先日、放送された「所さんの目がテン！」で
東京理科大学 川村康文教授がサボニウス型風車を紹介されていました。
とても興味深かったので私も作ってみました。
・・・と言っても、実用的な大きなものを作るのは無理なので、
ペットボトルを再利用したミニチュア版です。
サボニウス型風車は円柱状のものを縦半分に切って
左右にずらし、中心に軸を取り付けたような格好になっています。
テレビの説明では、
「一度受けた風の力を もう一度内側から利用できるので 風速が弱くても回りやすい。」
とのことでした。
この下の写真の風車は 3段になっています。
計6枚の羽を60度ずつずらしてあり、
どの方向から風が吹いても回りやすいように、川村教授が改良されたものだそうです。
私が作ったものは残念ながら1段です。
①
キリン メッツ(1.5L)のペットボトルを縦半分に切って
中心をずらしてCDに取り付けています。
②
磁石はダイソーで販売されている直径13mmの磁石を
木の周りに8個×2段 貼り付けました。
N極とS極が交互に外側を向いています。
③
中心に ダイソーで販売されている魚串を刺しています。
魚串の尖った方を下側にして、
上の方も、少し尖らせています。
④
土台です
下の板には顕微鏡のスライドガラスにM2用ナットを貼り、
その真上に位置するところに6mmφのネオジム磁石にM2用ワッシャーを貼って
なるべく中心軸がぶれないようにしています。
ガラス上で回ることで摩擦抵抗も軽減できます。
③に①を差し込んで、土台に取り付けるとこんな感じです。
⑤
発電用のコイルです。4つのボビンそれぞれに
0.1mmφのポリウレタン銅線(UEW)を2500回ずつ巻いています。
４つのコイルを直列に繋いで
極性が同じになるように土台に取り付けました。
コイルの両端はブレッボボードへ差し込んでいます。
LEDは逆向きの並列接続にしています。
これで完成で～す！
風が吹いて、サボニウス風車が回るとLEDが点灯します。
ビデオで撮影してみました。
＜発電の様子について自由研究＞
今回の装置では、コイルの近くで磁石が回転しています。
コイルに磁石が近づいたり離れたりすることで、電磁誘導が起きて
コイルには誘導電流が流れ、誘導起電力が発生します。
誘導電流はレンツの法則により、下図のように流れます。
上のビデオ程度の速度で風車を回転させたときに
発生する誘導起電力の波形は下のようになりました。
LEDを接続していない無負荷状態の波形
磁石が1回転する間に、コイルにはN極、S極が4回接近するので
磁石が1回転するのに要する時間は 0.4秒となります。
正方向が5.8V、負方向が4.8Vと違う理由はわかりません。
LEDを逆向きの並列接続にした時の波形
1.9Vが赤色LEDを順方向に繋いだ方で、
-2.6Vが青色LEDを順方向に繋いだ方です。
★ 負荷がかかると無負荷状態に比べて、
周期が長く(周波数が低く)なっている様子がわかります。
★ 逆向きの並列接続にしておくと、
LEDにかかる逆電圧がおさえられます。
＜全波整流回路にしてみました。＞
この波形↓ は青色LED1個を接続したときのものです。
電圧が常に正となるので、
イルミネーションLEDを接続すると色が変化します。
＜倍電圧回路にしてみました。＞
直列で4個のLEDが点灯しました。
(実は上の全波整流回路でも 直列4個のLEDが点灯しましたが 光り方が弱いです。)
