自転車発電で運動不足解消③ 発電回路を組んで使ってみる

コロナによる外出自粛のおかげで運動不足に。そこで、家の中で自転車漕いで運動出来るようにサイクルトレーナーを我が家に導入したのだが、せっかくだからコイツで発電出来ないか?と考えたのがきっかけで自転車発電システムの構築を開始。

前回、オルタネーターを使った自転車発電を組み立てて実際に発電を確認する所まで書いた。

今回は自転車発電の回路の詳細と使用感を紹介する。

自転車発電の外観

自転車の周辺はこんな状態に。ペダルを漕いでの発電中はかなり汗をかくので体の冷却はけっこう重要。そこで、12Vシガーソケットの先にインバーターを取り付け、扇風機に電源供給して発電した電力を有効利用する。

発電時の電流と電圧を計測するため、LED表示の中華製簡易モニターを取り付けた。簡易モニターはAliExpressで約200円。

安い物なので精度はそれなり。簡易モニターの基板に調整用の半固定抵抗が付いていたので、マルチメーターで校正した。

自転車発電の回路

発電回路は以下の通り。と言ってもただ電線でオルタネーターとバッテリーを配線しただけだが。回路CADソフトの都合で、オルタネーターの記号がモーターになっているのはご愛嬌。

バッテリーは前回記事でも少し触れたが、40B19という開放型で普及型の物。このタイプは充電時に水素ガスが発生したり倒すと硫酸がこぼれたり家の中に置くような代物ではないためベランダに置き、エアコンスリーブを介して屋内に配線した。1.25sqのVFF(平型ビニルコード)と、屋根裏の配線などに用いられる1.6mmのVVFケーブルを使ったが、けっこうな距離を引き回すことになってしまった。

ちなみに、ディープサイクルバッテリーなど密閉型バッテリーなら屋内に置いても問題無いが、オルタネーターの内蔵レギュレータは開放型バッテリーの充電を想定している筈で、充電サイクルが異なる密閉型バッテリーを今回の用途に使うと危険だ。

バッテリーをベランダに設置

バッテリーが雨ざらしにならないようにダイソーで買ったCDケースに収めようとしたが、サイズを間違えて蓋が閉じずCDケースは解体して上に被せるだけに(^^; 注文中のバッテリーターミナルが届くまでは、とりあえずバッテリー端子をワニ口でくわえてミノ虫でVVFに接続している。VVFは本来屋外で使うものじゃないけど100m巻で買ったのが大量に余ってるので、シースが劣化したら交換前提で利用。ま、100V通すわけじゃないし平気でしょう。

発電量が増えるとペダルへの負荷はかなりの大きさに

中華製簡易モニターで電流と電圧を確認しながら、実際に自転車発電を使ってみる。

回転数が低いうちは発電しないのでペダルも軽く、自転車のギアをトップ側に入れてシャカシャカ漕ぐ。すると、ある所でガツンとペダルへの負荷が増えて発電が開始する。

インバーターを接続せずにバッテリーの充電を行うだけなら、バッテリーの放電状態にもよるが1〜2A程度しか発電しない。
それでも、発電開始前より明らかにペダルは重くなる。

インバーターをOnし30Wの扇風機を回すと発電量が4〜5A程度に上昇する。この状態では、元々のサイクルトレーナーに付いていた負荷装置と同等レベルの重さを感じる。自転車の実走で、なだらかな上り坂を漕いでいる感覚に近い。

試しに30W扇風機と同時に60Wの白熱電球を点灯してインバーターの定格100Wに近い消費電力にすると、発電量も10A前後に。実走でけっこうな上り坂を登る感覚に近く、ギアをロー側に入れないと漕げない状態に。サイクルトレーナーに元々付いていた負荷装置を大幅に超える重さを感じる。生み出す電力の大きさでペダルの負荷を調節するって、実用的なサイクルトレーナーとしてもアリじゃないか?

興味深いのは、ギアをローに入れて回転数を落としても発電する電流量があまり変化しない事。
オルタネーターの内蔵レギュレーターが消費電力に応じてしっかり電流制御を行っている証拠だろう。オルタネーターのLIN端子に接続すれば電流制御の情報も引っぱり出せるのかもしれない。機会があればLIN解析にもトライしたいものだ。

配線による電圧ドロップが発生

開放型バッテリーは常時満充電近くで使うのが基本で深放電はNGだが、40B19でも5時間率で28Ahの容量があり、ノートPCの電源くらいには使えないものかとやってみたところ、配線引き回しの影響が発覚。

オルタネーターが発電をしていない状態で12Vソケットから電流を引いてインバーターを使おうとすると、電圧ドロップが発生してバッテリー保護機能が作動してしまう。ノートPCはぎりぎり駆動出来なくもない感じだが、少しCPU負荷が上がって本体のファンが回りだすとインバーターのバッテリー保護が作動してアラームが鳴る状態に。

仮に配線の抵抗が0.1Ωだったとすると、5Aの電流を流せば0.5Vの電圧降下が起こる。電源が100Vに対して0.5Vの電圧差は無視出来るが、電源12Vに対して0.5Vの電圧降下は大きい。

配線の抵抗はバッテリーへの充電にも影響し、バッテリー側の実際の電圧よりもオルタネーター側の電圧が高く見えてしまうため、ICレギュレーターが控えめに充電制御を行うことになりバッテリーが満充電できない原因に繋がる。まぁ、どちらかと言うとバッテリーに優しい充電になりそうな気がするので充電の方は余り気にしなくて良さそうではあるが。

今回のまとめ

サイクルトレーナーにオルタネーターを取り付け、インバーターを介して自転車を漕いで発電した電力で電気製品を動かすことが出来るようになった。

100W近くの電力消費がある状態では、自転車のペダルはかなりの重さになり、元のサイクルトレーナーよりも大きな負荷がかけられる高性能な物にグレードアップした感さえある。その上、普通は動力を熱に変えて捨ててしまっている所、動力を電力に変換して有効活用出来るのだから一石二鳥だろう(ま、所詮100Wなので1時間漕いだところで節約出来る電気代はせいせい数円だが)。

今回組んだ回路は屋外に設置したバッテリーへの配線引き回しが長くなってしまい、発電していない状態だと電圧ドロップによってインバーターのバッテリー保護機能が作動し、インバーター経由で大きな電力が取り出せない事が判った。改善には配線の見直しが必要だろう。

とはいえ現状でも、コロナによる外出制限の中、自宅で運動する目的は十分果たしてくれている。自転車で発電しながら動画サイトで動画鑑賞するのが日課になった。動画再生をするPCの電源は勿論、発電した電力で賄えている。これで運動不足もバッチリ解消出来そうだ(笑)

とりあえず、ここで一旦このシリーズは区切りにする。つづく、かも。

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