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Project RX2001 ハイブリッド発電による観測システムの実験 |
| ▼ Project RX2000 システム試験概要 |
| ▼ Project RX2000 太陽電池発電システムの実験 |
| ▼ Project RX2001 太陽電池発電による定点観測システム構築 |
| ▼ Project RX2001 ハイブリッド発電による観測システム構築 <--/a--> |
| ▼ Project RX2003 太陽電池発電による定点観測システム構築 実施 |
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風力発電機の設計メモ
簡単な風力発電機を製作し、実験してみようと思う。自転車のダイナモでは６Ｖで出力も小さいと 聞いているので、オートバイか軽乗用車辺りが良いかもしれない。羽は８枚。直径は７０センチ位だ。 風車の方向が風下向きに発電する方法で、羽はアルミ製。表面を湾曲させ、 裏面に軽い発泡剤を流して塗装加工し揚力を持たせる。 風向による回転部分からは電動ドリルの補修部品のカーボンブラシか何かで集電する。 |
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風力発電機の方式はエンテ型。正式には別の名称があるようだが、私にとってはこの方が判り易い。 風下で発電し、強風時には二重円盤のカム機構でタービンブレードが後方に傾き投影面積を減少させる。 ギアにより複数のダイナモを高速回転させる方法も考えた。ギア式の場合は集電子は不要だ。 その後、調べてみると、自転車にはハブダイナモという製品があることを失念していた。ハブダイナモは 低速回転する車軸ハブで発電するダイナモだ。円周部で発電する旧来のダイナモよりも遥かに低い回転数 で発電が可能だ。これを使わない手はない。 |
 先日、娘の作った不思議な風車の工作を見て思いついたのがこれ。 螺旋ギャップ円柱風車と名付けた。太さの違うアルミ製シリンダーには、風を取り込み揚力を発生させるギャップが らせん状に刻まれている。ここを風が通過する時、シリンダー全体が回転する。 現在、模型を制作中。特許は取れないでしょうね。よく考えれば 原理的にはダリウス型のとサポニウス型を合体させて低風速にも対応させる目的でねじっただけ。 一般的なサポニウス風車は２枚羽だが、３枚にすると、風の抜けが良くなるかもしれない。 外見的にもサポニウス風車の無骨さが無くなり、面白いかもしれない。って、これ 「トウキビあります」の看板じゃん！ |
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風が反対側のブレードの裏側に流れないと、単なる抗力型風車となって、とうきび売りの看板 になってしまうので、本風車はサポニウス型として、中心部から風が反対側の風車を押すように配慮している。 |
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実際の量産を意識した平面プレートバージョン → 羽はアルミ合金製。ダリウス型の性格を取り入れ、若干空力曲面を取り入れる事も可能。 ハブダイナモから伸びる支柱はアルミ合金製で扇形に上下に広がり、台形の形状で荷重を 担う。アルミ合金なので金属疲労にはあまり強く無いが、風の弱い森林地帯での使用を 目指して設計している。あくまでも、自社用なので実験的に未知数。デザインには配慮した。 |
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| ハブダイナモは、おおよそ６Ｖ／５００mA（２.４Ｗ）程度の電気が起きる。 メーカーとしてはほとんどの自転車メーカーで補修部品として扱っている。価格は￥２,５００〜￥６,０００、 シマノなどの 自転車用品メーカーで販売しているのが安いかもしれない。定価￥２,９００なので１０個位並べて グルグル回せば壮観だ。それでも３０Ｗ程度だが、弱い風で軽く回るので実験には最適。 近所の自転車店では￥２,６００円で購入出来た。内部の減速比率は、タイヤダイナモの１／８に設定されているようだ。 形状からすればクロスフロー型やダリウス型などの縦形全方向風車のほうが適しているかもしれない。 倍電圧整流回路を用いて１２Ｖで使用する事が可能だ。太陽電池パネルとの連携も出来る。 |
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通常自転車の車輪が１回転するときに、リムダイナモでは３０回転程度する高速回転で発電するのに対し、タイヤ１回転で ハブダイナモも１回転と、非常に低速でも発電が開始出来る事がメリットだろう。つまり、比較的大きな羽に多段に連結した ハブダイナモを回転させるというシステムも思い浮かぶ。まるでタービンブレードのようだ。 極数を数えてみると、タイヤダイナモ の場合、１回転８極程度の物が一般的だが、シマノのハブダイナモでは１回転６４極にも及ぶ。製品の一例では、内部で減速機構 が入っている物もあるので、これもそのような仕組みがあるのかもしれないが、アルミ合金できつくはめ込んであるので、開封は 不可能だ。 
ハブダイナモはアルミ合金製の筐体に入っている為、単体ではかなりの重量が有る。ブレードの構造から言えば、片側で支えるのが
楽なのだが、支える側もかなり剛性の高い物が必要だろう。前後で支えるならアルミアングルでも大丈夫だ。
反面、タイヤダイナモは昔に比べかなり軽量だ。直径も３センチ以下なので、数個を束ねて中心にタービン軸を入れてビンチローラー
的に回せば、それなりに電力も得られそうだ。ローラーを使う事で、必要回転数を１／３〜１／４程度まで落とす事も出来るので
高速回転が必要なタイヤダイナモでも有効だと考える。もちろん、出力を倍電圧整流すれば１２Ｖ系レギュレータでも使用できる。
交流発電機のメリットだ。
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ハブダイナモの主軸は両端に出ていて、外周部は車輪のように回る為、縦に複数連結することができる。
出力電力の小さい自転車用ダイナモを有効に使う為には、このように前後に複数連結して使用する事も考えられる。
シマノのハブダイナモのスポーク穴は２.８mmだ。２.６mmのネジナットを使用するか、３mmのネジをタッピングネジ風に
無理やり使う方法も可能だ。負荷分散のため、リム穴はすべて使用する事が望ましい。もちろん、ドリルで穴を広げて
太いボルトを使用しても良い。
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