自動発電機:エレクトロニクス業界の必須ガイド

日曜大工 (DIY) の時代に、職場や自宅で動作する自己発電機を設定することを気にしない人はいますか?自己発電型の発電機は、使用と組み立てが簡単であるだけでなく、クリーンなエネルギー源であるため効率的です。さらに、セットアップ全体に費用がかからず、継続的に機能します。

つまり、クリーンに走るのにディーゼルは必要ありません。そのため、人体へのリスクはほとんどありません。一方、ガソリンによる定期的な発電は、人類にとってしばしば危険な汚染物質を排出します。クリーンエネルギー源を考慮する場合、ナノエネルギーも含まれます。ナノエネルギーは、出力エネルギーがほぼ同じであるだけでなく、住宅システムのエネルギー環境の安全性も保証します。発電機と電子エネルギーに関しては、それだけではありません。広範な知識に興味がある場合は、読み進めてください。

1.自動発電機とは

自動発電機は、一貫した電気出力電力を生成することによって機能する電気装置です。多くの場合、出力電力生成の大きさが入力電源に取って代わります。次に、他の発電機とは異なり、電気モーターとオルタネーターを接続して自動的に電流を生成するという原理で動作します。燃料を一切使わずに行います。

(電気モーターの部品)。

2.自動発電機の仕組み

自己発電型発電機がどのように動作するかをまとめると、3 つの重要なことがわかります。それらには以下が含まれます。電気モーター、オルタネーター、および動作原理 (定義に記載)。

以下は、ジェネレーターが機能する実際の手順です。

まず、ブラシレスモーターはバッテリー電力と電子速度コントローラー (ESC) から電力を受け取ります。ほとんどの場合、モーターはドラッグで約3000および5000 rpmでオンになります。
次に、ブラシレスモーターが AC モーターを駆動して、DC と AC の両方の形式の電力を生成します。
ブラシレスモーターに電力を供給するために、DC 電源出力は整流され、その後コンデンサーバッテリーを通過します。また、このステップは、AC モーターやブラシレスモーターの速度の不規則性から一般的に現れる電圧の不規則性を止めるのに役立ちます。

ACモーターと発電機）

第 4 に、発電機の制御システムは、AC および DC 入力電圧と電力網の負荷を制御します。
LCD にバッテリーのパーセンテージ、稼働時間、電圧が表示されます。ここのボタンは、指示に従って電圧と実行時間を設定します。
自動スイッチを使用して、最近使用したバッテリーからコンデンサーバッテリーに電圧を変更することもできます。次に、現在使用していないバッテリーを充電します。
最後に、Arduino ボードはブラシレスモーターの温度をチェックするのに役立ちます。

3.自動発電機の作り方

一般に、発電機のさまざまな部分が機能して、機械の稼働に役立つ健全な効果を生み出します。それらのいくつかは次のとおりです:

ローター

動きを補助する電気モーターの一部です。ほとんどの場合、通電導体を使用して固定子と相互作用し、最終的に機械エネルギーを生成することによってこれを行います。

DCモーターローター）

ベアリング

回転中に特定の軸にとどまるように、ローターに機械的サポートを提供します。繰り返しますが、ベアリングはモーターハウジングからしっかりと支えられ、しっかりと固定されています。

ベアリングの写真)

自力発電機 - ステーター

永久磁石または巻線磁石の 2 つのコンポーネントのいずれかを備えています。その結果、コンポーネントは静止状態を維持します。さらに、コアには薄い金属シートであるラミネーションがあります。

オルタネータースターター)

自己発電機 - エアギャップ

ステーターとローターの間の空間です。エアギャップスペースは常に小さくする必要があります。エアギャップが大きくなると、モーターの性能に悪影響を及ぼすためです。

セルフパワー発電機 - 巻線

鉄でできた磁気コアの周りをコイルのように巻いたワイヤを指します。巻線の配置は、電流を通すための磁極を形成するのに役立ちます。

(機械の巻線)

自力発電機 - 整流子

最後のコンポーネントである整流子は、発電機の重要な部分を形成します。これがないとモーターが回りません。これは、電流の反転をもたらし、機械に最適に電力を供給することによって機能します。技術的には、AC マシンと DC マシンの入力を切り替えるメカニズムです。さらに、DC マシンと AC マシンには、互いに絶縁されたスリップリングセグメントがあります。電気モーターシャフトもお忘れなく。

自動発電機の作成手順は次のとおりです。

まず、電気ローターとオルタネーターを接続するプーリーを使用します。これにより、電気モーターから発電機への機械エネルギーの流れに貢献します。

自力発電機–注意

ローターのワット数は少ない方がよい。ワット数が少ないほど、外部使用により多くの出力電力を生成できる可能性が高くなります。より高いワットは発電機の電力出力を消費するため、外部ユーティリティの電力は低くなります。

次に、電力調整器を介して電動ローターをバッテリーに接続します。これを行う理由は、速度モーターの調整を助けるためです。シーリングファンのノブをオンにするレギュレーターを使用することもできます。
バッテリーを取り付けたら、発電機を始動できます。これにより、システムは発電機で徐々にエネルギーを蓄積するための初期エネルギーを受け取ることができます。
4 番目に、発電機の出力から逆接続を行います。レギュレーター（電動モーターの速度調整用）を介した電動モーターのため、バック生産が可能です。
後で、システムの電源が完全にオンになったら、発電機の初期起動電源を取り外して、発電機を継続して稼働させることができます。したがって、最終製品は、使用のための出力電力を発生させながら、電動機用の電力を生成する発電機をもたらす。

まとめ:

総発電量 – ローターで使用される電力 =正味出力

4.その他の関連プロジェクト

ハワード・ジョンソン卿は、数多くの技術的インプットの 1 つとして、システムに最小限の電圧のみを通すことで電気料金を削減する方法を導入しました。その後、接続されたオルタネーターを使用して電圧を上げることができます。

実際には、10V という低い電圧をシステムに通すと、最大 14000V を生成できます。その結果、電気代が少なくなり、簡単に構築できます。

5.ナノエネルギーと自己発電機の関係

何年にもわたって、持続不可能な電力供給の問題を根絶する必要がありました。それは、代替となるさまざまな電源を見つけたり、バッテリーを革新したりしてきました。技術者は、ナノ発電機を使用してナノエネルギーを生成することでこれを実現しました。それらは、環境から収集したエネルギーでエネルギー環境を満たすことによってそうします。たとえば、温度勾配や日射量を使用できます。

次に、特に光電効果、圧電効果、摩擦電気効果などの効果を通じて、環境エネルギーと化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。その後、彼らはナノエネルギーをポータブル電子機器に適用し、セルフパワー化します。

ナノ発電機は、燃料を使用しないため人間にとって安全な自己発電型発電機環境のようにエネルギーを放出します。また、ナノエネルギーの実験装置では、出力エネルギーを直接 (自家発電機のように) 使用することも、いくつかの中間ステップを介して間接的に使用することもできます。

6. Nanogenerators によるセルフパワーのガス検知

このセクションでは、ナノ発電機と自己発電型電子機器におけるその重要性について深く掘り下げます。

セルフパワーのセンシングネットワークは、世界中の技術産業で今後数年間で開発される予定です。したがって、自己給電型システムは持続可能で、ワイヤレス接続があり、多機能でなければなりません。この 3 つは、低電力のウェアラブル電子機器、自己給電型の電子機器、自己給電型のアクティブセンサーなどのデバイスを実行する際の機能です。

したがって、大規模なナノエネルギー生産のために、環境エネルギーに依存する自己給電センサーの開発が行われてきました。言い換えれば、エネルギー源は、太陽電池などのユニットに電力を供給する技術を収穫することになります。技術者は、特定のナノデバイスと一緒に太陽電池を使用します。特に、これらすべてが外部電源やバッテリーなしで実行されるため、セルフパワーナノシステムの範囲が拡大します。

太陽エネルギーを利用。

ナノ発電機の起源

しかし、時間が経つにつれて、ナノシステムの実験装置にはいくつかの課題がありました。たとえば、太陽エネルギーは予測不可能であり、重量のある電磁発電機も必要でした。さらに、既存のウェアラブル熱電デバイスは、熱電変換能力の低下を示しました。これは、熱インピーダンスの高いポリマー基板の寄生熱損失によるものです。また、リジッドな相互接続に起因する熱接触が不十分でした。

そのため、Zhong Lin Wang 氏と彼のチームは、2006 年に圧電ナノ発電機 (PENG) を導入することにしました。PENG は、圧電酸化亜鉛ナノワイヤ (ZnO NW) を使用して、環境の生体力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を果たします。

2012 年後半、Z.L. Wang のチームは、別の発電機、摩擦電気ナノ発電機 (TENG) を導入しました。摩擦電気発電機は、静電伝導と摩擦帯電を組み合わせて、より高いエネルギー出力を生成します。次に、利用可能な材料をより簡単に利用します。 PENG および摩擦電気ナノ発電機は、追加の電源を使用しない熱電発電機です。

近年、Wang はマクスウェル方程式を使用して、ナノ発電機 (NG) の基本理論を説明しています。その中で、NGは機械的エネルギーを電気に変換できます。ただし、出力信号を分析するときに、入力に関する情報を取得することもできます。

一般に、NG ベースのセルフパワー式ガス検知システムの潜在的な使用に関して改善と進歩が見られます。したがって、圧電特性または摩擦電気特性をガス検知特性のために常に結合する必要があります。

PENG ベースのセルフパワーガス検知システム

Z.L.王とチームは、導電性原子間力顕微鏡チップを使用して、垂直圧電酸化亜鉛 (ZnO) NW をスキャンし、ナノエネルギーを電気エネルギーに変換しました。

ZnO は、ウルツ鉱構造の中心対称性を欠いているため、圧電特性を示します。さらに、優れたガスセンシング特性と大きな励起子結合エネルギーを備えています。したがって、ZnO は多くの分野に適用できます。特に、新世代のセルフパワーセンシングシステムを作成する場合はそうです。

Xinyu Xue と彼の同僚は、2 つの主要コンポーネントを備えたデバイスに取り組みました。

まず、チタンフォイルです これは、導電性電極 (ZnO NW からの入力および出力電圧信号を収集する) と ZnO NW アレイの基板の両方として機能します。次に、柔軟なアルミホイルがあります ZnO NW アレイの上に配置されます。

TENGの基本原則

その動作を制御する摩擦電気特性には、静電誘導と摩擦電気帯電の間の接触が含まれ、その過程で化学結合が放出されます。次に、界面間で電荷が移動して電気化学ポテンシャルのバランスがとられ、摩擦電気出力電荷が生成されます。

これまでのところ、摩擦電気ナノ発電機は、セルフパワーウェアラブル電子機器、超高感度センサー、微小電気機械デバイス、セルフパワースマートセンサーなどのセルフパワーウェアラブルアプリケーションの構築に適用できます。

ウェアラブル電子。

ハウジングシステムでは、ウェアラブル熱電発電機が、熱エネルギー、振動エネルギー、および機械エネルギーを通じて人体エネルギーを収集できます。その後、技術者は体のエネルギーを電気に変えます。

7.自己発電機の機能

多くの場合、工作機械などのエンジニアリング部門で発電機が急成長しています。自己発電機の電気モーターを使用すると、整流器、バッテリー、または直流電流と交流電流からの電力に関して追加のサポートが得られます。

8.自動発電機に関するよくある質問

自動発電機を作る前に注意すべきことは何ですか?

おそらく初めて起動するときは、何らかの損失が発生した場合に備えて、外部電源が必要になる場合があります。たとえば、実験用モーターに 2kW を設定すると、出力エネルギーとして約 1.8kW が生成されます。多くの場合、摩擦、電気抵抗、および風損の間に電力が失われます。そこで、約 0.4kW をカバーする外部ソースの出番です。

DC 発電機と AC 発電機の違いは何ですか?

DC 発電機は、動作中に回転し始めると、直流 (DC) 電気の強力な電源を生成します。整流子を使用して、直流電流を確実に生成します。それどころか、交流発電機は、直流ではなく交流（AC）を生成するように機能します。つまり、直流発電機から整流子を引いたものです。さらに、AC を DC に変換するためにダイオードまたは整流回路が必要になる場合があります。

自動発電機をどのように励起しますか?

通常の状況では、AC および DC マシンは、要件に従って発電機またはモーターとして機能します。しかし、このタイプの発電機では、バッテリーから励起されます。