懐中電灯またはトーチは、停電などの緊急事態で非常に役立ちます。これらの懐中電灯は電池式であり、特定の間隔で定期的に充電する必要があります。しかし、電気がなく、懐中電灯が切れている場合はどうなりますか？そのような状況では、機械式の充電可能な懐中電灯は非常に良いオプションであり、それに取り付けられたレバーを回すことで充電できます。機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換して内部のバッテリーを充電するためのメカニズムとギアがいくつかあります。ここでは、同じ原理を使用して、スーパーキャパシターを備えた非常用懐中電灯を作成しています。このスーパーキャパシターは、接続されているDCモーターを回転させることで充電できます。
そのため、このチュートリアルでは、付属の小さなDCモーターを回転させることで充電できる非常用懐中電灯を作成します。これを構築するために、スーパーキャパシタ、LED、およびショットキーダイオードを使用しています。スーパーキャパシタは、 LEDに電力を供給するために使用され、DCモータはスーパーキャパシタを再充電するために使用されます。ショットキーダイオードは、スーパーキャパシターからモーターに電流が流れるのを止めるために使用されます。モーターがスーパーキャパシターに接続されると、モーターはスーパーキャパシターから電力を得て回転を開始し、モーターを使用してスーパーキャパシターを再充電できないためです。したがって、スーパーキャパシタからモーターへの電流の流れを遮断する唯一の方法は、ダイオードを使用することです。他のPN接合ダイオードを使用できますが、ショットキーダイオード 他のPN接合ダイオードと比較して電圧降下が低くなっています。
必要なコンポーネント
- DCモーター
- スーパーキャパシタ
- ショットキーダイオード
- 抵抗器（200オーム）
- スイッチ
- 導いた
DCモーター：
DCモーターは非常に一般的なタイプのモーターであり、低価格で簡単に入手できます。これらのモーターには磁石が装備されています。アーマチュアはこの磁場内に配置されるため、電流がアーマチュアを通過するたびに、アーマチュアが元の位置に対してローターを回転させる力が発生します。
DCモーターは、その形状、サイズ、および動作に応じて、さまざまなタイプに分類できます。主にDCモーターは4つのタイプに分けられます：
- 永久磁石DCモーター
- シリーズDCモーター
- シャントDCモーター
- 複合DCモーター
このプロジェクトでは、Toy \ HobbyDCモーターを使用しています。これは、極性のない2つの端子しかない通常のDCモーターです。その動作電圧は4.5Vから9Vです。また、以下のチュートリアルでDCモーターとそれを制御するさまざまな方法について詳しく学びます。
スーパーキャパシタ：
スーパーキャパシタは、通常のコンデンサよりもはるかに高い静電容量値を持つが、電圧制限が低い大容量コンデンサです。スーパーキャパシターは、キャパシターとバッテリーの特性を1つのデバイスに結合します。スーパーキャパシターは、電解コンデンサーの10〜100倍のエネルギーを蓄えることができ、バッテリーよりもはるかに速く充電を受け取り、供給することができ、充電式バッテリーよりも多くの充放電サイクルを持ちます。スーパーキャパシタの詳細については、こちらをご覧ください。
このプロジェクトでは、5.5V1Fコインスーパーキャパシタを使用しています。先に進む前に、このスーパーキャパシタがどれだけのエネルギーを蓄えることができるかを確認します。次の式を使用して、エネルギー貯蔵量を計算できます。
E = 1 / 2CV 2
ここで、E =エネルギー
C =静電容量
V =電圧
この場合、C = 1FおよびV = 5.5Vです。
E =½* 1 * 5.5 * 5.5E = 15ジュール
スーパーキャパシタの極性を下の画像に示します。矢印の方向は、正の端子から負の端子への電流の流れを表します。
ショットキーダイオード：
ショットキーダイオードは、ホットキャリアダイオード/バリアダイオードとしても知られています。名前が示すように、それは逆方向への電流の流れを止めるための障壁として使用されます。電流はアノードから入り、カソードから出ます。ショットキーダイオードは、PN接合ダイオードと比較して、順方向電圧降下が少なく、スイッチング速度が速いです。
ショットキーダイオードの電圧降下は一般に0.15〜0.45ボルトですが、通常のPN接合ダイオードの電圧降下は0.6〜1.7です。
発電機としてのDCモーター
回路全体を作成する前に、DCモーターを使用してAC電圧を生成する方法を見てみましょう。以下の回路に示すように、モーターとLEDを接続します。
モーターには極性がないため、最初のワイヤーをLEDのプラスのピンに接続し、次に2番目のワイヤーをLEDのマイナスのピンに接続します。空気を吹き付けてモーターを最高速度まで回転させると、LEDが点灯します。LEDが点灯しない場合は、接続を逆にしてから再度回転させます。
実際のハードウェアイメージを以下に示します。
回路図と動作説明
これで、モーターがどのように電気を生成できるかを見てきました。モーターを使用してスーパーキャパシターを充電し、スーパーキャパシターがLEDに電力を供給します。
ここでは、スーパーキャパシタを使用して電荷を保存し、LEDに長時間電力を供給できるようにします。スーパーキャパシタのマイナス端子をモーターの最初のワイヤーに接続し、プラス端子をショットキーダイオードを介してモーターの2番目のワイヤーに接続します。
前に述べたように、ショットキーダイオードは反対方向への電流の流れを遮断するために使用されます。したがって、ショットキーダイオードの正の端子をモーターに接続し、負の端子をスーパーキャパシタに接続します。これで、電流はアノードからカソードに流れ、カソードからアノードへの電流の流れを遮断します。つまり、電流はモーターからスーパーキャパシターにのみ流れます。ショットキーダイオードは、通常のダイオードよりも電力損失が少ないため、ここで使用されます。
次に、LEDをスーパーキャパシタに接続し、抵抗を使用して消費電力を制限します。スライダースイッチは、LEDのオンとオフを切り替えるためにも使用されます。スーパーキャパシタとLEDの正のピンをスイッチの2番目と3番目のピンに接続し、LEDの負のピンをスイッチの最初のピンに接続します。
接続後、私の懐中電灯のプロトタイプは以下の画像のようになります。段ボールを使ってパイプのような構造にしました。
最後に、機械式の緊急懐中電灯の準備が整いました。ファンに空気を吹き込んで回転させます。モーターがスーパーキャパシターを充電し、スーパーキャパシターがLEDに電力を供給します。より多くの光のために、より明るいLEDを使用できます。スーパーキャパシタが完全に充電されると、LEDに約1分間電力を供給することができます。10分。モーターを回転させるために、空気を吹き込む代わりに、より効率的なギアとレバーのメカニズムを構築することができます。
このプロジェクトに関して質問がある場合は、コメントセクションに残してください。
完全なデモンストレーションビデオを以下に示します。