ワイヤレス給電 その3

ワイヤレス給電また少し弄っていました~!

まずは以前も紹介しましたが、チャタラさんの回路図を元に、必要な部分だけ取り出してとりあえず自分で送信側の回路作ってみました。

チャタラさんの共振周波数は262kHzですが、私のプログラミング能力ではなるべく寄せても約265kHzでしたw

これでもコイルに接続するとちゃんと光ってくれましたが、チャタラさんの基板より少し弱いですねw

ところが共振コンデンサーがアホ程熱を持ちますw

この部分はチャタラさんの回路を見ると

なんか大きな茶色のコンデンサーが付いている・・・・・

てなことでチャタラさんに質問するとワイヤレス給電の原理であるLC共振では相当な電圧がかかるとか!そのため耐圧の高いコンデンサーでないといけないらしいのです。

でこの茶色のコンデンサーの耐圧が1.25kVですw  「kV」なんて単位初めて見ましたがw

なるほど~私が使っていたのが50Vでしたので発熱してくるはずです^^;

早速ネットの共立エレショップに行き探し出してポチッと^^で、ここで模型博の準備に入りましたのでそのままにしていました。

で、模型博当日に開場まで暇でしたので日本橋の共立エレショップに行って、ここでもコンデンサーを含めてお買い物^^

この時何を思ったのか、この高耐圧のコンデンサーの2200pF、3300pF、4700pFの3種を購入していたのですが、これが後でとてもナイスなことにw

この後模型博でチャタラさん本人とお会いできて、色々とお話しを聞くことが出来ました。
その時にワイヤレス給電で考えもしなかったLEDの光り方のヒントをもらいました。

光り方と言えば、チャタラさんの基板に搭載されているローターリースイッチでジンワリ点灯モードにしてLEDの位置を変えてやると


順次点灯のようになります。
これはコイルに近いほど磁界が強いからですね。

そして今回貰ったヒントがこちら^^

単なる交互点滅じゃない~!と思われるかもしれませんが、本来ワイヤレス給電の場合その場にあるLED全部が同じように光るのが当たり前ですよね。
でもこの動画では交互点滅のような感じで光っています。
これ何をやっているかというと共振周波数と共振コンデンサーを切り替えてそれぞれの共振状態に合った共振コンデンサーをLEDに取り付けています。そのため自分に合わない周波数の時には消灯して、自分に合う周波数の時のみ点灯しています。ラジオとかのチューニングとかと同じ原理らしいです。

同じ送信コイルで同じ位置にLEDを置いても、arduino等を受信側に仕込まなくても、このように光らせ方を変えることが出来るのです。この話聞いた時ちょっとゾクッてしましたw

周波数の変更でゆっくり点灯、ゆっくり消灯とかできるのはチャタラさんの基盤でわかっていました。これはつまりLC共振の周波数が外れていくと共振自体が無効になっていくので受信側の電力が落ちます。共振自体が無くなるとどんなコンデンサーを付けたLEDでも点灯しません。
でもこの時にLED側のコンデンサーを変えて新たな共振状態を作ってやると、それ用に作ったLEDは発光するということは思いつきませんでした^^;

まっ、説明が下手なのでw何言ってんだよこいつwとお思いの方もいると思いますので実際の過程を紹介^^

まずはチャタラさんの元の物送信側は

送信機的には259kHzですが、実際には262kHzです。このためLED側には785pFの共振コンデンサーが使われています。この下の四角内の条件によって効率よくLEDが発光するようになっています。(多少違っても発光しますがw)この条件から離れると発光しません。

次に周波数とコンデンサーを変えてもう一種類のLEDを作るために計算。

その前に、LC共振ですが私もあまりよく理解できてないのですがw簡単に言えば、L(コイル)とC(コンデンサー)が有る回路である周波数を流してやると抵抗が0になって高い電圧が発生する現象です。この周波数を共振周波数といいます。

てなことで、LC共振を作り出すために周波数を変えるには送信側のコンデンサーを変えないといけません。
で、手元にあるのが、あの何となく買ったコンデンサー達wまずは3300pFから。

まず上の四角から、コンデンサーの容量を3300pF(コイルは同じものを使用するので同じ数字です)にすることによって共振周波数が約310kHzになります。こうなると下の四角でLEDのコンデンサーの容量が564pFとなります。
丁度560pFのチップコンデンサーが有りますのでこれを使用しました。

 

基板の方はこのように2個のコンデンサーが切り替えられるようにスイッチ付きに改造w

(この基板、スイッチがコンデンサーのむき出しの脚に近すぎて、スイッチの切り替えをするときにたまにコンデンサーの足に触って感電してしまうというかなり危険な基板ですww)

で、試してみたのですがこれは失敗w
LED側のコンデンサーの容量がまだ比較的近いからか周波数262kHzでも点灯しちゃいましたw

それならもっと離してみようと、この組み合わせで

 

共振周波数を約380kHzまで変更(チャタラさんの話では300kHz辺りが効率が良いらしいのですが、はるかに超えちゃったw)
これですとLED側のコンデンサーは約370pF。ちょっと離れていますが390pFのコンデンサーで作成^^;

これなら262kHzの時には消灯しています^^このようにして製作したものがこの動画です(再度掲載w)

動画の上の方のコイルに近い辺りでは磁界が強いからどちらの場合でも点灯していますがねw

 

で、実はコレ私の作った基板ではこうなるのですが、チャタラさんの基板では周波数380kHz用に作ったLEDでも点灯しちゃいますwそのくらいチャタラさん製作の基板は効率がいいのです。

ただ面白いのは受信側のLEDの効率が違っているので、ゆっくり点灯モードだとこんな感じで点灯のタイミングにズレが生じています。

これゆっくりと周波数変わっていますのである程度の周波数にすると今回作成したLED達は消灯できるということですよね~。

なんかすごく面白いですよね~!

 

あっ、それと話は変わりますが、モーター駆動ですが簡単なコイルとして秋月のワイヤレス給電の送信用のコイル使ってみました。

インダクターは28.9μHですので

コンデンサーは約13nF、13000pFもしくは0.001μF・・・・・どれも持っていないw

てなことでとりあえず4700pFでw

うほwなんかゆっくりだけど動いてるwコンデンサー変えてやるともう少し動くかもですね。

ちなみにこの二つ

220μHくらいあるのですが全く動かずです。

やはりチャタラさんの言われていたように直径が関係しているようです。直径の面積が狭いので、磁界の範囲も狭くなっているのが原因かな。

てな感じで今回のワイヤレス給電の報告終わりwまた何かありましたら報告します^^
だいぶ使い方が分かってきた気がします。これ使って何かできないかな~^^

 

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10 comments

  1. う~ん
    わかるんだけど、わからん!!
    わからんけど、わかりみ。
    ピカチュウ10万ボルトはすごいこと
    だとはわかりましたね!

  2. こんにちは
    共振周波数ずらしてペアリングを変えるって面白いアイデアですね。
    そのうち磁束の向きすらコントロールしだしそう。ぜひやってほしいな(^^)
    にしてもphotonいじってるかと思えば裏でこんなことも!
    6jiroあんて実は真面目には医者さんをやってる1jiroさんからはじまって5jiroさんとか7jiroさんとか一杯分身がいるんじゃ?(笑)

  3. てつのさん こんにちは!
    おおっwピカチュウ10万ボルト理解してくれましたか!
    嬉しいです!ってw
    まっ、簡単に言えば周波数変えてもあの計算表に従ってパーツを組むと光るということです^^。

  4. なおさん こんにちは!
    やべwなおさんが1行でまとめちゃったよww
    そういうことですw
    磁束の向きなんてどうやって変えるんでしょう^^未知の領域w
    これはちょっとづつ前からやっていたのを纏めて書いただけです^^;
    そういえば以前もgyoさんに分身居るでしょうと疑われたことがw
    それにしても1jiro~5jiroには爆笑してしまいましたww

  5. 1jiroや7jiro、私も大ウケしましたwww
    なおさん、ナイスw

    以前、変化する周波数に追従する回路の論文とか読んだことあるのですが、
    私ももう少し自由時間があれば色々電気遊びしたい~!
    ライズオブスカイウォーカーのビークル作りたいーーー!!<脱線しました

    最後のコンデンサ、220μって桁が桁違いですが、こんなにデカいと共進以前に
    どんどん吸い込まれて何も出てこないイメージなんですが、
    理解の方向間違ってますかね?^^;;

  6. gyoさん こんばんは!
    いやはやwあの1jiro、7jiroうちの奧さんにも話したら爆笑していましたw
    まっそのくらい私は落ちつきがなくてw常になんかやっている感じなんですよねw

    共振による磁界結合とかその辺についての物ですかね?ちょっとだけネットに書いてあるのよ見ましたが超難しくてあまり理解できませんでしたww
    私も映画見て作業進めよと思いましたw

    あっ、そこまではコンデンサーの話ばかりでしたが、あの220μHはコイルです。
    以前市販の小さなコイルでモーター動かないかな?というのがありましたので市販の小型パワーコイルという物を試してみましたが全然ダメでした^^;コイルの直径が少ないとインダクターが多くてもダメな様です。LEDなら大丈夫と思いますが^^

  7. こんばんは
    ウケたみたいなので調子にのって駄コメントです。現状の役割分担を推測してみました!
    1jiroさん→腕利きの歯医者さんで財務担当
    2jiroさん→よき夫でありお父さんでご家庭円満担当
    3jiroさん→模型工作全般担当
    4jiroさん→電子工作全般担当
    5jiroさん→ワイヤレス給電担当
    6jiroさん→広報担当。展示会とかに出没するネームパーソンw
    7jiroさん→ルーキー。3Dプリンタ担当
    なんかおそまつさん(我々世代だと「くん」?)みたい。あれは6人か、、、ま、どうでもいいっすね。失礼しました~(^_^;)

  8. こんばんは
    ワイヤレス給電実験、お疲れ様です。
    おかげで今後の模型への応用が大変よくわかりました。ポイントは
    「ゆっくり点滅」と「選択点滅」ですね。これは小型模型に応用できそうです。
    6jiroさん、守備範囲が広いですね。趣味の一つが「歯科」の様に思えてきました(笑)
    PS。先日購入したトランジスタ技術誌の付録のDVDに100個くらいのソフトが付いていて、その中に
    Fusion360も入っていました。落ち着いたらトライしてみるつもりです。

  9. なおさん こんばんは!
    1jiro負担大きすぎですねw
    6jiroでよかった~~w
    それに私の分身はほとんど趣味関係を分担しているんですねw

    実は昔から、友人とかに「どこにそれだけの暇が有るんだよw」とか「お前だけ時間の流れ違うだろw」とか言われていたんですよね^^;そこにあの1~7jiroですからハマりましたwwとにかくせっかちで落ち着きが無いんですよね^^;

  10. Vividさん こんばんは!
    ワイヤレス給電は超小型の模型とかに応用できそうですよね~。
    ガンダムとかではファンネルに仕込むとか良さそう^^
    選択して点灯できることも分かりましたので、応用範囲がさらに広がったのではないかと思います。
    確かに仕事も趣味の一つ的な部分もありますねw色々と最新の情報は面白いですからね^^
    おおっ!VividさんもFusion360勉強されますか!Vividさんならあっという間にマスターになりそうwプリント発注先はgyoさんと、精度が落ちる私と2か所ありますよ^^

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