■はじめに

　地球温暖化、原油の高騰とエネルギーへの関心が高まっています。クリーンなエネルギーをどのように産み出せばよいか?、その答の一つに「自転車発電」があります。

　手軽な発電方法としては太陽光発電が筆頭になります。最近では住宅や工場の屋根に太陽電池パネルを装備して、電力をまかなうことが盛んになっています。あちこちに風力発電用風車を見かけるようにもなりました。

■発電の原理

　　　磁束を導体が横切ると導体に電流が流れる

　これを誘導起電力といいます。誘導起電力の向きを簡単に求める法則が"フレミングの右手の法則"です。

図のように、左にN極、右にS極を配置し、画面上から左に導体を動かした場合、フレミングの右手の法則に従い、電流は画面奥から手前に向かって流れます。

・フレミングの右手の法則

■オルタネータの入手方法

　オルタネータは自動車部品なので、自動車部品店で購入することができます。今回は解体屋さんで中古を譲っていただくことができました。

　入手したオルタネータの型番は不明です。スバル社製軽トラックに使用されていたものです。ND=日本電装(デンソー)製品と思われます。

■バッテリの接続

　写真のバッテリは、12V-5Ahのシールド・タイプの鉛蓄電池です。中古品なので、500円ほどで入手できました。

　バッテリの端子に直接配線材をはんだ付けすることは危険なので、絶対にやらないでください。専用の端子を自動車用品店などで購入して、安全第一に作業を行ってください。

■ 自転車発電システムの全回路図

　自転車に接続したオルタネータによる発電に成功したので、文化祭での展示を視野に入れて、システムとして考えました。

【仕様】

・オルタネータによる自転車発電とする。
・オルタネータ初期励磁用電源は12V-5Ahのシールド鉛蓄電池=バッテリを使用する。
・発電開始後、3分間を計測し、発電者に知らせる。
・発電電圧をモニタし、発電者に知らせる。
・12．5V以上の電圧に達すると発電開始とみなして、接続したギミック=パト・ランプを点灯する。

　初期励磁用電源として、自転車用ダイナモを用いた自己発電型システムがあります。"すべてを人力でまかなっている"ということをアピールできるという点では優れていると思います。

　今回のシステムではシステムの簡素化と耐久性の向上のためにバッテリを使用することにします。発電開始を発電者に意識してもらうために発電制御コントローラで対応します。

■使用する自転車について

基本的にどのような自転車でも使用できます。大きめの車輪の自転車は楽に発電できます。

【例】

・写真手前・・・車輪サイズ27インチの通学用軽快型自転車(通称ママチャリ)
・写真奥：・・・車輪サイズ24インチの子供用モトクロス・タイプ5段変速付き

■展示に向けて

　いよいよ飯工祭=文化祭本番です。

　一般来場される方に楽しんでもらうことと人目を引くことを目的に、いくつかのアイテムを用意しました。

(1) パト・ヘルメット

　パト・ヘルメットはヘルメットに取り付けたパト・ライトです。安全確保を兼ねてお客さんにかぶってもらい、発電してもらうという趣向です。

　自転車発電のススメの連載で登場した制御コントローラを解説していきます。

■発電制御コントローラとは?

　自転車発電用発電制御コントローラです。発電する人の励みになるように、また、パト・ランプなどのギミックを制御することを目的として開発しました。

　発電そのものは人力によるために、制御することはできません(がんばれ という応援は可能です)。

　自転車発電のススメの文化祭発表時点ではリレー基板が別になっていますが、今回、1枚基板として新たに設計しています。

■ 手彫り用基板パターンの印刷

　基板は地球に優しい「手彫り法」により製作します。
　
　PCBEメニューより、

ファイル→版下印刷・反転チェック→レイヤー→2,3,5,8にチェック→印刷

を実行すると、手彫りパターンがプリンタから出力されます。

　生基板に貼り付けて穴あけと手彫りを行うので、忘れないように反転印刷にチェックを入れてください。

■使用部品一覧

　特別な部品は使用していません。発電電圧および時間表示用LEDは好きな大きさと色を選んでください。白色LEDは使用不可です。

　OMRON製リレーは定格12Vのものが入手できなかったために56Ωの抵抗を電流制限用として入れてあります。12V対応品を使う場合は、56Ω抵抗を省略してください。リレーは30Aまで流すことができます。長野県飯田工業高校　竹内浩一

　組み立ては、すべてはんだ付けにより行います。

■ジャンパ線の取り付け

　忘れないように、最初にジャンパ線を取り付けます。ジャンパ線は抵抗などを取り付けた足の切り取った部分か、スズ・メッキ線を使います。

　長めに切ったスズ・メッキ線をジャンパ線の取り付け穴に差し込んで、はんだ付けにより取り付けます。

■セラミック・コンデンサの取り付け

　FETのノイズ防止用(写真右上)とパト・ランプ・ノイズ防止用(写真左)を取り付けます。

■表示用LEDの取り付け

　作例では表示用LEDは緑×2、黄×2、赤×3(いずれも5mm)を使っています。LEDは好きな色を選んでかまいません。

　まず、緑を取り付けます。LEDは長い足がアノード(A、+)です。

　一気に完成しましょう。

■ブザーの取り付け

　ブザーには極性があります。(+)の刻印のある側を18ピン・ソケット側に向けて取り付けます。

　完成した基板に自動車用部品を使用して配線を行います。自動車専用の独特の部品や工具の紹介も行います。これらの部品は、自動車用品専門店かホームセンターの自動車コーナにて購入できます。

■自動車用部品の紹介と加工

　左パッケージ：極性がある配線を2線同時に接続するコネクタです。ハウジング・T型コネクタと呼ばれます。一組200円くらいで購入できます。

　右：Y型端子です。クワガタ端子とも呼ばれます。3組200円くらいで購入できます。

　自転車発電用制御コントローラのC言語ソース・ファイルとHEXファイルははこちらからダウンロードできます【28k0721ji_controller.lzh】

■ファームウエアについて

　以下の機能を実現するためにファームウエアをCCS-C言語によりプログラミングしました。

・A-Dコンバータを利用して、発電システムの電圧を計測する。
・計測電圧に従って、LEDを制御する。
・所定の電圧に達すると、発電成功と見なしリレーをONにし、パト・ランプなどのギミックの動作を開始する。
・Timer1を利用して、発電時間を計測する。所定の時間になると、LEDとブザーで発電者に知らせる。

■調整

　自転車発電制御コントローラの調整をして、使えるようにしましょう。

(1) 安定化電源をクワガタ端子に接続し、15Vを加える。
(2) RA0端子の電圧をテスタで計測し、4Vが加わるように10kΩ半固定抵抗を調整する。

　安定化電源が使えない場合は・・・・

(2) 10kΩ半固定抵抗を回してパト・ライトなどのギミックが動作するように調整する。

(励磁電源にバッテリを使っている場合)

　作例と同じように励磁用電源にバッテリを使っている場合、以下の方法で調整してください。

(1) バッテリを完全充電する。
(2)  制御コントローラを接続して、左端緑LEDが点滅するように10kΩ半固定抵抗を調整する。

　2008年8月9日、飯田工業高校電子機械科1年B組自転車発電隊は、飯田祭りの中央通り3丁目のみなさんに招かれて、自転車発電をお祭り企画の一つとして展示させていただきました。

　とても暑い日でしたが、大勢の方に自転車発電を試していただくことができました。飯田市に本拠地を置く、自転車チーム"ダイハツボンシャンス"の選手の方にも試してていただくことができました。

　当日は午後3時間半の発電したが、約60km相当の発電距離?となりました。

　2008年10月4日(土)・5日(日)の2日間にわたり、2008まつもと広域工業まつりが開催されました。

　長野県松本市には県内唯一の空港である松本空港があります。このすぐ近くの臨空工業団地がメイン会場です。お祭りの詳細は松本商工会議所でご覧ください。