In diesem Projekt bauen wir eine kleine, vertikale Achse Windkraftanlage oder VAWT kurz. Diese sind nicht so effizient wie ihre Vettern horizontaler Achse, aber sie sind besser geeignet für städtische Umgebungen wo Wind aus allen Richtungen kommen kann.
Normalerweise, wenn Sie einen Motor Strom geben, dreht sich es. Das gleiche gilt in umgekehrter Richtung: gibst du einem Motor einen Spin, es wirkt als Generator und erzeugt Strom. Die Wind-Laterne wird Energie aus dem Wind einen Motor drehen und die daraus resultierende Energie verwenden, um einige Leuchtdioden (LEDs) innerhalb der Basis Leuchten. Die Wind-Laterne wird dieser Strom verwenden, um eine flackernde, leuchtende Anzeige des Windes zu erstellen.
LEDs, wie alle anderen Dioden können durch sie nur in eine Richtung fließen. Bipolare Schrittmotoren haben zwei Drahtspulen. Die Herausforderung hier ist eine Schaltung zu entwerfen, die in jeder Spule durch eine LED in die richtige Richtung, egal in welche, die Richtung dreht sich die Wind Laterne erzeugte Energie leitet. Zu diesem Zweck bauen wir eine Gleichrichterschaltung für einen bipolaren Schrittmotor.
Lesen Sie mehrWerkzeuge
- Entgrat-Tool, wie McMaster 4289A35und/oder eine abgerundete Datei
- Säge, McMaster 4077A1
- Hex-Schlüssel, McMaster 7324A18
- Schrittmotor, SparkFun ROB-09238
- Abtrünnigen männlichen Header
- Lötfreie Steckbrett
- Jumper Kabel
- Diodes(8), SparkFun COM-08589
- LED
- Kondensator, 1.000 μF
- Acrylblatt, 1/4", ~ 15 × 30 in
- Kittel, 10 x 2 ft Aluminium
- Halsbänder, McMaster Welle 57485K 65,5 mm Bohrung mit Stellschraube
- Welle collars(7), McMaster 6166K 251/2 Zoll Bohrung mit Gewindestiften
- Aluminiumrohr, McMaster 1658T451/2 Zoll Außendurchmesser - 18 in der Länge
- Flansch Ärmel bearing(2), McMaster 2938T121/2" Durchmesser der Welle
- Drucklager Käfig Montage, McMaster 5909K 31für 1/2 in Wellendurchmesser mit zwei passenden Unterlegscheiben (McMaster 5909 K 44)
- Standoffs(3), McMaster 92230A3504 in der Länge, 1/4 Zoll-20 Schraubengröße Gewinde
- Kappe screws(6), McMaster 92230A350Socket Kopf, 1/4-20 Gewinde, 3/4 Länge
- Sperren Sie washer(6), McMaster 92146A029für 1/4 Zoll Schraubengröße
- Flache washer(6), McMaster 92141A029für 1/4 Zoll Schraubengröße
- M3 screws(4), 91292A02440 mm lang
- M3 Sperre washers(4), McMaster 92148A150
- M3 washers(4), McMaster 91116A120
Schritt 1 – Vorbereitung Aluminiumstab
Ihre Schutzbrille aufsetzen und eine 18" Länge der Aluminium-Stange mit einer Säge geschnitten. Verwenden Sie ein Entgrat-Tool oder eine Datei auf der innen- und Außenseite das Ende des Stabes zu glätten und zu vermeiden, schneiden Sie sich.
Stellen Sie sicher, dass Ihre Aluminiumstab durch den Flansch Gleitlager, Axiallager und Unterlegscheiben und die Welle Kragen passt. Schauen Sie sich die Toleranzen aller Teile auf McMaster:
Der Aluminiumstab hat ein ±. 025" Außendurchmesser Toleranz, d.h. es kann zwischen 0,475" und 0,525". Die Welle-Halsbänder geben keine Toleranz für ihre inneren Durchmesser. Die geflanschten Gleitlager sagen +. 001", +. 002" für den Innendurchmesser. Dies bedeutet, dass sie zwischen 0,501", 0,502" werden. Das Drucklager sagt 1/2" +0.002", +0.007", d.h. den Innendurchmesser kann zwischen 0.502"und 0.507". Die Sperrkantscheiben geben nicht keine Toleranz für den Innendurchmesser.
Dies bedeutet, dass der Außendurchmesser der Aluminium-Stange muss kleiner als der kleinste Teil muss passen, die die Hülse 0,501" trägt. Wie Sie hier sehen können, haben wir eine gute Möglichkeit für Überlappung in einer ungünstigen Richtung.
Wenn Ihre Aluminiumstab ist zu groß für die Gleitlager, Zieh deinen Schutzbrille, Staubschutzmaske und Handschuhe (Aluminium-Staub ist nicht gut für dich). Schnappen Sie sich den Aluminiumstab mit Schmirgelpapier und drehen, während Sie quetschen sind, bis Sie kommen aus Aluminium-Staub sehen. Solange dies durch alle Komponenten die Rute passt. Wenn Sie Glück genug, Zugriff auf einer Drehbank zu haben, könnte es eine Zeitersparnis sein, wenn Sie eine Menge von Aluminium, rasieren. Eine Doppelschleifmaschine funktioniert schneller als von hand Schleifen, aber es wird schwieriger sein, die Runde Form des Stabes beizubehalten.
Schritt 2 – Starten Sie Montage Basis
Schritt 3 – Teil Montage in Basis
Installieren eines geflanschten Gleitlager im Loch in der Mitte der Basis Scheibe. Die Basis ist das eine ohne die vier Löcher, den Motor zu montieren.
Ruhe eine Druckscheibe Drucklager und dann die anderen Anlaufscheibe auf den Flansch.
Schieben Sie den Aluminiumstab in von oben. Bevor es die Hülse mit Nachdruck auf den Boden kommt, sollte es durch den anderen Ärmel tragen, eine 1/2" Wellenbund, einen Lasercut-Gang, zwei weitere 1/2" schaft Halsbänder, schieben und schließlich die Druckscheibe, Lager und Waschmaschine stapeln.
Ziehen Sie leicht an der Aluminiumstab so es nicht Ihre Arbeitsfläche trifft. Verwenden Sie Ihr Allen Schlüsselsatz, ziehen Sie die Schraube in der niedrigsten Wellenbund. An dieser Stelle den Wellenbund ruht sich auf das Drucklager und der Aluminiumstab beigefügt sind, so sollte man in der Lage, die Rute zu spinnen.
Heben Sie die nächste Wellenbund von unten nach oben mit dem Getriebe, etwa auf halbem Weg Punkt im Inneren der Basis. Ziehen Sie die Schraube. Diese Wellenbund wird auf das Getriebe mit Epoxidharz Kitt später angebracht werden, aber dies noch nicht tun.
Schritt 4 – Finish Basis Montage
Sichern Sie die obere Hülse Lager mit der oberen Wellenbund.
Schritt 5 – Löten Sie Kabel und montieren Sie motor
Bevor Sie den Stab weiter, ist dies ein guter Zeitpunkt, um Ihren Motor zu montieren. Zuerst schneiden Sie die Drähte bis etwa 8" lang und Löten Sie eine Reihe von vier männlichen Überschriften, um die Drähte an. Rot und grün sollte nebeneinander auf einer Seite und blau und gelb auf der anderen.
Entfernen Sie die Schrauben, die den Motor zusammen zu halten. Verwenden Sie die längeren M3 Schrauben aus der Einkaufsliste des Motors von der Rückseite an der Unterseite der oberen Scheibe montieren. Sandwich ein M3 Unterlegscheibe und Sicherungsscheibe mit jeder Schraube.
Schieben Sie das andere Zahnrad auf der Motorwelle und verwenden Sie dem Wellenbund 5mm, um es vorübergehend zu sichern. Einstellen Sie die Höhe der beide Welle Halsbänder, bis die Zahnräder auf gleicher Höhe sind und mesh-gut. Jetzt können Sie den Epoxy-Kitt ausbrechen und sichern die Zahnräder zu ihren jeweiligen Welle Halsbänder.
Schritt 6 – Weitere Teile der Stab
Weiter auf der Aluminiumstab. Eine 1/2" Wellenbund, einer der Inhaber der Kunststoff Segel und dann eine weitere 1/2" Wellenbund aufschieben. Hochziehen Sie die unteren Wellenbund, so dass es nicht an der Oberseite der Basis ruht und befestigen Sie es an die Rute mit der Stellschraube. Dann kneifen Sie Kunststoff Segel-Halter mit den Wellenbund oben drauf, und sichern Sie die Versammlung mit einer Stellschraube zu. Wenn Sie die gesamte Baugruppe durch die Welle drehen, es sollte reibungslos drehen, und die Segel-Inhaber sollen mit der Welle drehen.
Schneiden Sie drei Segel für Ihre Windkraftanlage, den Wind zu fangen. Es gibt keine richtige Antwort hier, und Sie haben ein paar verschiedene Slots in das Segel Haltern, also einfach mit einer Schere schneiden das Aluminium blinkt in einer Länge, die Sie denken funktioniert. Dann schneiden Sie 1/2" Registerkarten in jeder Ecke, in die Schlitze schieben. Biegen Sie auf die Registerkarten, um die Segel zu sichern.
Tun die gleichen Wellenbund, Inhaber zu segeln, Welle Tragteller-Baugruppe auf der Oberseite das Segel um diesen Abschnitt des Builds beenden. Es sollte sehr reibungsarm drehen, wenn Sie es mit der Aluminiumstab von hand drehen.
Schritt 7 – Nun, die Elektronik
Wir müssen eine Schaltung wie die hier abgebildete erstellen. Verwenden Sie die acht Dioden und Jumper Kabel, um diese Schaltung auf Ihrem Surfboard zu erstellen, wie gezeigt. Es wird keinen Strom erzeugt in jeder Spule des Motors, an der gleichen Stelle zu gehen sagen: der macht-Spalte auf der Unterseite von dem Steckbrett. Stellen Sie sicher alle Dioden sind mit Blick auf die richtige Richtung, und vergessen Sie nicht, die Boden Spalten auf der ganzen Linie zu springen. Hier ist ein Schema auch wenn das einfacher ist.
Beachten Sie die LED in der Mitte und die beiden Kondensatoren an den Seiten des Vorstands. Stecken Sie den langen Schenkel Ihrer LED in der macht-Spalte und die kurze Variante in Boden. Vor dem Hinzufügen der Kondensatoren geben Sie der Wind-Laterne einen Spin und beobachten Sie die LED flackert!
Versuchen Sie mindestens einen Kondensator, wie gezeigt. Die Negative Seite markiert sollten gehen um zu Boden, die andere an die macht. Der Kondensator wird Energie zu speichern, während die Wind-Laterne ist es zu schaffen und loslassen, wenn es nicht ist. Der resultierende Effekt hier ist ein glatter Flackern der LED. Versuchen Sie, mehr LEDs und mehr Kondensatoren, bis Sie einen glatten Glanz bekommen, wenn Sie den Aluminiumstab spin. Sie können auch Diffusor Papier über die Seite der Laterne erstelle ich eine erfreuliche Glut platzieren.
Schritt 8 – Setzen Sie es an die Arbeit
Jetzt nehmen sie draußen! Sehen Sie, ob es mit realen Wind funktioniert. Wir hatten Erfolg, an einer Straßenecke in Manhattan und auf dem Dach des Eyebeam Art + Technology Center zweistöckigen Gebäude.
Dank Super intern Sie Sam Galison für die Hilfe mit dem Projekt!