き太ってしまい、できあがった空芯コイルは厚さが約７ｍｍで直径が約４０ｍｍにもなってしまいました。

このコイルを半透明プラスチックテープでグルグル巻きに縛り上げて完成です。

これを写真のように、プラスチックの下敷きを加工したものに両面テープで貼り付け、リード線はラグ端子に半田付けします。
これを６Ｍネジと５Ｍネジとナットで高さ位置を調整しヤグラに固定します。

二組のコイルの出力電圧を前々回紹介した倍電圧２段整流回路に接続すれば完成です。

エナメル線は秋葉原で買いました。

さて完成したエアギャップ発電機は、２つの円盤の軸への取り付け強度と平面精度が悪いのでユラユラと揺れながら回ります。コイルと磁石がぶつからないよう微妙に高さを調整します。

次回は、発電波形の紹介をします。

ジャイロミル型風力発電の構造（骨組みと風車）

ジャイロミル（ストレートダリウス）形風力発電の骨組みと風車の構造を紹介します。

左が装置全体の写真です、クリックし拡大してご覧ください。

ヤグラ（骨組み）の材料は、７φの穴が１２ｍｍピッチであいている鉄クローム曲げ板というものです。厚さ１×幅１５×長さ２８９ｍｍの曲げ板１６本、厚さ１×幅２０×長さ３８５ｍｍの曲げ板８本、長さ５００ｍｍの６Ｍ全ネジ４本を６Ｍナット３２個です。これで一辺が２５２ｍｍの四角と対角線が３５６．３８ｍｍになるように長さ３８５ｍｍ曲げ板の穴を少し削って調整し中心になるようにうまく組み立てます。風車の下の軸受け部の対角線部分は加重がかかるので曲げ板を二重にします。風車の軸は４φ×５００ｍｍのステンレス棒です。上と下の軸受けは４φ用のボールベアリングを厚さ１×幅１５×長さ９５ｍｍの同様の曲げ板で、風車の中心の穴に合わせてワッシャと６Ｍネジとナットで挟みつけます。下の曲げ板の上の部分の軸にも４φのワッシャ２個とベアリング付の輪を挟んだものをはめています。

風車は、下の２枚の円盤は直径が１５０ｍｍφで、３φの穴が多数開いているステンレス製円盤で、料理用の「落し蓋」（１枚１０５円）として売っているものです。この中心の穴を加工し、軸への取り付けは模型用の６０歯のプラスチック歯車を、中心を合わせて両面テープで貼り付けます。プラスチック歯車のアルミストッパー部のイモネジで軸に締め付けます。上の１枚の円盤は直径１２０ｍｍのＣＤ－Ｒ媒体（３枚１０５円）を穴あけ加工したものです。やはり６０歯のプラスチック歯車を貼り付けます。

上下の円盤と風車の垂直ブレード（羽根）の固定は、幅１０ｍｍで長辺４０ｍｍ（３φ穴３ケ）、短辺１０ｍｍ（３φ穴１ケ）の「ミニステー」というＬ型金具で、ブレードが真っ直ぐになるように２ｍｍのネジとナットで接続します。全部で８個必要です。

ブレードは翼弦長５０ｍｍ、最大厚さ８ｍｍ、縦３００ｍｍのクラークＹ翼形（＋厚さ２ｍｍ）をアガチス材（木材）をカンナで削って作りました。４枚使ってます。

各部の詳細寸法は、適当に現物あわせで作ります。
これで、音もなく回転します。

曲げ板、全ネジ、軸棒、アガチス材はドイト、ベアリングとプラスチック歯車は東急ハンズ、落し蓋とＣＤ－Ｒ媒体は近くの１００円ショップ、ミニステーはくろがねやで買いました。

下の２枚の落し蓋の円盤はエアギャップ発電機の一部を構成しているので、別記事に書きます。

ジャイロミル型風力発電のデータ（続編）

工場長さんのご提案で、ＬＥＤ２個直列の３並列の負荷にしてみました。
確かに電圧が上がり、電流は下がって電力もさがり、ＬＥＤの明るさは良いようです。効率があがったといえますね。

左のデーターと写真がＬＥＤ６個並列と、２直列を３並列の実験結果です。
ついでに白色系ＬＥＤ３並列と赤色系ＬＥＤ３並列を直列接続したものも実験しました。こうすれば、白色系と赤色系を混在して発光させることができます。

その下の表は各色のＬＥＤのＶｆ電圧の実測値です。

下の図は回路図です。

ジャイロミル型風力発電のデータ

ジャイロミル（ストレートダリウス）形風車とエアギャップ発電の特性データを測定しました。

左が発電特性実験の写真です、クリックし拡大してご覧ください。左上が扇風機の弱（風速２．５ｍ／s)、右上が強（風速４．５ｍ／ｓ）での発電実験の写真です。ブレッドボードの右上と右下に青、白、緑のＬＥＤが光っています。
　
写真の下は実験データです。各風速に対し、左から２段倍電圧整流回路の無負荷ＤＣ電圧、２つあるコイルの１コイル分のパルス電圧（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）、回転周期、１秒当たりの回転数、直径２００ｍｍのジャイロミル風車のブレード先端の速度、風速に対する周速比、起動を始めてから定常回転に達するまでの時間です。

下の図は、ＬＥＤ負荷を取り外し、カーボン抵抗だけを負荷にして測定した特性をまとめたものです。クリックし拡大してご覧ください。

グラフ１は負荷抵抗を変えたときの電力特性です。負荷８２０Ω近辺が最大電力のとなる負荷です。風速２．５ｍ／ｓで５ｍＷ，風速４．５ｍ／ｓで最大２５ｍＷです。微々たる電力ですが、発光ダイオードは電圧さえ高ければ５ｍＷでも６ケのＬＥＤが結構明るくきれいに光ります。

グラフ２は風速２．５ｍ／ｓのときの出力特性です。無負荷で８Ｖもあっても倍電圧整流ですから負荷を取ると急速に電圧が落ちてきます。白色系のＬＥＤは動作電圧が３Ｖ付近ですから、平均電圧が２．６Ｖ近辺で脈流電圧で発光は脈動します。赤、橙、黄などの赤色系ＬＥＤを一緒に並列につけると２Ｖ付近に電圧がクランプしてしまい。白色系ＬＥＤは光らなくなります。したがって６個のＬＥＤは青、白、緑に統一しました。

グラフ３は風速４．５ｍ／ｓのときの出力特性です。無負荷で１６Ｖもあって電解コンデンサの耐圧が１６Ｖなので壊したかと心配しました。よく考えたら各コンデンサには１／４の４Ｖしかかからないのでホッとしました。

次回から、詳しい構造を掲載の予定です。

自然風でジャイロミル型風力発電に成功！

ジャイロミル（ストレートダリウス）形風車とエァーギャップ発電で、ついに自然風での発電に成功しました。ちょっと感動です。

左がその写真です、クリックし拡大してご覧ください。ブレッドボードの右の方に青、白、緑、その下に黄、橙、赤のＬＥＤが光っているのが見えるでしょうか？　
今日は、南南西の風、最大風速６ｍ／ｓの予報がでており、測定時は平均３ｍ／ｓの風が吹いていました。

風車のブレードは、長さ３００ｍｍ、最大翼厚８ｍｍ、翼弦長５０ｍｍのクラークＹ型の垂直ブレード４枚です。回転直径は約２００ｍｍです。

ブレードは上側を直径１２０ｍｍのＣＤ－ＲＯＭ媒体円盤に、下側を直径１５０ｍｍのステンレス製落し蓋（円盤）にとりつけ、各円盤の中心を風車の軸に固定しました。

エァーギャップ発電は、風車の軸に一体となったステンレス円盤２枚（上の一枚はブレード固定と共用）を約１８ｍｍ離して取り付けて、その空間に発電コイルを固定して作りました。上の円盤の下側に強力ネオジウム磁石を４個、下の円盤の上にダイソーで３個１００円のクリアマグネットについていた薄いネオジム磁石（説明にこうかいてあった）を相対するように貼り付けてあります。発電コイルは０．２６ｍｍのエナメル線をコイル厚さが約７ｍｍになるように９００回巻いて作りました。このコイルをプラスチックの下敷きに貼り付けたものを２組、ステンレス金属円盤の上下の磁石に挟むように取り付け、梁に固定しました。
エァーギャップ発電は、起動トルクがほとんど０なのです。全く何も負荷がついてないみたいに起動します。垂直型風力発電に最適ですね。自然風の中で、スルスルと音もなく軽やかに回り始める様子は感動ものです。

整流回路は、以前掲載したショットキーダイオードの倍電圧整流回路です。２つのコイルの出力パルス電圧を倍電圧整流し、２段に積み上げています。

実験では、扇風機弱（風速２．５ｍ／ｓ）で軽く起動し、約２分で回転数は毎秒５．３回転となり先端周速は３．３ｍ／ｓになります。ですから周速比は１．３ですね。
一つのコイルには５Ｖｐｐのパルスが得られました。無負荷の直流出力は８．８Ｖでした。但し倍電圧整流ですから、負荷をかけると急速に電圧は落ちます。ＬＥＤをつけると２．４Ｖ程度になります。

まずは、うれしくて、成功の第一報まで。次回から、詳しい構造やデータ、苦労話を掲載します。

ジャイロミル型風車の直径を大きくする

ジャイロミル（ストレートダリウス）風車の直径を大きくしてみました。回転は遅くなりましたが起動特性は良くなりました。残念ながら周速比はさほど良くなりませんでした。

左は構造の写真です。クリックし拡大してご覧ください。ヤグラの梁（はり）の部分はステンレスの「曲げ板」です。厚さ１ｍｍ、長さ２８９～３８５ｍｍ、幅１５～２０ｍｍ、一定のピッチで７φの穴が沢山空いたもの１８枚（１枚126～189円）を、ドイト(DIYの店）で買いました。これを長さ５００ｍｍの６Ｍ全ネジ４本にナットで組み立てました。これに直径が約２９０ｍｍの風車の４ｍｍφ軸を、模型用４φのベアリング軸受けを付けて取り付けました。風車は、まず２枚のＣＤ－ＲＯＭの媒体に中心の穴に、４φ軸にイモネジで締め付けられる模型用プラスチック歯車を両面テープで貼り付けます。その媒体の円の周辺に９０度毎の４箇所の穴を開け、菓子折りのフタを分解した細長くて軽い木の腕木をつけ、その先端にＬ型のミニステー金具で、前回と同じ長さ３００ｍｍ、最大翼厚８ｍｍ、翼弦長５０ｍｍのクラークＹ型の垂直ブレード４枚を２ｍｍのネジとナットで取り付けました。回転円の接線に対するブレードの角度は０度です。

右の写真は動作実験の様子です。
風車の中心軸を、扇風機の前方約３００ｍｍの位置に、扇風機中心から２０ｍｍ右にずらして置きました。回転数の測定は、ＣＤ－ＲＯＭ媒体に腕木を取り付ける穴（風車中心から半径６５ｍｍの位置）に長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍの模型工作用３φ穴の折金具を共締めし、これにネオジウム磁石を付け、Ｇａｐを７ｍｍ離したフェライトコアの固定コイルでパルス波形を検出し、その周期をオシロスコープで測定し、逆数を計算して求めました。

その結果、扇風機「弱」（風速約２．５ｍ／Ｓ）で回転数は２．４回転／Ｓ（１４４ｒｐｍ）となりました。風車直径が１３０ｍｍの時は回転数は５．９回転／Ｓ（３５４ｒｐｍ）でしたから回転は遅くなりました。しかし、フェライトコア直下と磁石の吸引力のために起動できなかったのが、起動できるようになりました。つまり、磁石はブレードをつけた外周よりずっと軸に近い小さな円周で回転するので、テコの原理で力が強くなるのではないかと思います。
ブレードの位置の周速を計算すると、直径１３０ｍｍの風車の場合はπ×０．１３×５．９＝２．４ｍ／Ｓです。一方、今回の直径２９０ｍｍの風車の場合はπ×０．２９×２．４＝２．２ｍ／Ｓですから、どちらの風車も風速約２．５ｍ／Ｓに対する周速比は１に近く、風速に近い結果となりました。大型にすることで周速が風速を大幅に超えることを期待していたのですが、残念ながらほぼ同じ位の周速でした。

扇風機「強」（風速約４．５ｍ／Ｓ）では、直径１３０ｍｍ風車が周速４．１ｍ／Ｓに対し直径２９０ｍｍ風車は周速５．１ｍ／Ｓで、周速比が１．１３となり、わずかですが風速を超えることができました。

風車の直径が１３０ｍｍから２９０ｍｍと２．２倍にすると、回転数が約半分になるということは、回転数は風車の直径に反比例するように思えます。一方、周速はブレードの形状で決まってしまうのでしょうか、直径を大きくしてもあまり変らない結果となりました。

欠点としては、回転数２～３．３回転／Ｓ付近に共振点があり、ヤグラがユサユサと大きく振動します。この共振現象が起こると回転はあまり上がりません。

さらに、クラークＹ型の翼型断面をさかさまにして背中側（全体に曲線になった面）を回転軸の方向に向けて取り付けて実験したところ、同様に廻ります。最大回転数もあまり変りませんでした。
しかし、ブレードのお腹側（平面がある面）が扇風機の風の正面になっている角度の位置から時計方向に約９０度の角度の位置までの範囲では、起動できずユラユラと左右に動くだけでした。風の正面にあるブレードの起動は、背中側の斜めに長い曲線の部分にあたる風の抗力によって動き出すのではないかと思います。

前回の考察と今回の実験から考えるとジャイロミルのブレードの翼型断面は、お腹側が平面に近いクラークＹ型よりも、お腹側も背中側も魚の形のように膨らんだ翼形（ＮＡＣＡ＊＊＊＊型）が良いのではないかと思いました。

ジャイロミル型風車の起動を考える

予告しましたジャイロミル風車の続編です。2005年12月2日掲載の「ジャイロミル風車の揚力を考える（その２）」での屋根裏工場長さんのコメントを参考に、ジャイロミル風車の起動時のメカニズムを素人なりに考えてみました。間違っていたらご指摘下さい。

まず、どうやればわかるか考えたあげく、思いついたのが１枚の翼にすることです。

左の図をクリックして拡大し、ご覧ください。【図１】は、実験装置の写真です。パルス発電の磁石を外し、風車の垂直翼を１枚にしました。軸をはさんで反対位置には、バランスをとるため同じくらいの重さで、かつ風の影響が少ない穴明き金具を取り付けました。
【図２】は、その一枚翼の位置が風に対して、最初どの位置（Ａ～Ｈ）にあったとき起動するか、又は、しないかという説明図です。風は扇風機の設定を「弱」（風速約2.5m/s)にして、扇風機の正面から見て右側の風を約２５０ｍｍ離して当てました。

実験の結果、Ａ～Ｅの位置では左廻りで起動し連続回転まで行きます。Ｆの位置では左廻りの方向に動きますがＨの位置付近まで行って止まり、やがて逆方向に引き戻され、Ｇの位置で止まります。Ｇの位置からは、停止のまま動きません。Ｇの位置では右方向に逆回転し、Ｆの近くまで行って引き戻され、Ｇの位置で止まります。現象は見たままですので事実です。

さて、ここからは推定です。現象は正しいのですが、理屈は後付けですから屁理屈かもしれません。

「揚力」（飛行機が翼で浮く力）と「抗力」（風が押す力）に分けて考えました。【図２】右上の凡例に示すように、力の成分（専門用語でベクトルという）は、揚力ベクトルを「青矢印」、その回転方向のベクトル成分を「太い青矢印」、抗力ベクトルを「濃い赤の矢印（茶色に見える）、濃赤矢印と略す」、抗力の回転方向ベクトル成分を「太い濃赤矢印」、回転軸に固定されているために反作用として引っぱられたり、反発したりするベクトル成分を「灰色矢印」で示します。回転方向は「赤矢印」です。
つまり、ベクトルを図の上で足し算したり、引き算したりするのですが、一寸怪しいかもしれません。

最初にＡ～Ｇの、どの位置に停止していたかによって分けて考えます。

【Ａの位置】
風によって翼に発生する揚力（青）から、翼が回転円に固定されているため軸の中心へ向かう力（灰色）とのベクトル差が揚力による回転力（太い青）になります。翼が風で押される抗力（濃い赤（茶色に見える）、濃赤と略す）はこれより少ないので赤矢印のように左方向に回転を始め、一旦動き出すとその慣性力で連続回転を始めます。

【Ｂの位置】
翼の形としては逆さまになっています（飛行機のアクロバット飛行で逆さかまでも飛べるのと似ている）が、風との迎角で揚力が図の青矢印のように働き、軸を押す分の反作用の力（灰色）とのベクトル差として太い青矢印の力になります。一方、翼型分の角度によって翼が濃赤矢印の抗力で押され、その軸を押す分の反作用とのベクトル差で、回転方向とは逆方向に太い濃赤矢印の力が作用します。しかし、太い青矢印の方が大きいため、左回りの回転力が働き起動すると思われます。

【Ｃの位置】
ここからはもう揚力は働きません。翼型分の角度の差によって、翼が濃赤矢印の抗力で押され、左廻りの力の方は右回りより強いので、太い濃赤矢印の力となって起動します。

【Ｄの位置】
翼型分の角度によって、翼が濃赤矢印の抗力で押され、回転方向成分である太い濃赤矢印の回転力で起動します。

【Ｅの位置】
翼が押される抗力の方向は、回転方向と同じ方向ですので、濃赤矢印の力で起動します。

【Ｆの位置】

翼が風の方向に対し、図のように斜めになっていますので、軸に引かれる力とのベクトル差の太い濃赤矢印の力で動きだします。ただし、ここからだとスピードや慣性が充分つかないので、一旦Ｈの位置まで行きますが、ブレーキがかかり逆回転の力で引き戻され、やがてＧの位置で止まってしまいます。

【Ｇの位置】
風で押されて抗力は、軸に固定されている方向と相殺され、全く動きません。

【Ｈの位置】
翼が風の方向に対し、図のように斜めになっていますので、軸に引かれる力とのベクトル差の太い濃赤矢印の力で逆方向の右回り方向に動きだします。そして、Ｆの位置まで行き、ブレーキがかかり逆回転の左回りの力で引き戻され、やがてＧの位置で止まってしまいます。

このように考えてくると、起動時は「抗力」の影響が大きいのではないかと思いました。だとすると、サボニウス風車のように抗力を有効につかうよう風車と組み合わせほうが起動特性は良いのかなと思います。
それに、翼型が、下の面がフラットであるクラークＹ型より、下の面も上下対象に膨らんだ翼型の方がいいのかなとも思いました。でも労力を考えると翼を作る気力がありません。なんて弱音を吐いています。

ジャイロミル型風車のパルス発電を直列２段にする

夢の「癒し風力発電」を目指し、ジャイロミル型風車の発電コイルを２個（Ｅ３０フェライトコア、巻数３８４Ｔと４１５Ｔ）にしました。その２個のパルス発電回路の倍電圧整流を２段に直列接続しました。その結果、扇風機「弱」でも青と緑の発光ダイオードを点灯できるようになりました。

左の図をクリックして拡大してご覧ください。【図１】は発電コイル部を上からみた写真。【図２】は発電実験の写真です。相も変らぬ写真ですが、扇風機が「弱（平均風速約２．５ｍ／ｓ）」で青色と緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）が光っています。扇風機から２５ｃｍ離し、扇風機の右半分の位置に風車の中心を置き、ネオジウム磁石とフェライトコアの間のギャップを約４～５ｍｍにした条件で、直列２段の倍電圧整流回路の出力電圧Ｖｄｃは、無負荷で４．２Ｖとなりました。このときパルス周期は１７０ｍｓで毎秒５．９回転となります。風車の最外周の速度（周速）は２．４ｍ／ｓとなり、風速と同等です。
倍電圧整流回路は、負荷をつなぐと急速に電圧が低下します。写真のＬＥＤをつないだ状態ではＶｄｃは２．６Ｖとなり、ほとんどＬＥＤの順方向電圧になってしまいます。専門用語でいうダイオード電圧に「クランプ」されたような値ですね。
この状態で扇風機を「強（平均風速約４．５ｍ／ｓ）」にすると、無負荷のＶｄｃは７．８Ｖにもなりますが、ＬＥＤつなぐとやはりＶｄｃは２．６Ｖにクランプされてしまいます。このときの周期は１００ｍｓで毎秒１０回転、風車の最外周の速度（周速）は４．１ｍ／ｓとなりました。

【図３】は直列２段の倍電圧整流回路の回路図です。雑誌「トランジスタ技術」に風力発電の倍電圧整流を直列にする記事があったのでヒントにしました。
【図４】は【図２】の扇風機「弱」の条件でのＶｄｃの電圧波形です。ノコギリ波のような波形です。２個のパルス発電コイルを１８０度ずらして設置しているので、周期１７０ｍｓの半分で電圧が一旦３Ｖまで上がり、斜めにＬＥＤで放電して２．５Ｖ近くに下がっています。

これで、扇風機「弱」で青色ＬＥＤを脈動点灯できるようになったのですが、これで自然のそよ風で点灯する「癒し風力発電」ができるかというと、甘い甘い、これが全然だめなのです。何故だと思いますか？　実は、自然の風は扇風機のように連続した風ではないからです。自然風は、瞬間、瞬間で、風速が絶えず変化し無風にもなります。ジャジャ馬娘のように気まぐれですので泣かされますよ。
このジャイロミル風車は、起動から最高回転に達する時間がとても長く、扇風機「弱」で約４０秒、「強」でも２５秒と、気が遠くなるくらいです。ですから住宅地のそよ風で最高回転に達することはほとんどないのです。

起動はフェライトコアのコイル直下にネオジウム磁石がある風車の位置からの起動はもちろんできません。その他の位置でも前に述べたように「ある位置（風との角度）」からのみ起動できます。

次回は、屋根裏工場長さんのご指摘をヒントに、ジャイロミル風車の起動時のメカニズムを素人なりに考えてみたいと思います。

ジャイロミル型風車の揚力を考える（その２）

前回（2005年11月9日に掲載）の「ジャイロミル風車の揚力を考える」の記事に「趣味際的模型航空」の趣味際人さんがトラックバックをしてくださいました。私が引用した「翼形の揚力係数と迎角の関係」グラフはレイノルズ数の大きい場合であって、私のジャイロミル風車のブレードはレイノルズ数が極めて低く、最大揚力係数はせいぜい１．０程度であるとの指摘をいただきました。
それに前回、起動が扇風機の風とブレード（羽根）との角度（迎角）がある位置で働く揚力によると書きましたが、今日、扇風機の羽根の位置との関係をよく見たら、どうも、ブレードを押す力（抗力）で起動しているのではないかと思われます。もちろん素人考えですので間違っているかもしれません。

左の図 をクリックして拡大してご覧ください。前回の図に追記したものです。【図１】は、前回のものにレイノルズ数の低い場合の特性を推定で破線のように追加しました。趣味際人さんによると、翼弦ｔｍｍ、速度Ｖｍ/ｓの翼のレイノルズ数は、おおむね（７０×ｔ×Ｖ）だそうで、私の場合、ｔ＝５０ｍｍ、相対風速が起動時２．５ｍ/ｓ程度ですので８７５０と目茶目茶低いです。レイノルズ数が１０万以下の場合、一般的には最大揚力係数は１．０前後だそうですから、私のブレードは、起動時は、とんでもなく低い性能です。

また、前回、ブレードが【図２】の「Ａ」のブレードの位置にあるとき、扇風機「弱」（風速約2.5m/s)でも起動するので、これは【図１】でいうブレードの迎角（風との角度）αが揚力の働く範囲だったから起動したのではないかと書きました。
しかし、よくみると「Ａ」がこの位置にあるとき「Ｃ」のブレードは最も風が押す力を受ける位置になります。今日、よく扇風機の羽根の位置や風の強さの関係を調べてみましたら、扇風機の羽根の部分によって風の強さが異なり、どうも「Ｃ」のブレードに最も強い風があたり、「Ａ」がそれよりも弱い風があたる関係になっているとき、うまく起動することがわかりました。つまり「Ｃ」の位置にあるブレードを押す力（抗力）が働く力によって起動していると考えられます。

では全く揚力は関係ないかというと、そうではありません。なぜならば、「Ａ」の位置にあるブレードには全く風があたらない位置まで扇風機をずらすと、こんどは最大回転数があがらないからです。

つまり、起動時は、「Ｃ」のブレードに働く抗力で起動し、だんだん回転があがり「Ａ」の位置近辺にあるブレードにあたる相対的な風の速さが速くなってくると、こんどは「Ａ」のブレードの揚力がだんだん強くなり始め、回転数がだんだん上がってくると思われます。

ブレードの最大速度は概ね（３．１４×ジャイロミル風車の直径（ｍ）×回転数（回転／Ｓ））です。回転数はパルス発電のパルス周期をオシロで計れば、その逆数ですから計測できます。回転数を計って、計算したところ扇風機「弱」（風速約2.5m/s)で約２．４ｍ／ｓでした。
ということは、ブレードの回転速度は風速と同程度ということになります。サボニウス風車のような抗力による風車の最大先端速度は風速以上にならないことが知られています。このジャイロミル風車は、抗力で回転する風車における、回転円の一番外側の先端部分の最大速度とあまり変わらないことになります。

結論としては、私のジャイロミル風車はブレードへの「抗力」と「揚力」が助けあっって回転しているというのが、一番正しいのではないかと思いました。

【図３】に示すように揚力は起動時は大変弱く、風車の回転力には利かず。最大回転時は【図４】のようにブレードの回転による相対風と、扇風機からの風が合成された「総合風」によって、揚力も回転力に利いてくるのではないかと思います。

模型飛行機用の低レイノルズ数用翼型や「乱流翼」にすると良いらしいのですが、残念ながら今のところ、どんな翼型が良くて、ジャイロミル風車の場合、どう作れば良いのかわかりません。

ジャイロミル型風車の揚力を考える

前回のジャイロミル風車（ストレートダリウス風車とも言う）は、発電コイルコアの直下に磁石がある位置からの起動は無理ですが、その他の場合であれば、扇風機が「弱」であってもブレード（羽根）と風との角度（迎角）が特定の位置から動き出すことがわかりました。その理由が揚力の原理によくあっていて面白いと思いました。素人考えで間違っているかもしれませんが考えてみます。

左の図 をクリックして拡大してご覧ください。【図１】は、書籍「牛山・三野著「小型風車ハンドブック」（パワー社）」の106頁から引用した「翼形の揚力係数と迎角の関係」です。翼は迎角（風と翼弦長との角度）を０°から変化させると揚力係数が変わります。そして、ある角度を越すと急激に落ちます。これが「失速」で、飛行機なら墜落です。下の「Clark　Y」が前回のジャイロミル風車の翼形の特性、上の「FX 72-MS-150B」は前々回、失敗した凹みのある翼形の特性です。グラフによると凹みのある翼形の方が揚力係数が高くなっています。でも実験では失敗しました。この理由はなぜなのでしょうか？

同じ書籍によると、揚力は、揚力係数と空気圧力とブレード（羽根）面積とを掛け算したもので、空気圧力は風速に依存するとあります。
失敗した凹みのあるブレードのブレード面積は、高さ225mm、幅48mmですから108平方cmです。一方成功したClark　Y翼形のブレード面積は高さ300mm、幅50mmですから150平方cmですから、凹みのあるブレードに比べ面積は約1.4倍です。その分揚力は増しますから面積の増加が利いたのは確かです。
しかし、高さ225mm、幅48mm、108平方cmの凹みのあるブレードも、「Clark　Y」翼形で作ったときはもう少し起動特性は良かったのです。ブレード面積の増加だけではどうも説明ができません。

よく考えた末、「迎角の範囲」が関係しているのではないかと推定しました。
【図２】に図示したように、ジャイロミル風車は回転する位置によって風の方向とブレードの角度は時々刻々変化します。
今回、ブレードが【図２】の「Ａ」のブレードの位置にあるとき、扇風機「弱」（風速約2.5m/s)でも起動することがわかりました。これは【図１】でいうブレードの迎角（風との角度）αが揚力の働く範囲だったから起動したと考えられます。
問題は「迎角」の角度の広さです。「Clark　Y」の揚力の働く迎角の範囲は０°～約２０°です。それに比べ凹みのあるブレードは０°～約１０°と狭いのです。
つまり、凹みのあるブレードは迎角の範囲が狭いため、精度が大変微妙です。回転中も「一瞬」にして通過するため揚力が効果的に働かないのではないでしょうか？
一方、「Clark　Y翼形」は揚力が利く角度の範囲が広いので、うまく起動するし回転も上がるのではないかと考えました。

【図３】は、起動時にＡの位置にあるブレードにかかる揚力の説明図です。風の方向と有効な迎角αの位置にあるとき、図の上の方向に揚力が発生し、その力の回転方向成分（専門的には「ベクトル」といいます）によって起動すると考えます。揚力のほとんどの成分は軸で固定された方向ですので打ち消され、チョットもったいない気がします。

【図４】は、回転を始めた後のブレードにかかる揚力の説明図です。回転しはじめると回転方向とは逆にブレードに向かって「回転による相対風」に示したように空気の流れができます。ですからブレードに当たる風は、図の「総合風」に示すように扇風機の風とのベクトル和になります。この総合風は起動時の風速より大きくなりますから、回転は序々に上がってくるのではないでしょうか。
このとき、揚力が働くブレード位置は図で時計回りの方向の位置にずれていくと思われます。（【図２】参照）

なお、そのほかのブレードの位置では、【図２】のＢの位置では、ブレードは回転を邪魔する負荷となり、Ｃの位置ではわずかに風で押される（抗力）が働き、Ｄの位置では、回転時でも総合風とブレードの角度は４５°に近いですから失速状態で回転を邪魔する負荷になると考えます。
このように、ジャイロミル風車は、揚力が有効に働くのはＡの位置の近辺にあるブレードだけです。ブレード全体が風を受けるプロペラ風車に比べると効率が悪いといえます。

クラークＹ翼形のジャイロミル型風車

牛山・三野著「小型風車ハンドブック」（パワー社）によると、揚力は風速とブレード（羽根）の面積に比例するとありました。そこで一方の面が水平である「Ｃｌａｒｋ　Ｙ」翼形で、さらにブレード面積を増やした羽根を、また何日もかけて削りだし作りました。
結果は起動はある角度ででき、最大揚力の回転数に上がる時間も短くなりました。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が風車部です。一枚はずして断面が見えるように立てかけてあります。【図２】の上がブレード断面の主要寸法です。下が材料の木材です。木材は50×600×10mmの「アガチス板」(252円）を２枚買い切断して長さ300mmを４枚としました。よく考えるとＣｌａｒｋ　Ｙは薄い板で良かったのですね。プロペラのひねりのように苦労して厚い木材を削るのに比べれば製作も簡単で材料も安いです。まず、冒頭の書籍に書いてある座標（翼弦長の％になっている）を50mmの翼弦長寸法でエクセルで計算しグラフ化します。書籍通りだと端が厚さ0mmなので薄くて割れてしまいます。空気の流れが剥がれないのがポイントだからと考え、丸い翼形の上面は全体を+2mm加算して平行移動した寸法にしました。このグラフを目分量で実寸法になるよう印刷します。上の断面用を４枚印刷し、下の断面用も逆方向を計算してグラフ化し４枚印刷します。これを切り抜き上下の断面に貼ります。これを目安に削ります。断面部が若干大きめの穴になる紙形も作り、この穴をスムーズにブレードが抜けるようになるまで慎重にカンナで削っていきます。カンナは息子の昔の学校教材のものがあったので、これを刃を上に向けて寝かせ、鰹節を削るようにして削りました。完成したブレードの下面がＣＤ媒体の円周の接線方向と水平になるように２枚の媒体にＬ型金具で取り付けます。

【図３】が発電実験です。前回と同じ扇風機を「強（平均風速約４．５ｍ／ｓ）」にして２５ｃｍ離し、扇風機の右半分の風を当てるとネオジウム磁石とフェライトコアの間のギャップを約４～５ｍｍにしたコイル発電で無負荷で４．６Ｖｐｐのパルスが得られました。倍電圧整流すると直流で４．１Ｖとなりました。パルス周期は最大８５ｍｓで毎秒１１．８回転となります。ブレードの最外周の速度（周速）は４．８ｍ／ｓとなり、風速より若干早くなりました。負荷は青色と緑色のＬＥＤを光らせることができます。
さらに扇風機を「弱（平均風速約２．５ｍ／ｓ）」でも条件がよければボンヤリと青色ＬＥＤを光らせることができました。
自然の風でも実験しましたが、天気予報で風速３ｍ／ｓとあっても、自然風は扇風機と異なり強弱が絶え間なく変化し全体的に弱いので、残念ながらＬＥＤは全く点灯できませんでした。

起動はフェライトコアのコイル直下にネオジウム磁石がある風車の位置からの起動はできず、その他の位置では、「ある位置（風との角度）」からのみ起動できることがわかりました。その理由をへこみのある翼形も含めて次回、素人なり考えてみようと思ってます。

この実験装置の寸法では、ブレードの大型化は長さ300mmが限界なので、ここまでとしました。

へこみのある翼形のジャイロミル型風車

インターネットで調べたら羽根（ブレード）の翼形にへこみを入れるとジャイロミル型風車の起動特性が良くなるような記事がありました。へこみがあると飛行機のフラップのように低速時の揚力が増したり、起動時の抗力でも増すのかな？と勝手に予想しました。そして、ブレードの翼形をへこみのあるものに、また何日もかけて苦労して削りだし実験しました。
結果は起動特性どころか、揚力効果も弱く、へこみのない翼形よりもはるかに性能が落ちてしまいました。苦労した上、大失敗です。しかし、まぁ、そういう事実が分かったことが成果だと自分を慰めています。

  左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が風車部です。一枚はずして断面が見えるように立てかけてあります。垂直のブレード（羽根）は【図３（１）】のように前回の羽根をもとにさらに削りました。下の面のへこみ（カンバーと言うらしい）は、ドイトへ行き、「大五郎まめ鉋外丸１８ｍｍ（１，６６０円）」を思い切って買い、そのカンナを使って削りました。翼形は「ＦＸ　７２－ＭＳ－１５０Ｂ」とかいう形で牛山・三野著「小型風車ハンドブック」という本に座標が出ていたのでエクセルでグラフにして目分量で印刷して上下の断面に貼り、さらに型紙を作ってそれにあわせて慎重に削りました。垂直ブレード（羽根）の取り付けは下面を円周の接線方向と水平にして風車にしました。角度を少しでも持たせると揚力はでません。【図３（２）】は参考で前回の「Ｃｌａｒｋ　Ｙ」という翼形です。

【図２】は揚力か出たあとでの発電実験です。前回と同じ扇風機を「強」にして２５ｃｍ離し、扇風機の右半分の風を当てるとネオジウム磁石とフェライトコアの間のギャップを３～４ｍｍにしたコイル発電で無負荷で４．５Ｖｐｐのパルスが得られました。倍電圧整流すると直流で３．９Ｖとなり青色ＬＥＤを点灯できました。写真の真ん中あたりで青色と緑色のＬＥＤが光っています。点灯時は直流電圧が２．６Ｖに下がります。但し、このときのパルス周期は１１０ｍｓで毎秒９．１回転となり性能が落ちます。電圧が高いのは磁石とのギャップが若干狭いからです。

肝心の目的の効果は、予想と逆で、起動トルクはさらに悪く、フェライトコアのコイル直下にネオジウム磁石がある位置からの起動はおろか、その他の位置からもヨタヨタと動き出すこともあますが、全く回転が上がりません。手動で相当な速さまで回転を上げて、やっと「揚力効果」が出て上記の発電特性が出る始末です。

ジャイロミル型風車の揚力効果を確認

ジャイロミル型の揚力効果をやっと確認できました。前回失敗したので垂直型のブレード（羽根）の面積が少ないのかもしれないと思いました。苦労して大きなブレードを何日もかけて削り出し、半信半疑で風をあてたところ、最初はゆっくり回りだし、だんだんスピードが上がる揚力特有の特性が確認できました。この瞬間は嬉しかったです。でも最大の回転でもサボニウスより遅いです。本には先端速度は風速より早くなると書いてありますが、計算してみましたが最高速時でも風速よりは遅かったです。重さが重いのか、形状が悪いのかわかりません。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が風車部です。一枚はずして断面が見えるように立てかけてあります。垂直のブレード（羽根）は【図４】のように断面が４５ｍｍ×２１ｍｍで高さ２２５ｍｍのヒバ材（長さ９１０ｍｍで３９４円）を買い、断面の対角線をノコギリで切り出し、下の水平面にします。ヒバ材にしたのはバルサ材だと柔らかすぎて固定のための穴がすぐに壊れるためです。作り方が下手なので平面は傷だらけです。反対側の面はプロペラ型のＣｌａｒｋ Ｙ型の２倍厚の翼型にカンナで丸みを削り出しました。牛山・三野著「小型風車ハンドブック」という図書館から借りた本にＣｌａｒｋ Ｙ型の座標が出ていたのでエクセルでグラフにして目分量で印刷し厚紙で型を作りました。２倍厚にしたのはプロペラ型のブレードを作ったとき軸に近い根本は厚かったので、低速で揚力でも出るのかな？　と勝手に推定して厚くしました。同じものを４枚作り、前回と同じく【図３】のように上下を２枚のＣＤ－ＲＯＭ媒体に穴をあけＬ型金具（ミニステー）と２ｍｍのネジで取り付けました。垂直ブレード（羽根）の翼形の下の平面を円周の接線方向と水平にしました。

【図２】は発電実験です。扇風機を「強」にして２５ｃｍ離し、扇風機の右半分の風を当てるとネオジウム磁石とフェライトコアの間のギャップを３～４ｍｍにしたコイル発電で無負荷で４．１Ｖｐｐのパルスが得られました。倍電圧整流すると直流で３．５Ｖとなり青色ＬＥＤを点灯できました。写真の真ん中あたりで青色と緑色のＬＥＤが光っています。点灯時は直流電圧が２．６Ｖに下がります。このときのパルス周期は１０５ｍｓで毎秒９．５回転となりました。

但し、起動トルクは大変弱いです。もちろんフェライトコアのコイル直下にネオジウム磁石がある位置からの起動は扇風機「強」にしてもビクとも動きません。その他の位置からでも最初はヨタヨタと動き出します。試しに自然風にも当てましたがゆっくり廻り発電は無理でした。扇風機は理想的な連続風だと痛感してます。今回は、「揚力効果」があることを確認しただけでもよしとしました。もっと翼の厚さを薄くするとどうなるか知りたいのですが、勘では、もっと起動トルクが弱くなり、回転も、重さで上がらない気がして材料は買ったけど作ろうかどうか迷ってます。

ジャイロミル型風車の実験

風の力を利用するには、「抗力（押す力）」と「揚力（飛行機の翼の力）」があります。風車関連の本によると、揚力の方が抗力よ効率が良いとあります。垂直型の風車でも抗力を利用したサボニウス型（パワー係数１５）よりも、揚力を利用したジャイロミル型（パワー係数３０）の方が効率が良いと書いてありました。なんとなく揚力型を作ってみたくなりました。

そこで、各社の製品写真などを真似てジャイロミル型風車を試作して見ました。
結果は、作り方が悪いのか、揚力が働いていないのか、比較のしかたが悪いのか不明なのですがサボニウス型よりも回転数も発電電圧も良くありませんでした。課題が多そうです。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が実験風景です。扇風機「強」の風を風車の半分に当てるとネオジウム磁石とフェライトコアの間のキャップを５ｍｍにしたコイル発電で２．４Ｖｐｐのパルスが得られます。倍電圧整流すると直流で１．６Ｖとなり、赤ＬＥＤを点滅させ、３倍昇圧回路で青ＬＥＤを点滅させることができます。点滅なので写真撮影できません。このときのパルス周期は１４０ｍｓで毎秒７．１回転となります。ペットボトルのサボニウス風車は周期８０ｍｓ、最高回転は毎秒１２．５回転でしたから性能はサボウニウスより落ちます。

【図２】が試作したジャイロミル型風車です。垂直の羽根（ブレード）は断面が３０ｍｍ×１５ｍｍで高さ１５０ｍｍのバルサ材を断面の対角線が下の水平面になるように削り、反対側の面は飛行機の翼型に丸みをつけ削り出しました。同じものを４枚作ります。上下を２枚のＣＤ－ＲＯＭ媒体に穴をあけＬ型金具（ミニステー）と２ｍｍのネジで取り付けます。中心は市販のアルミストッパーのついたプラスチック歯車を両面テープで貼り付け、４ｍｍの心棒（シャフト）に取り付けています。Ｌ型金具の２ｍｍのネジを調節して垂直羽根の円周の接線との角度を調整します。

【図３】が一番高速で回転する風の当て方です。どうもと羽根に風が当たる位置から考えると抗力しか働いていないように思えます。つまり水車小屋の水車のようなイメージで羽根に風を当てているようにも思えます。クロスフロー型というパワー係数１０の低速風車があるらしいのですが、それに近いのかもしれません。

実験は【図４】にある円周の接線との角度を分度器と目分量で調節し、角度をパラメーターにしてデーターを取ってみました。その結果３０度付近の角度が最高速でした。扇風機「強」の風で、角度０度では全く起動せず、１５度で周期２２０ｍｓ、２５度～４０度までは周期１４０ｍｓ付近、５０度になると周期が１５０ｍｓに下がりました。トルクの目安であるフェライトコアのコイル直下にネオジウム磁石がある位置からの起動はできません。サボニウス型よりトルクも弱いと思います。

面白いのは、翼型の羽根を荒っぽく削っても、丁寧に形を揃えて削ってもデーターはあまり変わりません。３回も丁寧に削ったのに骨折り損でした。
このジャイロミル型は、まだまだ経験不足でノウハウ不明です。先は長そうです。

スパイラルサボニウス風車は大失敗

これは失敗談です。
実物のサボニウス風力発電を見るとスパイラル（螺旋）状のものがあります。効率がいいのかなと思いました。そこで、円筒形を斜めに切ればいいのだろうと安易に考えて、早速試作したところ大失敗でした。素人には難しすぎました。サボニウス風車が、風の方向で死角になって起動しにくい点は、お椀をつけた風杯型風車を補助にするほうが簡単です。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】がダイソーで売ってる１００円のアルミ貯金箱を上下で９０度の角度だけずらせてカットし試作した風車です。上下を鍋の落し蓋に通常のサボニウス風車と同じ位置に取り付け、下の部分は無理のない位置にずらし取り付けています。その下の【図３】が円筒形のカット図です。赤い線が切ったところです。【図２】が同じくスチール貯金箱を上下で１８０度の角度だけずらせてカットしたものを、上下を鍋の落し蓋に通常のサボニウス風車と同じ位置に取り付けた風車で、その下の【図４】が円筒形のカット図です。

データーはとってませんが、【図１】の９０度スパイラル風車は、一応廻りますが、力も速度もずいぶん落ちます。
では、１８０度なら上下で無理のない位置で落し蓋に取り付けられると思いつきました。そして、試作したのが【図２】の１８０度スパイラル風車です。ところが結果は全くうごきません。それどころか空回り状態にしても、風の位置によって逆に回り出す始末です。

空間予測能力に欠ける私は、なんと最後まで作ってみるまでわかりませんでした。骨折り損のくたびれ儲けに、貴重な時間を費やしました。

ペットボトルとＣＤのサボニウス風車は速い

「バケさんの趣味の部屋」のサボニウス風力発電を参考にペットボトルとＣＤの風車を作ってみました。すると今までの試作したサボウニウス風車の中で最も高速で回転することがわかりました。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が扇風機「強」で最高速で発電している写真です。風車の下のブレッドボードにパルス発電した電圧を倍電圧整流し青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードを直接点灯させています。発光状態は脈を打つように光ります。

【図２】は風車の部分を拡大した写真です。
実は、ペットボトルを切ったものを不要になったＣＤ－ＲＯＭの媒体に取り付けるのに苦労しました。
最初セロテープで貼り付け、実測したところ扇風機「強」でパルス周期が８０ｍｓでました。しかしペットボトルが小さくまるまってしまう力ですぐはがれてしまいました。
次に小さなペットボトルのタグ状のものを作り瞬間接着剤で貼り付けようとしたところこれもすぐにはがれました。ペットボトルの材料って瞬間接着剤はきかないんですね。
しかたなく模型用の折金具でＬ字金具をつくり３Ｍ（直径3ｍｍ）のネジでＣＤに穴を開けて取り付けました。ところが重さが重いためか周期は９０ｍｓにしかなりません。
そこで、ドイト（ＤＩＹの店）で２Ｍ（直径２ｍｍ）×６ｍｍの小さなネジ（ナットとのセット１２本で８０円）を２４本買って、ペットボトルのタグ状のものに穴を明け取り付けました。中心のシャフトに取り付ける部分は模型用のプラスチック平ギアの穴を大きくしてＣＤのセンターと目分量であわせ両面テープで止めました。これで条件がよい時で、やっとセロテープの時と同じ周期８０ｍｓになりました。

【図３】がそのパルス発電波形です。周期８０ｍｓは毎秒１２．５回転です。アルミニウムの貯金箱とステンレス製の鍋の落し蓋で作ったサボニウス風車は最高速で周期１００ｍｓ（毎秒１０回転）でしたから約２０％も高速になります。
サボニウス風車は風が押す力（抗力）を利用していますので、風速以上は高速にできません。このとき風車に当たっている部分を風速計で測定したところ約５ｍ／ｓでした。
ＣＤの直径は１２ｃｍですから最も外側の部分の円周は約３７．７ｃｍです。これが毎秒１２．５回転していますので最外周部分の速度は約４．７ｍ／ｓとなり、かなり限界に近いスピードで回転していると思われます。

【図４】は回路図です。フェライト磁心の巻き数３８４ターンのコイルとネオジウム磁石とのギャップは４ｍｍです。磁石がフェライト磁心の真下にあると扇風機「強」でも自然起動はできません。その他の磁石の位置なら扇風機「弱」でも起動します。

というわけでパルス発電の場合は、風車をなるべく軽く作るほうが良いという結論になりました。この風車、スピーカー効果で音がちょっとうるさいのが難点です。

発電コイルを比較する

「サボニウス風車とコイルと磁石で風力発電」で３種類の「発電コイル」を作って比較してみました。

左の写真をクリックして拡大してご覧ください。【図１】が試作した３種類の発電コイルです。（１）一番左が模型のベル用のコアとボビンに０．２６ｍｍのエナメル線を約５５０回巻いたコイルです。前々回の実験で使用したものです。（２）真ん中が６ｍｍのボルトをコアにして、自作ボビンに０．２６ｍｍのエナメル線を１４０４回巻いたコイルです。（３）一番右は、市販のフェライトコアＥＩ３０に０．２６ｍｍのエナメル線を３８４回巻いたコイルです。真ん中の下の小さなものはネオジウムという強力磁石です。右の下はフェライトＥＩ３０のコア、ボビン、取り付け金具のセットです。
【図２】は秋葉原で購入した０．２６ｍｍのエナメル線銅線（１２０ｇ、約２４０ｍ、９００円）です。
【図３】はドイトで購入したアルミ金具（２９４円）を２個使った「巻き線機」です。
【図４】はフェライトの発電コイルで発電テストをしているところです。真ん中の下で青と緑の２つの発光ダイオードに倍電圧整流回路の出力を直接接続して発光させています。出力電圧は０．２Ｖ変動する脈流のため光が強くなったり弱くなったり点滅のように光ります。

各発電コイルの性能は、扇風機「強」の風で、コイルと磁石のギャップ（間隔）を約４ｍｍに設定して測定したところ、発光ダイオード２個の負荷で下記となりました。
      コイル種別、              　　交流電圧   　直流電圧　　風車起動
（１）ベル用コア　550T　　　　　　３．０Ｖｐｐ　　　２．５Ｖ　　　 ×
（２）６ｍｍボルトコア　1404T 　 ３．６Ｖｐｐ　　　２．５５Ｖ　　 ×
（３）フェライトＥＩ３０　384T　　　 ３．４Ｖｐｐ　　　２．５Ｖ　　　 ○

結論から言うと、コアの磁性体としての材質（最大磁束密度、損失）、コア断面積、中心コアとサイドコアとの間隔、コイルの巻き数が関係しているため、一概に言えないのですが、どうも（３）フェライトコアが一番良いようです。

苦労話をすると、まず、最初の実験がベル用のコアで巻き数５５０回だったので、単純に巻き数さえ増やせば、起電力が上がり、うまく行けばコア無しで発電できるかもと思いました。

そこで、はるばる秋葉原まで行き、エナメル線を購入。フェライトコアも探したらあったので喜んでＥＩ３０コアを購入しました（ボビンと取り付け金具もついて一個３００円）。

そして、購入したエナメル線は大きなボビンに巻いてあるので【図２】のように簡単な軸を作って取り付けました。そして不要になったボールペンの軸を２２ｍｍ輪切りにし、それにＣＤディスクから切り出した同心円を瞬間接着材でつけてツバにしたボビンを作りました。次に【図３】簡易巻き線機を作りました。これは巻き数を数えるのに大変便利です。巻き線の層と層の間はサランラップを使いました。これは紙に寸法を書きサランラップを貼り付けてハサミで紙と一緒に適切なサイズに切り用意しておきます。

目一杯巻いて、巻き数１４０４ターンものコイルを作り、早速、実験すると期待はずれでした。コアなしでは電圧はほとんど出ず、６ｍｍボルトをコアにしてもベル用コアよりは電圧は高いものの、発電コイルの直下で磁石を強力に吸い付けてしまい。この位置では扇風機「強」でも手で押さないと起動しません。

次に、フェライトコアのコイルを作ったところ、寸法の関係で巻き数３８４ターンでボビン寸法ギリギリになってしまいました。ベル用コアよりも少ない巻き数です。もっと大きいコアを買えばよかったと後悔しました。
ところが、これを実験してみるとベル用コアよりも出力が出るし、風車も扇風機「強」で起動します。

というわけでフェライトコアが一番良いということになりました。

フェライトコアはトランス用なのでＥＩコアのＩコアは不要になります。今回はＩコアをＥコアの頭に載せ、模型用の穴あきプラスチック板もつめてＥコアの先端が一番下に位置するよう１００円ショップのプラスチック下敷きを加工した板と、ドイトで４本で１２０円もするポリカーボネイトの３ｍｍネジセットで金具を止めています。磁石が吸い付かないようにする工夫です。

実は、巻き数１４０４ターンのコイルの方は無負荷にすると直流出力電圧は４．４Ｖも出るのです。でも、負荷をとると急激に電圧が下がります。それに比べ、フェライトコアで巻き数３８４ターンのコイルは無負荷のときは３．２Ｖですが負荷を取ってもさほど電圧は下がりません。これはコア材質や寸法などの問題だと思われます。今後の研究課題です。

今、この記事を書いているとき、急に空模様があやしくなり風速５ｍ／ｓぐらいの突風が吹きました。あわてて、フェライト発電コイルをつけたサボニウス風車を縁台に出したところ一瞬だけ青と緑の発光ダイオードが光りました。こんな強風でないと光らないんですから先は長そうです。

サボニウス風車とコイルと磁石で風力発電（続編）

前回のサボニウス風車とコイルと磁石での風力発電（「パルス発電」と略します）の続編です。
今回は発電コイルの電圧をショットキーダイオードを使った倍電圧整流で整流した後の波形を報告します。さらに青色発光ダイオードを点滅できる３倍電圧昇圧回路も載せておきました。

左の写真をクリックして拡大して見てください。【図１】が扇風機「強」での発電コイルの電圧波形です。周期１００ｍｓで１．７Ｖ（0 to peak)、３．４Ｖ（peak to peak)でした。測定器のためなのか少し０Ｖラインがずれています。周期の逆数である回転数は毎秒１０回転です。

【図２】が整流したあとの電圧波形です。図２の下はＤＣ（直流）レンジで測定した波形でほとんど直流に近いです。デジタルテスターで計ると約ＤＣ約２．８～３Ｖでした。

図２の上の波形は変化しているリップル（さざなみのような波形）の部分を拡大した電圧波形です。ノコギリの歯のような階段状になっています。専門用語では脈流といいます。よくみると、１回転のパルス発電毎に約０．２Ｖほど急激に上がって斜めに少し下がり、その差約５０ｍＶステップで上昇（充電）してゆき７発目位で、ＬＥＤ点滅回路にエネルギーを取られ約３００ｍＶストンと下降する波形になっています。このストンと落ちるタイミングはランダムで、谷の時間幅は狭いときもあります。

【図３】は全体の回路図です。

このパルス発電、起動時はヨイショ、ヨイショとだんだん電圧があがっていきます。ポンプで汲み上げるているみたいで面白いです。

なお磁石がコイルの真下にあると、起動しない問題点はまだ解決策がわかりません。昨日はコイルを風車の側面に固定し、磁石をバネの先につけて回転があがると遠心力の力でコイルに近づくアイデアを思いつき、早速作ってみました。
ところが遠心力より磁石の吸引力の方が大きいためか、動き出すと磁石がすぐにペチッとコイルに吸い付いてしまいます。吸い付かないギャップだと０．４Ｖ（0 to peak)程度でした。失敗です。

エジソンが「発明は９９％の努力と１％のひらめき」と確か言っていましたが、そのとおりだとしみじみ思いました。

サボニウス風車とコイルと磁石で風力発電

これは「バケさんの趣味の部屋」のバケさんに教えて頂いたアイデアを実現したものです。バケさんのアイデアは「自転車のリム（スポーク）に磁石をつけたようなイメージで、自作コイルを固定して取り付ければ、１回転する毎にLEDが点滅し、その時に倍圧整流回路を使用すれば効率良く点滅動作が出来るのでは」というものでした。

考えてみれば、サボニウス風車は中心軸よりも、回転円の周辺の方がはるかに高速で回転しています。なるほどと思いました。

そこで、早速試作しました。風車は軽く回転の早いアルミ製風車を使い、上のスチール製円盤に小さな磁石をセロテープで止め、発電コイルは固定して、その両端の電圧をショットキーダイオードを使った倍電圧整流で直流に変え、私のホームページ「風と光と電気で遊ぶ」の「１．２Ｖ入力・緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）点滅回路」（３倍電圧に昇圧）に接続したところ成功しました。３倍電圧の昇圧回路は「バケさんの趣味の部屋（電子工作）」にもあります。

動作中の写真が左の図１です。クリックして拡大して見てください。緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤに交換しています。風車の真下で青く光っているのが確認できますでしょうか。
実は、点滅というのはカメラのシャッターのタイミングで撮影できないのですが、写真は扇風機「強」にして直流出力が３Ｖも出ているので点滅を通り越して弱い常時点灯状態となりその中で点滅しているので撮影できました。実際には扇風機「中」でも立派に青色ＬＥＤが点滅します。扇風機「弱」でも条件がよければ点滅します。

課題は、起動時に風車の羽の位置加減で磁石の位置がコイルの真下で停止していると、扇風機「強」でも発電コイルとの隙間が狭いと起動しません。手で一寸押す必要があります。隙間は狭いほうが電圧はあがるのですが起動しなくなります。でも、良いこともあります。宇宙飛行でのスイングバイのように、その他の位置からの起動では磁石とコイルの引き付け力で、すばやくコイルの位置をとおりすぎて回転は急速にあがり、風がなくなっても暫く回転しています。
つまり、一旦廻り始めれれば実に気持ちよく軽く廻るのです。

起動を良くするため、発電コイルの磁芯を取り去り、空芯にして金具をプラスチックにして見たのですが、磁石との隙間をギリギリに狭めても最大０．４Ｖ（0 to peak)しか出ず無理でした。風杯風車を追加すると若干起動は良くなるのですが最大回転数が落ちます。

図２は発電コイルの波形です。このときは撮影時より条件が悪く扇風機「強」で周期１３０ｍｓで１．６Ｖ（0 to peak)、３．２Ｖ（peak to peak)でした。整流後の電圧はＤＣ２．４Ｖです。周期の逆数が回転数ですので毎秒７．７回転しています。条件がよければ扇風機「強」で周期100ｍｓ、ＤＣ３Ｖ、回転数毎秒１０回転になります。

図３は、欲しかったショトキーダイオード（単価42円）を買って作った倍電圧整流回路です。

左の写真の図４は、左下が発電コイルで右下が磁石です。

発電コイルは0.26mmΦのエナメル線20ｍを550回ほど昔の子供のベル実験用のボビンに巻いたものです。コイルの自作は一寸根気がいります。一層一層セロテープでとめながら作った簡易なものですが約２時間半かかりました。
磁石はネオジウムという強力な希土類磁石で６×６×４．５ｔ（ｍｍ）のちっぽけなものですが、3200ガウスもあり吸着力が１．８ｋｇもあります。（たまたま東急ハンズ横浜店で発見し面白そうなので買っていた、577円）

図５はサボウニウスへの取り付け部分です。実際には磁石はセロテープでとめています。
この方法はゆったり廻る風車で発光ダイオードを点滅させる風力発電への一番の近道のようです。アイデアを教えて頂いたバケさんに感謝します。

【追伸】

磁石は高価なネオジウムでなくても、100円ショップで売っているガラス戸などにつける防犯ブザー（リードスイッチと磁石を組み合わせたもので磁石がはなれると凄い音のするもの）に内蔵されている磁石でも十分動作しました。

自然の風で青色発光ダイオード点灯

やっとサボニウス風力発電を使って、自然風で高輝度・青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が点灯できました。サボニウス風車はトルクを高めるため２重連にしました。これに風杯風車で起動特性を良くしました。

左の図（写真、ダブルクリックすると拡大します）がそのミクロ風力発電実験です。
【図１】は、今日たまたま風が強かったので屋外で待つこと３０分。やっと風速約４ｍ／ｓの自然風で青色発光ダイオードを点灯させることに成功しました。

サボニウス風車は、直径１５ｃｍ、高さ１３ｃｍと高さ１２ｃｍの２重連です。それにジョウゴを改造したお椀４個で作った回転直径２５ｃｍの風杯風車を追加しています。

発電機は【図２】のように前回書いたテクノキットの３相交流発電機を改造したものをユニバーサルジョイントで風車の軸に接続しています。

交流発電機にこだわったのは、【図３】の倍電圧整流回路が使え、電圧を上げることが簡単だからです。

このミクロ風力発電は、風速４．５ｍ／ｓを片側にあてると出力電圧が無負荷で４Ｖでます。テクノキットの３相交流発電機の単相１回路から約５．６Ｖｐｅａｋ　ｔｏ　ｐｅａｋの交流電圧が出てますので、順方向電圧降下が約０．７Ｖ程度あるダイオードで整流し【図３】のように２個の電解コンデンサに充電して積み上げ２倍の直流出力電圧を取り出します。この整流ダイオードを順方向電圧の低いショットキーダイオードにすればもっと出力電圧があげられます。いずれ購入したいと思ってます。

ただ負荷電流をとると急速に電圧が下がります。青色ＬＥＤをつけると約３Ｖに下がりました。ためしに赤色ＬＥＤを抵抗をつけて並列に接続したところ２Ｖまで下がり青色ＬＥＤの方は消えてしまいました。

皆さんは、なぁ～んだこれだけ大掛かりな実験をして苦労して青色ＬＥＤがたった１個点灯するだけって、おおもいでしょうが、風の力って弱風の時はすごく小さいのです。風速の３乗で急速に強くなるのです。

まぁ、自然風で青色ＬＥＤを点灯するのが念願でしたから、私としては「やったね」って一人喜んでます。

そうそう【図１】の青色ＬＥＤがついている回路の部分はブレッドボードといいまして、部品を差し込むだけで簡単に回路の試作ができる便利なものです。

風車の軸と発電機の軸をつなぐ（４）

交流式手回し発電機（テクノキット　HD-300   980円）の３相交流発電機をよりスマートに風車に取り付ける構造を工夫してみました。

下の図（写真）を見てください。（写真をダブルクリックすると拡大します）。【図１】は手回し発電機のカバーをはずし金具にとりつけたものです。当初図のように２枚の歯車（ギア）で増速しています。このままでは重たくてとても風車の力では動きません。なお、写真に写っているリード線と端子は全波整流した直流出力部と、３相交流部を引き出した出力部です。

よく調べたところ、この２枚の歯車は直径が同じであることに気がつきました。つまり、二つの歯車を互いに別の軸につけても、歯車はうまくかみ合うのです。
そこで、【図２】のように歯車を互いに相手の軸につけ、しかも小歯車のついた方は逆さまにしました。すると小歯車→大歯車→発電機軸の歯車の順となって、発電機を直接廻すくらい軽く動くようになりました。この歯車に市販の平ギアを中心軸を合わせて背中合わせにネジ止めして、それに２ｍｍφのシャフトをはめました。すると歯車のピッチが同一なので、「風車の軸と発電機の軸をつなぐ（３）」の時より確実に噛み合い、音も静かになりました。しかし、外部の増速ギア機構はあいかわらず必要です。

歯車（ギア）の段数はなるべく少ないほうがエネルギー損失が減ります。そこで【図３】のようにしました。まず手回しハンドルに直結した方の歯車一枚だけを発電機軸の歯車と直接噛みあう軸に取り付けます。その歯車に手回しハンドルの取り付けアダプター部品を流用し、その中心に穴をあけてそのはめ込み構造を活かします。ハンドル取り付け部分にはタミヤのギアボックスに付属していた「十字ホーン」というプラスチック部品を改造して軸の中心と注意深く合わせてネジ止めし、スプリングピンを差し込んだ４ｍｍφのシャフトを短く切って取り付けます。コツは軸の中心をできるだけ精密に合わせて注意深くキリで穴をあけることです。下手なノギスなどより目の感覚の方がずっと正確です。

風車にユニバーサルジョイントでつなげば良いまでに完成したサブユニットが【図４】です。
このサブユニットは、当初の手回しよりは軽い回転トルクで廻ります。でもまだ少し重いのでサボニウス風車のトルクを高めなくてはならないと考えました。次回の記事にそのことを書きます。

今回の改造をしてみて、テクノキットの３相交流発電機はなかなか良くできていると感心し、気に入りました。

サボニウス風車と風杯風車のハイブリッド

サボニウス風車は起動特性があまり良くないのですが、同じ軸に風杯風車も取り付けハイブリッドにすると改善されます。

左の写真（クリックすると拡大表示がでます）がそのミクロ風力発電実験です。これは、直径１５ｃｍ、高さ１３ｃｍのサボニウス風車と、100円ショップにある直径９ｃｍのジョウゴを改造したお椀４個をペットボトルのフタに３ｍｍのネジで取り付け、最大回転直径２５ｃｍの風杯風車をつくり、テッペンにつけたものです。このペットボトルのフタは「六甲のおいしい水」のものが最高です。なぜかというと中心にセンターをあらわす溝があり、そこに穴をあければ真円に近くなるからです。

発電機は前回の記事に書いたテクノキットの３相交流発電機とギア機構をユニバーサルジョイントで軸に接続しています。

起動風速は３．５ｍ／ｓでした。もっとも片側だけに当てているのでちょっとインチキっぽいですね。このときの出力電圧は０．５Ｖ、周波数３．３Ｈｚ、リップル電圧が１Ｖｐｅａｋ　ｔｏ　ｐｅａｋです。

風速４．５ｍ／ｓを片側にあてると調子がよければ出力電圧が１．６Ｖ～１．７Ｖ、周波数５０Ｈｚ、リップル電圧が０．５Ｖｐｅａｋ　ｔｏ　ｐｅａｋの３相全波整流電圧となります。写真撮影のときは１．５Ｖ程度でした。それでもピーク電圧は１．９Ｖ近く出ますので赤色高輝度ＬＥＤがオシロスコープの前の真ん中でかすかに光っているのがおわかりでしょうか。出力は負荷抵抗１００Ωのとき電圧が０．９８Ｖで電流は９．８ｍＡですから電力は９．６ｍＷです。まさにミクロ電力の風力発電ですね。

ちなみにタミヤのソーラーモーターをつかうと、同じ条件で起動風速は２．５ｍ／ｓです。風速４．５ｍ／ｓで無負荷電圧は１．２５Ｖと低いのですが、負荷抵抗１００Ωのとき電圧が１．１５Ｖで電流は１１．５ｍＡですから電力は１３．２ｍＷでした。誤差を考えると同様の性能といえますが負荷をとっても電圧低下が少ない特徴があります。秋月電子の１．５Ｖ電池白色ＬＥＤ投光キット（５００円）の回路で青色高輝度ＬＥＤがきれいに光ります。交流発電機の方は負荷が重くなると急に出力が低下する傾向があり青色高輝度ＬＥＤはぼんやり光る程度でした。

交流発電機はブラシレスで機械的に信頼性が高いし魅力的です。ただ、もう少し効率が良いかと期待してましたが残念です。ギアの摩擦などの損失が多いのかも知れません。

風車の軸と発電機の軸をつなぐ（３）

さて、手回し発電機の重たさに拍車をかけている内蔵ギア２枚をはずし、３相交流発電機単体の軸にとりついているギアもはずそうとしたところカッチリ作ってありビクともしません。頑丈に作ってあります。実は、ギアの歯の形やピッチがギアボックスや市販の平ギアと似てないので付け替えたかったのですがあきらめました。

しかたなく内蔵ギアのひとつを活かし、これに市販のプラスチック平ギアを平行にとりつけ固定しようと加工することにしました。精密ダイヤモンドヤスリ（５本で1,512円）を買い、一日かけて、はめ込み部を歯車の形に削りだしました。しかし、やはり中心がずれてしまい、動きますが回転ムラがひどくときどきとまりなす。

江戸時代のカラクリ人形や万年時計を作った人は、根気よく驚くべき緻密さで歯車を削りだしたのだなぁと感心しました。

で、ひょんなところで駆動ギアがずれて手回し発電機の内蔵ギアに触れました。するとギアピッチが同じとは思えないのにスムーズに回転するではないですか。

なんのことはない、平ギア追加は不要でした。つまりギアは歯の形状よりも「真円」に近いことが大切なのですね。

で完成したのが左の写真です。３相交流発電機から風車の軸にとりつけるまでのギア機構です。さいごは高価なユニバーサルジョイントのお世話になってます。

このギア機構は、交流発電機軸→内蔵増速ギア→減速ギア→金属製増速ギア→金属製増速ギア→風車の回転軸の順になっています。金属ギアは東急ハンズで１枚436円から586円で４つの大きさのものを買いました。この軸は３ｍｍなのです。

この形が完成するのに、また２日間かかりました。ないしろアイデアを思いつくと図面もかかずノギスで寸法も測らず、すぐ試作してしまうセッカチな性格なもので、失敗ばかりです。そのたびに分解してまたヤスリで穴を加工し、ネジで再組み立ての繰り返し、指が痛くなりました。

サボニウス風車に取り付けたところが次の左の写真です。

完成したミクロ風力発電の性能については、また別稿で書きます。

風車の軸と発電機の軸をつなぐ（２）

実は、これは失敗編です。

テクノキットさんから購入した交流式手回し発電機（９８０円）の３相交流発電機をなんとか風車に取り付けようと、この１０日ほど四苦八苦してました。

まず、手回しハンドル機構を生かそうとしました。ここはかなりの低速で力がいるのでギア減速が必要です。ハンドルをはずし、その接合部分にコの字金具や左右対称のバーを挟みギアの軸に取り付けましたが全く動きません。

そこで１００円のプラスチックの板（書類ばさみ）を加工し、よく切れる切り出しナイフ（2100円）も買って円盤をコツコツと２日かけて４枚切り出し、一枚一枚をハンドル取り付け部の形に切り出したアダプタをつくり２ｍｍのネジで接合しました。

左の図（クリックすると拡大できます）で左上の写真の半透明の円盤がそのアダプタです。その右の写真がとりつけたところ。下が、タミヤのギアボックスに取り付けたところです。プロペラを減速しています。これは一応動きました。風速４．５ｍで約１Ｖの発電電圧でした。

そうそうプロペラの軸受けは付属モーターの回転子をはずしたものです。代わりに２ｍｍのステンレス棒を軸につかうと理想的な軸受けとなります。モーターは安いので壊しても惜しくありません。

次に、サボニウス風車の垂直軸にとりつけようと、このアダプタの中心の穴を３ｍｍのネジで締め付け、そのネジにギアをとりつけたところ、ネジが滑ってしまい重くて円盤が動きません。

プラスチックは加工しやすいが滑ることを忘れていました。大失敗です。２日間も損しました。

つまり、この交流発電機はタミヤのソーラーモーター（直流）などに比べずっと重たいのです。いまさらながら手回しという人間の力の強さと効率の良さに感心しました。

あきらめて手回し交流発電機を分解し、ギアの留め金具（ピン）を無理やりはずしました。そのあとは続編で・・・

風車の軸と発電機の軸をつなぐ（１）

風力発電工作では、風車の軸と発電機の軸をつなぐのに一番苦労します。発電機は市販のものやモーターを流用しますので、軸の太さやつくりは多種多様です。これを自作した風車の軸につなぐのですから大変です。中心を精度良く合わせることができないと摩擦や振動が多くなります。

自転車用のタイヤでまわるリム発電機は軸が短い５ｍｍのネジでできています。これを風車の軸と中心をピッタリ合わせるのがむずかしいのです。最初十字金具とアルミストッパーと両面テープで接合しましたが、発電機全体がくねるように動いてしまいました。中心点の精度も安い電動ドリルですのでズレてしまい、激しく振動しました。
ついに、あきらめて、東急ハンズ横浜店でユニバーサルジョイントを買いました。これは二つの回転体の軸がずれても滑らかに動力を伝えられる部品です。小さい部品なのに価格は１，３３３円。自転車用発電機は１，４８０円ですから、それに比べ高いです。

それで完成したのが左の写真です。写真をクリックすると拡大写真が見られます。軸のてっぺんにあるのがユニバーサルジョイントです。自転車用発電機側は５ｍｍネジの軸に十字金具をナットで締め付けています。そして４ｍｍの短いネジに十字金具をナベコネジで締め付けたものをつくります。次に、精度の良く真ん中に穴のある木製の円盤を購入し、その穴をドリルで広げガイド（案内）穴をつくります。そして発電機側のナットと、４ｍｍネジのナベコ頭をガイド穴の中に入れてあわせ、二つの十字金具の腕の部分をネジで締め付けます。そして，その４ｍｍネジと風車の４ｍｍの軸をユニバーサルジョイントでつなぎます。ジョイントの「イモネジ」で締め付けますので、４ｍｍネジの「ねじ山」は潰れます。もうネジとしては使えません。
結果は高価なだけあって回転はずっと滑らかになりました。いかに中心を合わせることが大切かということを痛感してます。

風力発電工作は安全に気をつけましょう！

映画「バック・トゥ・ザフューチャー」の博士はたしか風防メガネをオデコにかけた姿の記憶があるのですが、この意味が最近わかりました。発明や開発には危険がともなうので目を保護していたのですね。

ミクロ風力発電の工作でも保護メガネは必須です。ステンレスの丸棒や板は硬い金属なので穴あけ時にドリルの刃が折れて飛んだり、切断時に金ノコが折れたりします。金属の粉が目に入ることもあり大変危険です。水泳のゴーグルのような保護メガネと軍手をつけましょう。電子工作のハンダ付けも、思わぬ時に溶けた高温のハンダが飛び散り目に入る危険があります。保護メガネは絶対必要です。

ところで、私は狭い裏庭で工作するのですが、準備が大変です。まず、紫外線防止クリームを顔と手に塗り野球帽をかぶり、保護メガネと軍手をつけます。そして、ヤブ蚊がでるので蚊取り線香をつけて作業台の下におきます。おまけに、厚木飛行場のジェット機の爆音がすごいので耳栓をつけ、バルサ材の加工時は粉塵防止マスクもつけます。まるで宇宙空間に出るときか泥棒のような異様な姿です。

完成した風力発電の風車は高速回転体です。プロペラ風車に触れると指の骨を折ったり、サボニウス風車の金属の鋭利な切り口で大怪我をします。小さなお子様は近づけてはいけません。

まず安全第一です。楽しい趣味で怪我をしないように気をつけましょう。

直流発電機を並列につないだミクロ風力発電

低い風速で風力発電が起動するようになるかと思い、四枚羽にした直径300mmのプロペラ風車（ブレード）をバルサ材を削って試作しました。そして、ソーラーモーターを発電機にして扇風機で廻してみました。しかし、残念ですが扇風機「強」（約４．５m/sの風速）でも起動しません。そこで、スチール製の貯金箱で作ったサボニウス風車とソーラーモーターの発電機を組み合わせたものと、同じ極性で出力端子を並列接続してみました。（電気的なハイブリッドですね）

これでも起動しません。そこで並列接続を一旦はずしたところ、４．５m/sの風速でサボニウス風車単体は起動しました。そして十分回転があがり２V程度の電圧が出た時点で、プロペラ風車の発電機に同じ極性で並列につないたところ、プロペラ風車がサボニウス風車の発電した電気の力で起動しました。そして、揚力が作用する連続回転まであがりました。

でも出力電圧は２Vのままでした。四枚羽のプロペラ風車単体では、手動起動させれば出力は３．６V程度でます。どうも並列接続すると、回転は低速の風車に引っ張られるようです。２Vとはやっと赤い発光ダイオードを点灯させられる電圧です。

早速、撮影しようと準備したら、こんどは全然起動しません。撮影って狭い部屋で背景をシーツで隠したり、三脚を用意したりで大変なのでガッカリです。

そこで、乾電池を同じ極性で、自動車のスターターのようにチョコット接続したところ、なんと、起動して連続回転を始めました。

そして、撮影したのが左の写真です。

これでわかったことは、直流モーターを発電機に使った風力発電機は、

（１）スターターとして充電した電池を一時的につなげば、風車を始動でき、その後は低い風速でもけっこう連続回転できる。出力電圧もあがるから、電池を再充電できる電圧まであがりそう。

（２）複数の直流発電機は並列接続でき、お互いを助けるようにハイブリッド化できそう。

（３）プロペラ型ブレードは、揚力（飛行機の翼の原理）をつかっているので、飛行機と同じくある程度高速回転にならないとトルクがでない。効率が良く魅力的だが、起動が課題

(4)サボニウス型は、抗力（風が押す力）を使っているので、回転は遅いがトルクは強い。電圧をあげることが課題。

ということがわかりました。

まだまだ、奥が深かそうです。

バルサ材のプロペラは松本著「だれでもできる小さな風車の作り方」（合同出版2005.02.01発行　1500円）に書いてあった２枚羽プロペラの寸法で二組作りました。そして、風を受ける面を合わせ、中心部分を大工さんがやるように、二組のプロペラを互いに半分掘り込みを入れ、接着剤をつけてはめ込みました。軸受けはタミヤのギアボックスを使い、軸へプロペラの取り付けは十字金具２枚で挟みました。ギア増速は４倍速です。

風上に向ける仕組みはまだつけてません。それに出力電圧を取り出すリード線が捩れないように固定部にもってくる仕組みが、相変わらず課題です。簡単で良いアイデアがありません。鉄道模型のように丸いレールを作り走らせると良いかと思ってますが、製作が面倒で工作が下手な私では精度がでそうにありません。

課題ばかりです。でも、考えるのも楽しみの一つですね。簡単にできたらつまりませんから。

プーリーとベルトはミクロ風力発電には向かない

ミクロ風力発電の増速機構にプーリーとベルトを使おうとしたのですが、予想通り失敗しました。微風で発電しようとすると回転軸と軸受けのあいだの摩擦が一番の敵なのですが、プーリーとベルトの組み合わせは、ベルトが引っ張られるため、テンション（張力）が軸と軸受けにかかってしまい、ものすごく重たくなるのです。おかげで、４．２ｍｍの最適ドリル歯も買って、半日仕事で苦労して金具に穴あけしたのに骨折り損のくたびれ儲けでした。約２０００円もした部品代もパァーです。う～ん、残念。やっぱり、ギアのほうが良さそうです。

実は、一番入手しやすくて割りと安い自転車用のリムドライブ方式発電機を使い、微風でなんとか発電できないかと悪戦苦闘しているのです。

ついでに、市販の２４０mmプラスチックプロペラで自転車用発電機が直接廻らないかと試してみたところ、扇風機の「強」でも始動しません。結構な力（トルク）と高速回転が必要であることがわかりました。自転車用リムドライブ発電機は発電量も多く魅力的なのですが、けっこう重たいのですね。それを増速しようとするなんて浅はかな考えでした。

自転車用リムドライブ発電機は、指でちょっと廻すと発光ダイオードが点灯したので、軽く考えていたのです。人間の手の力ってすごい強くて効率的なのだと変なところで感心しています。

軽く動く交流発電機が、安く簡単に入手できないかなぁ。以前、自動車解体屋さんに行ったところ中古ファンモーターが５０００円と言われビックリして帰ってきました。ネット販売や自作は面倒だし、歳をとると根気がなくなって駄目ですね。

東京の科学技術館に行ってきました

梅雨の合間、炎天下の中を東京の科学技術館に行ってきました。

夏休みで混む前に、風力発電のヒントを探したかったのです。でも残念ですが収穫はありませんでした。

印象に残ったのは、照明がどんどん発光ダイオード（LED)に代わることで省エネルギーになること。目の錯覚でトンネルの中の壁の模様が廻っただけで「宇宙酔い」になり、人間の感覚ってたわいないなってことです。

技術好きの人にはけっこう面白いものが多いのですが、残念ながら意味がよくわからないもの、どう操作していいのかわからないもの、故障中のものが多かったです。

若いスタッフが多いのですから、もう少し説明パネルとか、操作手順をわかり易く工夫すると楽しいのに、もったいないなぁ～と思いました。ターゲットが子供さんのようなのですが、高齢化時代なのだからシニアの人にもサービスしてほしいですね。

で、感動したのは科学技術館より北の丸公園の緑の多さと広さです。東京って、ほんとに緑に恵まれてますね。地下鉄「九段下」から、公園の中を武道館を横目でみながらかなり歩きました。昔の江戸城の「田安門」から入ったのですが、道幅がものすごく広く、昔の侍が登城するときは、さぞ晴れがましかったのだろうなと思いました。

帰りに新宿の東急ハンズに廻り、ミクロ風力発電用に回転数を増やす歯車を探しましたが、３ｍｍと５ｍｍ軸用しかなく欲しかった４ｍｍ用がないし、どの歯車がどの歯車にかみ合うのかもわかりません。仕方なく嫌いなプーリーとベルトにしましたが、使えるかどうかわからないものに約２０００円はちょっと痛かったです。もう少し部品の使い方の説明とか寸法の解説があるとよいのになぁと思いました。同じ東急ハンズでも横浜店が、陳列法が使う人の身になっている店であることがわかりました。

ミクロ風力発電が始めて自然風で起動！

サボニウス型で自作したミクロ風力発電が初めて、自然の風で起動し発電しました。

ちょっと感動です。

弱い風でも動き出すように、上に模型のプロペラを使った風力発電を追加接続し、ハイブリッド型にしました。今までは６ｍ／ｓぐらいの強風でないと起動しませんでした。

今回は、風速を実測したところ、約３．６ｍ／ｓでした。

写真は昼間で明るいのでわかりにくいですが、白色の高輝度発光ダイオードが点灯しています。

この点灯回路は秋葉原の秋月電子で５００円で買ったキットなのですが、０．７Ｖくらいあれば白色の高輝度発光ダイオード点灯させることができます。

プロペラ機構の部分には、最近はやりのビーズ玉を使いました。

詳しくはホームページ「風と光と電気で遊ぶ」の中の「ミクロ風力発電」のページをご覧ください。

ヘリコプターを操縦しました！

といっても操縦シミュレーターでのことです。(^^;)

実は、今日、横浜の「三菱みなとみらい技術館」に行ってきたのです。

そこで、平日でガラガラに空いていたのでチャンスとばかりにヘリコプターの操縦体験をさせてもらいました。ＭＨ２０００ヘリコプターと、本物のヘリコプターの操縦席に座ってパノラマ映像で富士山を飛ぶ２つのシミュレーターの操縦体験をさせてくれます。すっかりあがってしまってコチコチとなり、１つは誘導画面を見るのを忘れて着陸に失敗。富士山の方は67点でした。けっこうドキドキします。
本当の目的は、本物の風力発電装置が展示されているので、自作するヒントはないかと思って行ったのです。しかし、残念ながら本物を真近で見ることと、ビデオ解説で概略が勉強できるだけで、細部構造などのヒントは得られませんでした。
あとは飛行機をパソコンで設計したり、その飛行機での操縦ゲームをしたり、Ｈ‐ⅡＡロケットのＬＥ‐７Ａエンジンをみたりして、入館料３００円で随分あそばせて貰いました。私と同じ、昔は技術者だったらしいお年寄りもチラホラ遊んでましたね。
帰りに、おみやげ店で、めったに見ることがない「ネオン　ボール　ランプ」を見つけ、２，１００円も出して衝動買いしてしまいました。ご存知ありませんか、丸いガラスボールの中でプラズマ放電していて、指を近づけると放電が集中し稲妻みたいになる、ちょっと妖しい雰囲気のガラスボールです。でも安全で感電はしません。思い出します。確か昔、高校の物理部が学園祭で見せてました。部屋に置くと博士の部屋みたいな雰囲気になります。
あとは、横浜東急ハンズ３階で風力発電用の４mmの回転軸に固定するアルミストッパーとベアリングを買い、５階の電気部品のところで、発光ダイオード用のソケットはありませんかと相談したら初老の店員さんが我々は２ピンのＰＩコネクタ（６３円）で代用してますよと教えてくれました。で、それも３個買いました。楽しかったです。

そうそう、電車男のエルメスさんの雰囲気をもった女性をさがしましたが、見掛けませんでしたね。平日だから会社で働いているのでしょう。

発光ダイオードと電子工作

私のホームページ「風と光と電気で遊ぶ」はエコロジカルなミクロ風力発電（マイクロ風力発電よりちっちゃな模型レベルの風力発電）や模型用ソーラーバッテリーを電源にして遊ぶ、かわいらしい趣味のホームページです。

この１週間ほどかけてやっと「発光ダイオードと電子工作」というサブページが完成しました。電子回路そのものはインターネットの諸先輩のものを参考にして完成しましたが、ホームページにまとめるとなると結構、大変でした。
まず、デジカメによる接写では手ぶれがあるため、９８７円で買ったかわいい３脚でカメラを固定し近接撮影モードで自動シャッターで撮影しました。
発光ダイオードの点滅状態の写真は、試行錯誤の結果、机の下にもぐりこみ周りをタオルで囲って薄暗くし、ストロボを止めて、自動シャッターで何度もトライし点灯の瞬間を撮影しました。
次に、オシロスコープの波形写真は、オシロ自体の画面が反射してきれいに撮影できないのでパソコンにつなぎディスプレイの画面を三脚と自動シャッターで接写しました。
不勉強なためオシロスコープとパソコンの接続の同期がなかなかとれず何度も何度も失敗しました。
回路図はパワーポイントでエッチらオッチら部品を描き作成しました。
そして、試行錯誤でパワーポイントのＪＰＥＧ変換機能を使いサイズがニフティ提供のホームページ作成ツール「サクサク君」でどのくらいのピクセルになるのかを確認し、写真と波形と回路図をパワーポイント上にまとめて一括イメージし変換し載せました。
なにしろ、無料のホームページの範囲だけで全部済ませようというのですから苦労します。今日、ひとまず完成しました。

高輝度の発光ダイオードは夜間、太陽電池で充電した電池だけで、赤と緑の光をけなげにピカピカと点滅しているのを見ていると、苦労したこともあってとっても愛着がわきます。
興味のあるかたは左にリンクした私のホームページ「風と光と電気で遊ぶ」をクリックして見てください。

ミクロ風力発電の方は、１．５ｍ／ｓ程度の微風で起動し、３ｍ／ｓ程度のそよ風で１．２Ｖのニッケル水素電池を充電できるだけの発電ができて、安全にゆったり廻って発電する風力発電を作るのが夢なのです。
しかし、現在は、抗力型は扇風機の「強」レベルの風を最も早く廻る部分だけ当てることで発電できる程度（平均風速４．５ｍ／ｓ。片面に当てているので、自然の風なら９ｍ／ｓの強風に相当？）なんです。プロペラ型は手でちょっと動かして起動しています。模型レベルでなるべく１００円ショップの安い材料でなんて欲張っていますのでなかなか良いアイデアが出ません。ヒントになる情報を勉強中です。どなたか良いアイデアをお持ちのかたはお教え頂ければ幸いです。そんなの無理かな？（笑）