手回し直流発電機と充電カー

直流モーターを発電機として使用し

発電した電気を電気二重層コンデンサに充電してから 車を走らせる実験です。

発電機は市販のギアボックスを使用し、

モーターシャフトを速く回転させることで出力電圧が高くなります。

充電用に使用した電気二重層コンデンサは

二次電池に比べ充放電を短時間で行えるので

約3～5分間充電させると、約2分間車を走らせることが出来ます。

まず、手回し直流発電機を作ります。

①

エコモーターギアボックス(TAMIYA 楽しい工作シリーズ№203)

ギア比 38.2：1 で組み立てます。

直流モーターに電池を接続すると、モーター軸が回転しますが、

逆にモーター軸を回転させると、発電することを利用するものです。

このギアボックスにはソーラーモーターがついています。

普通の小型モーターがついたギアボックスをギア比38.2：1 程度で組むと

発生電圧が低く、充電できません。

ギア比を上げると、発生電圧は高くなりますが

ギアが壊れやすいので要注意です。

②

付属のクランクプレートを使って、手回しハンドルを作ります。

木製アイス棒を7～8cmに切断し

ドリル刃3mmを使って3ケ所に穴を開けます。

 ③

アイス棒をクランクプレートにネジで固定し、

ハンドルとしてM3×40～50mm程度のネジを取り付けます。

回しやすいように、ネジには4mmφのストローを通しておきます。

ネジの端の方をワッシャーとナットでアイス棒を挟むようにしっかり固定します。

④

これをギアボックスのシャフトに差し込みます。 

下の写真のように差し込んだ場合は、

手回しハンドルを時計回りに回転させると充電できます。

反対側のシャフトに差し込んだ場合は

反時計回りに回転させると充電できます。

⑤

このままでは回しにくいので、持ち手を取りつけます。

内径28mmの筒状のものならOKです。

下の写真のような、ものが使用できます。

(ロッテ BLACK BLACK タブレット、グリコ フレンドチョコ) 

⑥

筒状のお菓子ケースの底にハンダこてなどで穴を開け

ミノムシクリップ付きのリード線(30～50cm程度)を通します。

⑦

モーターから出ているリード線と⑥のリード線をハンダ付けして

ハンダ箇所はビニールテープで絶縁しておきます。

⑧

ギアボックスを筒状のお菓子ケースに差し込んで接着剤で固定します。

充電用の回路を組み立てます。

回路図は下の図の通りです。

⑨
幅47mmのユニバーサル基板を長さ30mm程度に切り
ドリル刃3mmを使って4隅に穴を開けます。

⑩

 上の回路図のように回路を組み立てます。

⑪
入力用の端子は、抵抗やダイオードなどの切断した足を使用し
＋、－ と書いておくと、充電するときにわかりやすいです。

自動車を作ります。

⑫
プーリーは直径3.8cmの厚紙2枚に、直径3.5cmのダンボールを挟んで作ります。
中心を竹串に刺して

⑬
木工用ボンドでしっかり固めます。
（隙間に輪ゴムが入らないように）

⑭
モーターはソーラーモーター 03(TAMIYA ソーラー工作シリーズ No.11)を使用します。
（0.5V程度の低い電圧でも作動するので、コンデンサ電圧が下がってもかなり回り続けます。）

ピニオンギアが付属されているので
輪ゴム外れ防止用に、モーター軸に取り付けておきます。
モーターを固定するために
3.5cm角のダンボールに直径2.5cmの穴を開けたもの3枚を貼り合わせます。

⑮
車体は厚紙を切って、穴を開けます。

⑯
⑩の基板の4隅の穴にM3×10mmのネジを入れて、ナットで固定します。

⑭のモーターをモーター用穴に入れて接着材で固定し
配線用の穴からリード線を出して、⑩の基板に接続します。
接続箇所は回路図を参照。

⑰
基板の4つのネジを基板用の穴に入れて、裏からナットで固定します。

 ⑱
車体ののりしろ部分を貼り付け、
車輪用の穴に4mmφのストローを通して、
1～2mm程度厚紙から出たところで切断します。

⑲
タイヤは多目的EVAクッション(直径4cm×厚さ1cm)の中心に
目打ちなどで穴を開けて使用します。

⑳
プーリーとタイヤをセットして、
プーリーとモーター軸に輪ゴムをかけます。

これで完成 !!

＜やり方＞

①

基板プラス側に手回し発電機の赤のリード線、

マイナス側に黒のリード線を接続します。

②
手回し発電機を回すと、赤のLEDが点灯するとともに充電し始めます。

③
電気二重層コンデンサの端子電圧が2.4～2.5Vを超えると青色LEDが点灯し始めます。
(素早く回した場合 約3分、通常 約5分程度 かかります。)

④
ミノムシクリップを取り外し、スイッチをオンにすると走り始めます。
(約2分程度 走行します。)

下のビデオは充電時のコンデンサの電圧を測定しています。
電圧が2.4～2.5Vで青色LEDが点灯し始めます。

単三乾電池3本を直列(4.5V)をつないでも充電できます。

＜耐圧対策について自由研究＞
今回作成した手回し発電機を回した場合、回す速度によって電圧は変化しますが、
普通程度の速度で回した場合、発生電圧の最大は約4.5Vです。
(速く回すほど電圧は上昇します。)

 

入力電圧4.5Vに対し、電気二重層コンデンサの耐圧は3Vなので対策が必要、
また赤色LEDに対しても耐圧対策が必要となります。

計算方法の詳細はこちらを参照
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H13/html/H1312A17_.html

これ以外の実験や工作も掲載していますので、

こちらも見てみて下さい。

http://www.eneene.com/