ワイヤレス給電 その2

ワイヤレス給電で色々ためしてみました。

まずはモーターを試してみました。
ちなみに今回の記事は長いよ~^^;お暇なときにどうぞ!

まずは色々とやってみるのに、とりあえずこれ買いましたw

右はリッツ線の1kg巻きですwこれはオヤイデ電気オンラインショップのこちらで購入。10mのボビン巻きも売っていましたが、色々試すのでこっち買っちゃいましたw一生分ありそうw
左はLCRメーター。これは秋月のこちらで購入。測定が簡単にできるようにこちらも購入しました。

次に少し説明^^;

まずは今回は直径3cmの物を芯としたコイルで試してみます。
チャタラさんに相談したところ、ご丁寧にもコイルの巻き数とそれに対応しそうなコンデンサーの大きさを教えて頂けました。
それに沿って3cmのコイルを作ります。

家にあったこのビンが丁度よさそう!

てなことでこれにリッツ線を巻き付けていきます。

巻き数でそのコイルが何μHになるかを計算するサイトがこちらです。
ここに数字を入力してみます。まずは150回巻き

約176μHですね~。

よし巻いてみよう・・・・上手く巻けないwもういいや!適当に回数だけ巻こう!
何やらコイルというよりも絡まった銅線の塊みたいなものが出来ましたw
測定してみると・・・・・・

うはw732μHてw

なるほど~計算式では物理的な大きさ入っていないもんね~。てなことで、今回計算に使うサイトはこちらに変更。数値を入力してみると

 

うんwなんか似た数字出てきたwこちらの方が使えるかも^^。
ただ、手巻きでいい加減ですので、実際の計算よりもインダクタンスは少なめになるようです^^;

で、何個か巻いてみてチャタラさんにアドバイス頂いた目的の数字とかありましたが、全然その数字にならないので適当でw

コイルのインダクタンスがそれぞれ174μH、220μH、297μH、345μHの4種類です。

次に受信用の共振コンデンサーですが、チャタラさんのアドバイスに従ってフィルムコンデンサーの1000μF、1500μF、2200μF、3300μF、4700μFの5種類を用意しました。

共振コンデンサーもこちらのサイトで計算できます。
例えばコイルのインダクタンスが220μHで、今回のワイヤレス給電の共振周波数は262kHz ですので、

共振コンデンサーは1.677nF=1677pFとなります。そのようなコンデンサーはないので約1500pFてな感じでコンデンサーが決まります。

これで、コイルと共振コンデンサーの準備が整いましたので、次は受信基板の作成。

回路図はこれまたチャタラさんに頂きました。とりあえず2個作ってみましたwコイルや共振コンデンサーが交換できるようにジャックにしています。

では早速配線をつないでテスト~!

まずはコイル297でコンデンサー1000で

おおっ!動いた~!感動!

次コイルはそのままでコンデンサー1500

少し速くなった^^
次はコンデンサー2200

さらに速い!
次はコンデンサー3300

ムチャ速いw
次はコンデンサー4700

おっ!少しスピードダウンした!

これは快調だねwもしかしてコンデンサーなしでは?

おおっ!コンデンサー1000の時よりも少し遅いけど動いているね~!

次にコイルを送信コイルの中央あたりから端の方(送信コイル上)に移動させてみました。
LEDでは端の方に来るにしたがって明るさが増しました。

同じ感じですね。端の方によると回転数が上がっています。

次に持ち上げた場合(物差しの端が表面4㎝くらいから始まっています)

結構持ち上げれますね!

 

モーターで一通り遊んだので、私的にはいよいよ本命のテスト!
arduinoもワイヤレス給電で動くか???です!

送信コイルに給電してみました!

コイルは先ほどと同じ297で、コンデンサーは1000。

何とか可動のLEDは光っていますが頼りないw

次コンデンサー1500

おおっ!可動のLEDはしっかりと点灯。でもプログラムは動いていない感じです。

次コンデンサー2200

やった!!Blinkのプログラムが可動して点滅しています!

次コンデンサー3300

プログラムも何とか動いている感じw

次コンデンサー4700

またプログラムは動いていません。

ではまたarduinoでも送信コイルから持ち上げてみましょう

モーターよりもちょっとシビアかな?
この動画で何か気が付かれました???

arduinoが変わっているんですが、実はこのワイヤレス給電でarduinoを2こダメにしちゃいましたwこれ後で書きますが、いつもの「うっかり」ですw

さて、ここまで来たらモーターとarduinoに同時に給電してみたいですよね^^
試してみました。

同時にどちらも動いてます!凄いぞワイヤレス給電w!

で、ここまで散々遊んで来てようやくまともにテストする気になったのでw電圧測定してみました^^

 

1kΩの抵抗を使って電圧を測定したものと

モーターのまま電圧と電流を測定したもの

さらに給電コイルから距離をとった時の電圧を表にしてみました。(電圧測定は目測小数点第1位までです^^;)

写真なんで分かりにくい場合はすみません。これはあくまでも私の測定ですのでいい加減ですw

まずは計算式で出たコンデンサー容量とは全く違うコンデンサーがいい数字を出しているようです。
まっ、コイルや基盤を私が製作したものですから計算道理にはいかないのでしょうw

ちょっと驚いたのですが、今回の組み合わせで最大で19Vも出ていました!これがarduino壊れた原因ですww初めからちゃんと測定してarduino接続しろよ!てな話ですねw
ちなみにardunoの推奨電圧が7~12Vということです(実はこれ初めて知りましたw5Vで給電するものと思っていましたw)ので、結構危険な数字の部分もあります。

赤マス部分はarduinoはアウトです。黄色マスの部分は可動する電圧です。
こうやって見ると結構可動しますね~。

青マス部分はAVRで3.3Vで駆動可能なチップは使えるかもです。

次に送信コイルとの距離と電圧の関係をグラフにしてみました。(おおっwなんだか真面目人になった気がするw)


どのコイルでも5cm~10cm辺りでガクッと減り始めるようですね。
ある程度まで減るとそこからの減りは少なくなるようです。

確かにLEDでも消えそうでなかなか消えない状態で意外と離せますからねw

コイル174,220ではコンデンサー2200、コイル297,345ではコンデンサー3300が相性がいい様ですね。計算式に近いコンデンサーあまりあてにならない結果となりました。

さらにコイルのインダクタンスが大きければいいと言うわけでもないのですかね??今回は5種類のコンデンサーしかないですが、もしかしたらドンピシャのコンデンサー容量が有るのかもしれません。

総合的に見て模型のスペースを考えると出来るだけコイルは小さくしたいが、やはり電圧、電流は大きくほしいというのを考えると、今回の場合はコイル174μH-共振コンデンサー3300pFの選択になるかな^^

ただ、現段階ではこの大きさのコイルと回路入れるスペース有るなら電池入れるわな~wてな状況ですが、コイルの形は色々な形にできますので、使い道はあるかもですよ^^もう少し小さなコイルでもできるかまた後日試してみたいと思います。

とりあえずはわかった事の報告です^^

 

 

 

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8 comments

  1. こんばんは!
    すごい!このまま大学でレポート出して単位取れそうですね!
    6jiroさんのほうが私なんかよりよほど理系ッポイ(笑)
    かなりの給電能力があることが実動でも測定でも証明されてて興味深い結果です。
    コイルって市販の小型インダクタ(低ESR品)で同じインダクタンス値のものを使っても直径が異なるとまた受電能力が変わっちゃうんでしょうか?市販品が使えるとだいぶ小型化できそうな気がします。
    供給電圧の制御もマイコンを使う場合はケアしないといけないのですね。アップダウンDC-DCコンバータを入れると安心ですけど、そうなるとまた回路が増えて、、、てのは悩ましいとこですね。
    さて、どのように応用されるのか、今後の展開を楽しみにしてます←とりあえずもうついていけてないので他人事w

  2. おはようございます

    早速、コイル給電の実験ですね!興味津々です。早速、「リッツ線」調べました、なるほど、そういう理由か!納得です。
    高周波は全くの素人ですので、共振コンデンサーなんて、「そういう単語、聞いたことがある」ていどなので、回路はわかりませんが、6jiroさんの実験結果を興味深く拝見しました。
    出力電圧が18V程度まで上昇するとは、思いませんでした。
    モーター接続で、11Vで46mA流れているようですが、約500mWなので、5Vに落とせば、100mAくらいは最大で流れそうなので、PICならLEDをたくさん付けなければいけそうですね。
    例の「うっかり」ですが、写真の受信基盤に、3端子レギュレータが付いていると勝手に思っていました。
    昇天されたAuduinoさんのご冥福をお祈りします(笑)

  3. なおさん おはようございます!
    深夜パトロールご苦労様ですw
    表とかグラフとか有るとなんかそれだけで真面目な人が書いた雰囲気出ちゃいますよねw
    何分測定方法がいい加減なんであくまでも目安的に見てください^^;
    私も測定してかなりビックリしましたwもっと低い電圧だと思っていたのでarduinoを2つも壊しちゃいましたよw
    確かに市販の小さなコイルありますよね・・・あれは使えるのでしょうか?確か以前チャタラさんにLEDに取り付けている470μHのコイルが使えるか聞いたところ小さくて消費電流量が無理との返事を頂いたような気もしますが・・・・この辺もう少しチャタラさんに聞いてみないとわかりません^^;
    arduinoでの供給電圧の件は私が先走って実験しちゃいましたから、後ほどレギュレータ入れてくださいねとのアドバイス頂きましたw
    コイルは形を変えて模型の隅を這わせると意外とスペース取らないかもですから色々と使い道有るかもですね。

  4. Vividさん おはようございます!
    えっと、リッツ線についてはなんかgyoさんも納得されていましたが何の事だかわかりませんでしたw
    電圧があんなにあるとはビックリですよね!
    結構な電力あるのでかなり使えそうです。確かに大量のLEDは無理かもしれませんが少量ならいけそうかも^^サーボは無理かな??今度はちゃんとレギュレータ付けて実験してみますw
    arduinoも一つダメにした時点で気付!という話ですよねw2つもダメにしてようやく電圧測定始めましたからw

  5. インダクタをどれ買おう買うかウロウロしている間にずいぶん先に進まれてるw
    送料かかるから、一度に必要なもの揃えたいじゃないですか<セコイ

    モーターライズへの道、大体の概要掴めました。
    拓いてくれた道をなぞって整地しながら進みたいと思いますww
    じつは、モーターを加工してモーターコイルに直接何かするのかなと漠然と考えてましたw

    確かに現状だとリポバッテリー仕込めばOKな感もありますが、
    電池交換のメリットが依然残りますので、ワイヤレス給電可能性大です。
    小さいコイルを複数使ってダイオードでまとめてとかはダメでしょうかね?

  6. gyoさん おはようございます!
    インダクタですが、先ほどチャタラさんにお聞きしたところ直径が大事との事です。
    それとフェライトの入っているものはNGらしいです。
    市販の小さなインダクタでは十分な電力を得ることが出来ないようです。
    実際LEDを1個点灯するためのインダクタは470μHのコイルですが、これはLEDに電力供給するくらいなら問題ない様ですが、モーターとなるとダメなようです。
    小さなコイルを纏める方法ですが、これはどうなんだろ???面白そうなのでその辺も含めてもう少し実験してみますw

  7. 横からgyoさんのコメントにコメントです(笑)
    モーターのコイルに給電の送信コイルから直接給電できないか?とのアイデアですか?
    モーターのブラシを取って抵抗を減らして、コイルに直接誘導できないでしょうかね?
    送信コイルの周波数を調整すれば、できそうな気も(?)

  8. Vividさん こんばんは!
    うはwそんなことまでw
    まっ、私にはそのような細かなことはできないのでw
    細かく正確な作業といえばやはりgyoさんなのでお任せしますw
    それにしてもワイヤレス給電夢が広がりまくってますね^^

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