Компактный вертикальный ветрогенератор своими руками

Этот материал посвящен сборке небольшого ветрогенератора с вертикальной осью, который будет снабжать энергией фонарь. Эффективность будет ниже, чем у его двоюродного брата с горизонтальной осью, но он больше подходит для городских условий, в которых направление ветра сложно предсказать.

Обычно, когда вы подаете электроэнергию на двигатель, начинает вращаться ротор. Верно и обратное: если начать вращать ротор, он выступит в качестве генератора и начнет вырабатывать электричество.

Наш «ветряной фонарь» будет использовать энергию ветра для вращения двигателя, а вырабатывающееся при этом электричество позволит светодиодам, расположенным в основании конструкции, светить. Таким образом, мы получим своеобразный индикатор ветра, светящийся мерцающим светом.
Светодиоды, как и любые другие диоды, позволяют току проходить сквозь них только в одном направлении.
Биполярные шаговые двигатели имеют две импульсивных обмотки на статоре. В нашем случае задача заключается в разработке схемы, которая бы направляла бы ток, генерируемый в каждой из обмоток, через светодиод в правильном направлении, вне зависимости от того, в какую сторону вращаются лопасти устройства. Так как даже самая продуманная конструкция вертикального ветрогенератора не сможет реагировать на изменения в направлении ветра, нам придется собрать для биполярного шагового двигателя выпрямительную схему.

Список покупок.
Здесь приведен полный список того, что вам понадобится, вплоть до последней шайбы.

Электроника:
— Шаговый электродвигатель
— Штыревая вилка
— Макетная плата
— Проволочные перемычки
— Восемь диодов (1А, 50В)
— Один или несколько светодиодов (в данном случае использовался один желтый, вы можете подобрать любой нужный вам цвет)
— Один или несколько конденсаторов емкостью 1000 мкФ

Прочее оборудование и материалы:
— Лист акрилового пластика (плексиглаза) толщиной 6 мм размером 40х75 см. Понадобится для изготовления шестеренок, дисков и деталей держателя лопастей.
— Алюминиевая лента шириной 25 см. Обычно продается в рулонах, для этого проекта понадобится около 60 см.
— Установочное кольцо на вал диаметром 5 мм с резьбовым отверстием.
— Семь установочных колец на вал диаметром 13 мм с резьбовым отверстием.
— Алюминиевая труба с внешним диаметром 13 мм и длиной 46 см.
— Два втулочных подшипника с фланцем для вала диаметром 13 мм.
— Упорный подшипник в сборе под вал диаметром 13 мм.
— Три гайки переходных 1/4х20 длиной 10 см.
— Шесть болтов под внутренний шестигранник 1/4х20 длиной 19мм.
— Шесть разрезных шайб 1/4.
— Шесть плоских шайб 1/4.
— Шесть болтов под внутренний шестигранник М3 длиной 40мм.
— Шесть разрезных шайб М3.
— Шесть плоских шайб М3.
— Набор шестигранных ключей (метрических и дюймовых).
— Резец для снятия заусенцев и/или круглый напильник.

Итак, подготовим алюминиевую трубу. Наденьте защитные очки и при помощи ножовки по металлу отпилите необходимые нам 46 сантиметров трубы. При помощи резца для заусенцев и напильника обработайте ее, избегая царапин, с обоих концов, внутри и снаружи.
Убедитесь, что на вашу алюминиевую ось можно надеть втулочные подшипники, упорно-радиальный подшипник и установочные кольца. Если внешний диаметр трубки не позволяет сделать это, вооружитесь защитными очками, респиратором и перчатками (алюминиевая пыль не особо полезна для вашего организма). Оберните трубу наждачной бумагой, плотно прижмите ее к металлу и вращайте трубу, пока не увидите алюминиевые стружки. Время от времени пытайтесь надеть на ось подшипники и кольца. Продолжайте до тех пор, пока все детали не сядут плотно на трубе. Если вам посчастливилось иметь доступ к токарному станку, то вы сможете сэкономить много времени и усилий в том случае, если необходимо снять относительно большой слой алюминия. При этом, точильный станок так же ускорит процесс по сравнению с обработкой наждачной бумагой вручную, но вам будет труднее соблюсти круглую форму поперечного сечения алюминиевой оси.


Приступаем к сборке основания. Начнем с двух плексигласовых дисков, переходных гаек, болтов 1/4х20, разрезных и плоских шайб для них. Установите переходные гайки между плексигласовыми дисками и закрепите их болтами 1/4х20, используя шайбы. Установите один из втулочных подшипников в центральное отверстие диска-основания. Диск-основание отличается от другого отсутствием четырех отверстий для крепления двигателя. Наденьте на фланец втулочного подшипника один за другим – разрезную шайбу, упорно-радиальный подшипник и еще одну разрезную шайбу.

Сверху вставьте алюминиевую трубу. Прежде чем на ее нижний конец наденется втулочный подшипник, на нее надевается еще один втулочный подшипник, установочное кольцо на 13мм, шестеренка, вырезанная лазером, еще два установочных кольца и затем разрезная шайба, сам нижний подшипник и стопка шайб.
Потяните слегка алюминиевую ось, но так, чтобы не ударить ею о рабочую поверхность стола. Используя шестигранник, затяните винт в нижнем установочном кольце. Теперь кольцо опирается на упорный подшипник и прикреплено к трубе так, что вы можете вращать ось.
Другое установочное кольцо поднимите вверх вместе с шестерней примерно на середину высоты основания. Затяните винт на кольце. Позже оно будет склеено с шестерней при помощи эпоксидной смолы, но на данном этапе сборки скреплять их между собой таким образом не надо.

Закрепите втулочный подшипник верхним установочным кольцом.


Прежде чем продолжать работать с осью, закрепим мотор – наступил удобный момент для этого.

Обрежьте провода до длины 20см и припаяйте их к штыревой вилке на четыре контакта. Красный и зеленый проводки должны быть рядом друг с другом на одной стороне, а синий и желтый — с другой.
Открутите винты, которые скрепляют двигатель. Используя более длинные винты М3, закрепите мотор на нижней поверхности верхнего диска. На каждый болт наденьте обычную и разрезную шайбы.
Наденьте на вал двигателя другую шестеренку и временно закрепите ее при помощи установочного кольца на 5мм. Отрегулируйте по высоте положение колец так, чтобы шестерни находились на одном уровне относительно друг друга и хорошо сцеплялись зубцами между собой. Теперь можно приклеить шестеренки с помощью эпоксидной смолы к соответствующим им установочным кольцам.

Продолжим заниматься нашей алюминиевой осью. Наденьте на нее установочное кольцо, пластиковый держатель лопастей и еще одно кольцо. Установите нижнее кольцо так, чтобы оно не касалось верхней поверхности основания, и закрепите при помощи винта. Опустите на него пластиковый держатель и второе кольцо и закрепите их на алюминиевой трубе, плотно прижав друг к другу. Теперь, когда вы вращаете ось (а она должна вращаться свободно и плавно), держатель лопастей должен вращаться вместе с ней.
Вырежьте три лопасти для вашей ветряной турбины. Точного рецепта тут нет. У вас есть пазы под три лопасти на держателе, вырежьте их из алюминиевой ленты, используя ножницы. Размер определите сами.

Не забудьте оставить лепестки (1-1,5см) на краях для того, чтобы закрепить лопасти в пазах. После того, как лопасти будут вставлены, загните лепестки, чтобы зафиксировать их.
Точно также зафиксируйте лопасти и сверху – наденьте установочные кольца, расположив между ними держатель. Вставьте лепестки в пазы держателя и загните их. Теперь, когда вы попробуете вращать лопасти рукой, они должны легко крутиться.



Нам нужно сделать такую цепь, как показано на изображении. Используя восемь диодов и перемычки, повторите ее на макетной плате. Убедитесь, что все диоды расположены правильно.
Обратите внимание на светодиод в центре и два конденсатора по краям платы. Вставьте длинную ножку светодиода в «плюс», а короткую — в «минус». Прежде чем подсоединять конденсаторы, позвольте ветру повращать лопасти и посмотрите, как мерцает светодиод. Вставьте в плату по крайней мере один конденсатор, как показано на изображении. Конденсатор будет накапливать энергию, пока ветер крутит лопасти, и разрядится, когда лопасти остановятся. В результате мерцание светодиода сглаживается. Попробуйте добавить больше светодиодов и конденсаторов, чтобы получить гладкое свечение в то время, когда вращается ось с лопастями.

Также вы можете сделать для фонаря светорассеиватель из бумаги, чтобы сделать свет более приятным.
Теперь выносите готовый вертикальный ветрогенератор на улицу и наслаждайтесь результатом своих усилий.

По материалам www.instructables.com