科學實驗DIY: 風力發電~

前些時候,小閃光開口要我買一個小發電機,原來她在報紙上看到親子專欄介紹DIY風車發電的小實驗,熱衷手工藝的她特地剪報留下來,還想動手做一個試試。原本只是小學生的一時興起,卻無意引燃工程師心中熊熊的科學研究RD魂,一發不可收拾~~~

查了資料,基本上電力可以驅動馬達,逆向轉動馬達就可以產生電力,餘下的就是效率的問題,似乎發電機的主流以無刷式為主(線圈固定,轉動磁鐵,因此不需電刷)。網路上有人在賣現成套件或材料,價格不高,但,100%廢物利用才是DIY的終極奧義呀! (握拳)

於是,放著花一百多塊就可以實現夢想的機會,中年人踏上了孤寂的研發之路(明明是自討苦吃),展開利用零散閒暇撿破爛拆零件玩手工做實驗的日子。

下圖是某位幼年曾以科學家為第一志願但目前看來會以程式工人終老一生的中年人,堅持零採購DIY實現風力發電過程所嘗試材料的一小部分: (不含一個精心製作直徑30公分卻發現轉不快的塑膠瓦楞板風車扇、由各種廢棄3C產品中拆下來的軸承/齒輪/皮帶、一具寶特瓶改裝的風車扇... 等等)

圖中零件解說如下:

  1. 附螺絲孔可鎖住固定的DVD托盤進退馬達(被鎖在DVD鐵殼的另一面,照片只看得到螺絲及轉軸),經測試能點亮LED,但效率不佳(空轉產生的最高電壓約3V,接上消耗電力元件後轉動阻力會變大,電壓會下降,因此全速轉動時產生的亮度不高,關燈看才明顯)
  2. DVD軸心步進馬達,有人說步進馬達效率不錯,但手上這顆轉動阻力很大,產生的電壓很低
  3. 帶動DVD雷射頭位移的馬達,又小又難轉,直接放棄
  4. 某小型按摩器拆來下的玩具馬達,效果跟托盤進退馬達相近
  5. 由小木頭故障四驅車割肉取得的"引擎",原本寄予厚望,但後來發現轉動阻力不小,效果不佳。虧我還很用心地仿冒了寶特瓶蓋軸心+變速齒輪組 + 寶特瓶風車扇,不過... 轉不動就是轉不動~~
  6. 自製風車扇葉失敗後,發現這個三葉竹蜻蜓玩具當螺旋槳效果不錯,在電風扇前可以帶動馬達高速旋轉。不想破壞玩具,所以我塞了一小截竹筷子,中央鑽洞供馬達軸心插入固定用

經過幾個星期零星嘗試,測出的最佳組合是1 + 6,在電風扇強風下可以讓LED微亮(但要關燈才看得清楚)。這個實驗結果並沒有讓我滿意,所以這段時間只要身旁出現跟風力發電可能相關的東西,就難逃我的魔掌。連去超市購物,都在馬路上撿一個擦痕累累疑似被機車碾過的綠色塑膠竹蜻蜓葉片(桿子不知去向)回來當儲備材料。

說來也巧,前幾天整理家裡,清出一台古董紅色跑車造型迴帶機(擔心年輕朋友可能不知道這是啥鬼,特別爬網找來參考照片: 照片1 照片2,同場加映局部拆解文)。閒置多年的無用裝備,落到醉心於發電科學研究者手上,想當然爾也知是何下場,自然難逃強迫"器官損贈"的命運。拆解取出馬達,驚喜地發現大電流高扭力的馬達發電效率特好,光用手指轉就可以飆出近5V的電壓,如獲至寶!

興奮地裝上6號三葉竹蜻蜓,電風扇強風測試發現空轉時能產生4-5V的電壓,終於能瀟灑地點亮LED,不用靠遮光關燈強說有電。這個結果讓我士氣大振,立馬再嘗試上回拾荒而得的塑膠竹蜻蜓,很有創意地鋸了一小段鉛筆補足中央空洞,石墨筆蕊的粗細供馬達軸心插入剛好,實在太搭了。測試發現輕巧的拾荒竹蜻蜓表現比6號竹蜻蜓更好,空轉時甚至電壓可飆上6V,接上LED的亮度也更驚人。既然最佳組合出現了,二話不說,找了個電腦機殼多餘的5 1/4"磁碟槽外蓋當底板,配上兩顆LED,組裝固定成方便把玩的模組。

 

附上實驗影片:

展示影片

【後記】

成品很快就成為小閃光跟小木頭的玩具,但隔沒多久小閃光跑來跟我報告實驗心得,說她試了家裡的兩支電風扇,結果16"電風扇開到中級還會亮,14"的一定要開到強風才會勉強亮,雖然是很淺顯的觀察對照,但加上製作實驗期間常叫兩人幫忙拿電錶量電壓讀數字,也學會分辨LED的正負極,多少也算做到科學精神的親子體驗啦! (雖然誰都看得出全程最嗨的是誰! XD)

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Published 17 July 2011 10:22 AM 由 Jeffrey
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Views: 25,473



意見

# QQBoxy said on 21 July, 2011 02:10 PM

敝人以前也做過,

不過只要開微風就會點亮LED了,

選擇步進馬達發電量會比較大 : )

# Donjuan said on 11 August, 2011 11:27 AM

步進馬達主要用於控制,扭力大,除非加上變速箱,不然不太適合微型風力發電

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一個醉心技術又酷愛分享的Coding魔人,十年的IT職場生涯,寫過系統、管過專案, 也帶過團隊,最後還是無怨無悔地選擇了技術鑽研這條路,近年來則以做一個"有為的中年人"自許。

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