| 迎え角 ０° | |
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①から⑧の位置にブレードを置いて手で固定しておき、風を当てながら手を離したときに、ブレードが動き出す向きと速さを観測したものです。 矢印の長さは、見た目の感じで、回転力を正確に現したものではない。 迎え角０°の場合、④の位置にあったときだけ、反対向きに動いた。 |
| 迎え角 ５° | |
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迎え角５°の場合、 ⑥の位置のときに、反対向きに動いた。 |
| 迎え角 １０° | |
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迎え角１０°のとき、 ⑤と⑧の位置では、どちらにも動かなかった。 ⑥と⑦の位置では、反対向きに動いた。 |
| 内向きの迎え角 １０° | |
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内向きの迎え角１０°の時、 ⑤にいちでは動かず、 ②、③、④の位置では、反対向きに動いた。 |
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Ⅲでは実用になりそうにないので、もう少し大きくて軽いブレードを作って見ました。 |
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| 翼形 ＮＡＣＡ４４２０ | 木材で骨格を作る | デニム生地を貼る |
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弦長 １８０ｍｍ 翼長 ９００ｍｍ 重量 ８００ｇ |
| 防水用の塗装をする | 水性の塗料では波打つ | |
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布製ブレード ３枚 直径 ９００ｍｍ 迎え角（外向き） 充電電流 回転数 この実験では、迎え角 ５～７°あたりが良さそうです。 |
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実用になりそうなストレートダリウスを模索して、上記Ⅱのブレードで、直径を１０００ｍｍに改良してみました。迎え角は１５度に設定しました。 |
| 観 測 結 果 扇風機では風車の一部にしか風が当たらないので、十分な観測はできませんでした。 直径が大きくなったので、回転のモーメントが大きくなって、１ｍ／ｓ強の風でも 自立起動するようです。 扇風機から１ｍのところで、速いときで３０～４０ｒｐｍ程度で、まったく実用に はなりそうもありません。 畑に設置して観測してみましたが、５ｍ／ｓ程度の風でも６０ｒｐｍ以上は観測で きませんでした。 トルクもそれほど大きいとは思えないので、増速して発電機に接続しても、出力は 期待できそうにないので、中止しました。 |
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上記のⅠでは、３ｍ／ｓ程度の風では全く実用にならないので、５枚ブレードに改良 |
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ブレード 材 質 レッドシラー |
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| 観 測 結 果 直径４５Ｃｍ １５０Ｗの産業用扇風機から１ｍ（５～６ｍ／ｓ）のところで、 自作発電機１号機（１５０ｒｐｍで１２Ｖ）を直結し、翼の迎え角（中心線と 接線のなす角度）を変えて、回転数と充電電流を測定してみました。 角度 風車のみ(rpm) 無負荷時(rpm) 充電時(rpm) 充電電流(mA) ０ 回転しない ５ １９３～１９９ １８７～１９５ １３８～１４１ ７０ １０ ２０５～２１０ １８７～１９７ １４２～１４７ ８０ １３ ２１５～２００ １９０～２０５ １４０～１５０ ８０～１００ １５ １８４～２０４ １８４～１９７ １３８～１５３ ７０～１１０ １７ １８３～１９８ １７５～１８９ １３６～１４４ ７０～８０ ２０ １２０～１４０ この結果からみると、迎え角は、１３～１５度程度がよさそうです。 風が同じ強さで当たらないためか、回転数が周期的に早くなったり遅くなったり を繰り返していました。 畑での自然の風での観測結果 発電機を直結した状態で、３ｍ／ｓ程度の風で自立起動している。 いったん起動すると、２ｍ／ｓ程度でも回転している。 ３ｍ／ｓ程度の時の充電電流は２０ｍＡ程度、時折５ｍ／ｓ程度になったときに ８０ｍＡ程度充電していた。 この風車が風を受ける面積は、５８８０平方センチ、風速５ｍ／ｓの時の風のエ ネルギーは約４５Ｗ、充電電流が８０ｍＡの時の電力は０．９６Ｗだから、 この風車と発電機の総合効率は２．１％ となって、プロペラ型には到底および ません。 |
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| 回転しているときの最適な迎え角の検討 |
| 一度は作ってみたいと思っていたストレートダリウスに挑戦してみました。 翼材は、物干し場を作ったときの残材のレッドシダー２×４材です。 |
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ブレード 材 質 レッドシダー ２×４材 ブレード長 ９８０ｍｍ 翼 玄 長 １４０ｍｍ 翼 形 段ボール製の実験から、非対称 翼の方が自己起動し易かったので ＨＰの中から適当な非対称の物を 選んで製作しました。 |
 風車直径 ５８Ｃｍ |
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| 実験結果と考察 ４５Ｃｍ産業用扇風機から１ｍの位置（５～６ｍ／ｓ程度）で測定した結果 ・平面を外側にしたとき（迎え角は１３度前後） 風車だけで発電機を取り付けないとき １５０ｒｐｍ程度 ・平面を内側にしたとき（迎え角は１３度前後） 風車だけで発電機を取り付けないとき ２５０ｒｐｍ程度 周速比 １．５程度 ・自作の発電機（４号 １２５ｒｐｍで１２Ｖ）を取り付けたとき、 充電電流は１００ｍＡ（約１．２Ｗ）程度 考 察 ・起動トルクが小さくて、３ｍ／ｓ程度の風では自己起動出来ない。 ・支持装置の共振点が１２５～１３０ｒｐｍ辺りにあり、少しでもバランスがずれ ていると、１２５ｒｐｍ、２５０ｒｐｍ 辺りで大きく振動してしまう。 ・ブレード１枚が１．２Ｋｇあり、発電機の慣性重量も大きいので、充電可能な 回転数になるまでに２分以上かかって、自然の風では実用になりそうもない |
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| ８枚のブレードでは、３０°前後が良さそうです。 １２枚のブレードでは、４０°前後が良さそうでした。 クロスフロー方はトルクが大きいので、無負荷時と充電時の 回転数の差が小さい。 |
| 直径２００ｍｍで２ｍｍ厚の塩ビのパイプが入手できましたので、 曲面ブレードのクロスフロー型を実験してみました。 |
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ブレード 材 質 ２ｍｍ厚の塩ビ 形 状 直径２００ｍｍを４等分 翼 玄 長 １５７ｍｍ ブレード長 １０００ｍｍ 翼 枚 数 ８枚 風車直径 ６００ｍｍ |
| ブレードの角度の検討 下の図と写真のように、垂線との角度を変えながら、回転数や充電電流量を測定してみた。 |
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| 私の住んでいる山間の地域では、絶えず風向が変化している。プロペラ型の風車では、変化についていけなくて効率が悪いように思える。 そこで、垂直型の風車（サボニウス・クロスフロー・ストレートダリウス）を試作してみることにした。 |
| この実験では、止まっているブレードに風をあてたときの回転力ですので、迎え角が０°から５°当たりが良さそうですが、回転しているときの最適な迎え角は、もう少し大きいようです。 |
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プロペラ型の風車が回るのは、直感的にも分かりますが、ストレートダリウスがどうして回るのかを確認する実験をしてみました。 |
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| このブレード ３，４，５枚の比較実験をしてみました。
オルタネーター 自作 ６号発電機 産業用扇風機で １ｍの距離 弱、中、強 に切り替えて観測 |
| ３枚 迎え角７° | ４枚 迎え角７° | ５枚 迎え角７° | |
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自律起動しない |
自律起動しない |
やっと起動する |
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手で起動させると回る |
やっと起動する |
６０秒で充電開始 ４０ｍA |
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４０秒で充電開始 １２０ｍA |
３５秒で充電開始 １４０ｍA |
３０秒で充電開始 １００ｍA |
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この実験では、中の風では３枚、強の風では４枚の充電量が大きくなりましたが、 |
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ブレードの枚数を１２枚に増やす。
発電機を低速用７号機に変更する。 観測結果 |
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この風車（８枚ブレード）に、自作１号発電機（１５０ｒｐｍで約１２Ｖ発生）を取り付けて観測してみた。 観 測 結 果 |
| 曲面のブレードを作るのは大変なので、平らな板を折り曲げた形のブレード のクロスフロー型の模型を、厚紙で作ってみたところ、結構回りそうなので、 外装用の合板で試作してみました。 |
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風車の直径 ４０Cm ブレードの長さ ８０Cm 発電機は、サボニウスに取り付けたものです。 |
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| 実 験 結 果 大型扇風機で風を当てて測定してみましたが、サボニウスとほぼ同程度の効率のようです。 大型扇風機から１ｍの距離で測定した結果 これから、自然の風で観測してみる予定ですが、３ｍ／ｓ程度の風でもっと出力 直径３０Ｃｍ程度の塩ビ管で、なめらかな曲面のブレードができれば、かなりの |
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| １．サボニウス型風車の試作 |
| 次のような方法で、ブレードの迎え角を変えながら、風によって受ける回転力を調べてみました | ||
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| 迎え角 ０° | 外向きに迎え角 １０° | 内向きに迎え角 １０° |
| 効率は良くないが、失敗が少ないと思われるサボニウス型風車から試作 を始めました。 |
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風車直径 ４０Ｃｍ バケット高さ ８０Ｃｍ この風車に、自作４号発電機（１２５ｒｐｍで |
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ブレード 布製 ３枚 直径 ９００ｍｍ
オルタネーター 自作 ６号発電機 起動の補助として、上部に雨どい製のクロスフロー風車 を取り付けてみた。 ２ｍ／ｓ強で起動する。 |
| ９．ストレートダリウス Ⅴ |
| ８．ストレートダリウス Ⅳ |
| ７．ストレートダリウス Ⅲ |
| ６．ストレートダリウス Ⅱ |
| ５．ストレートダリウス Ⅰ |
| ４．塩ビ板クロスフロー型の改良 |
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| 垂線との角度 | ０°のとき | ３０°のとき |
| ３．塩ビ板クロスフロー型の試作 |
| ２．クロスフロー型の試作 |