太陽電池でモーターを動かすには・・・

質問

初めて質問させていただきます。

現在、太陽電池を使ってモータを動かそうとしています。
太陽電池は1V750mAのものを直列に2枚接続したものを、2セット並列にしています。
モータは、タミヤのソーラーモーター02です。

太陽電池を直射日光にあてれば、勢いよく回るのですが、曇りの日や日陰では回ってくれません。
手で最初に少し回してやると、回り続けます。
いろいろ調べてみたのですが、太陽電池で発電される電流がモータの起動電流まで達していないようです。
コンデンサを電源と並列につなげるとよい、という方法をネットで見つけたのですが、モータが止まっている状態ではコンデンサに電気がたまっていないようです。

何か、良い対処法はありますでしょうか？
よろしくお願い致します。

回答No.7

chirubou · ベストアンサー

No.3 です。No.5 さんが心配されてますが、タミヤのソーラーモーター02は 100mA 程度で回る省電力タイプのモーターなのでこれで回るのではないでしょうか。

えっと、やりたいことを整理してみましょう。スーパーキャパシタが蓄電され、ある電圧になったらモータに電流を流したいんですよね？でこの時に時間遅れをいれる必要はないかと思います。そうなら C2 は不要ですよね？私の勘違いかな？

だったら、普通のダイオードの障壁電圧を利用して、Vcc からダイオード（障壁電圧を調整する意味で、複数直列もあり。この障壁電圧の和でしきい値を設定）、抵抗を経由してトランジスタのベースに直結でいいような気もします。場合によってはベースから Gnd に別途抵抗が必要かもしれません。

このモータはブラシ式ですよね？モータの逆起電力を吸収するようにモータに並列かつ逆方向で大きめのダイオードを入れておいた方が安心だと思います。

補足

silverbearさん、chirubouさん、ご回答ありがとうございます。

>　で、モーターの電流がどのぐらいか分からないのですが、1500ｍAのソーラーパネルを使うということは１２０ｍAじゃ全然足りないような気がします。
chirubouさんのおっしゃる通り、タミヤのソーラーモーター02は省電力タイプのものです。

>　えっと、やりたいことを整理してみましょう。スーパーキャパシタが蓄電され、ある電圧になったらモータに電流を流したいんですよね？
その通りです。

お二人の書き込みを見て、もう一度考えてみましたが、下記のような感じでしょうか？

　＿Ｄ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
｜　→　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　＿＿｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　｜　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　↑Ｄ　　　モ
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　｜＿＿｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　Ｒ１　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　Ｃ
｜＋　＋｜　　　　　　　　　　＿＿＿＿Ｂ○
電　　　　Ｃ１　　　　　　　　　　　　　　　　Ｅ
｜－　－｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
｜＿＿＿｜＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿｜

Ｒ１：1ｋΩぐらい？
Ｔ：2SC1815

よろしくお願い致します。

回答No.10

chirubou

No.2 さんのおっしゃる通りですね。もうひとひねりしないと確かにこの回路ではダメでした。

お礼

ご回答ありがとうございます。

一度、chirubouさん、omi3_さんの案を調べてみようと思います。
それでも、わからない場合は、改めて質問させていただこうと思います。

本当にありがとうございました。

回答No.9

chirubou

私のアイデアとは D の位置が違います。R1 に直列に順方向に入れます。（ショットキーでない普通の）ダイオードには障壁電圧といってある電圧以上にならないと電流が流れません。この電圧はダイオードの種類によってちがいますが、だいたい 0.5V 前後です（シリコンかゲルマニウムかで大きく違う）。２つ直列にすれば1V前後になります。そうそうトランジスタのベースにも同じように障壁電圧がありますので、これも計算に入れてくださいね。これによりC1に障壁電圧（の和）以上の電荷が貯まると、トランジスタのベースに電流が流れ、モーターにも電流が流れる、という具合になります。

ダイオードやトランジスタの特性をしらべる元気がないので、具体的な数値に関してはおまかせします。R1 が 1K だと大き過ぎると思います。障壁電圧がありますから。トランジスタもできれば 1A 位流せる物の方が安心のように思います。いきなりモータを接続しないで、初めは10オーム程度の抵抗負荷で試験した方が安全だと思います。

モータをエミッタ側に持っていくとベース電流もモータに流れるのでより効率的ですが、ベース電圧のコントロールが少し難しくなってしまいます。まずこれで動いてから、改良するというのでいいのではないでしょうか。

回答No.8

久保 泰臣（@omi3_）

#2です

>モータのスイッチを入れたまま、コンデンサを充電するには、

この質問は、
コンデンサに負荷をかけたままで充電するか？
との主旨でしょうか？

初期の質問は、
モータの起動電流に達する方法ではなかったのですか？

それに対する回答は、
大きなコンデンサにエネルギーを貯えておこう。
ということです。！！！！！！

貯えてからスイッチを入れるしかないないでしょうが。

もし、
そのスイッチを自動にしたいのなら、
別の質問にするべきです。

電圧が 1.2v に上昇したら、スイッチが入り、
電圧が 0.8v まで下がったら、スイッチが切れる。
ような制御回路を設計してください。
と質問しなおしてください。

この場合、スイッチはFET が唯一の選択肢です。
制御は、チャージポンプで3v以上を確保してからです。
こんな設計なら、工業製品として十分に役立ち、
考える元気が出ます。

下の不毛をみると悲しくなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

質問の内容が変わってきてしまっていたようで、申し訳ありませんでした。

一度、
>　この場合、スイッチはFET が唯一の選択肢です。
>　制御は、チャージポンプで3v以上を確保してからです。
の方法を調べ、それでもわからない場合は、改めて質問させて頂きます。

ありがとうございました。

回答No.6

silverbear

No5です。
しゅみれーたーでちょっとやってみたんですが、直列でも並列でもR2無いほうが良いみたいでした。すいません。
時間の計算は0.7*C2*R1［秒］位になると思います。

で、シュミレーションしていて思ったことなんですが、ベースに流れる電流が少なすぎてモーターを動かすにはHfeが足りないような気がしてきました。
トランジスタはベースの電流をHfe倍するということは知っていますでしょうか？
2SC1061は見つけられませんでした。2sc1815でHfeは１００ぐらいになります。（まぁこのトランジスタじゃ１Aも流せないのですが）
ベースの電流は（2V-0.65)/（R1+R3）となるのですが、R1を１ＫΩにしても1.2ｍA１００倍すると１２０ｍAです。
で、モーターの電流がどのぐらいか分からないのですが、1500ｍAのソーラーパネルを使うということは１２０ｍAじゃ全然足りないような気がします。
すると次に考えるのはダーリントン接続なんですが、VBEの電圧降下が２段になって1.3V。今度はR1の電圧が小さくなってしまいベース電流が小さくなりすぎてしまいます。

もしこれでごり押しするなら、モーターのところにリレーを入れて、リレーでモーターを動かせば良いかな？と。
ただ、今度は２Vで動くリレーをみつけられ無いんですよね。

うーん　うーん　と悩んだんですが、この回路はあきらめた方が良いかな？と思っております。
力に慣れなくて申し訳ないです。

補足

ご回答ありがとうございます。

この回答に対する補足は、No7の補足にまとめて書き込みさせて頂きました。

よろしくお願い致します。

回答No.5

silverbear

モーターがいったんＯＦＦになったら数秒間充電する回路を作る事になると思います。

まず、モーターをスイッチングするためにトランジスタを接続します。
説明のためにコレクタをＣ　ベースをＢ　エミッタをＥと表示します。

[２Ｖ]－[モーター]ー[ＣトランジスタＥ]ー[ＧＮＤ]
って感じで接続して、それと並列に大容量のコンデンサを接続します。（Ｎｏ２さんのコンデンサがいいかも）

この状態で
[２Ｖ]ー[抵抗]ー[トランジスタのＢ]
とつなげばモーターが回転し、２ＶをＧＮＤにつなぐとモーターが止まり、コンデンサに充電します。

ここからは予想の話になります。
モーターが止まっているときはおそらく電圧がほぼ０Ｖになっていると思います。（モーターが止まっているときは、モーターの内部抵抗が０に近くなると思います）
でも、実際には多少の電圧があると思います

そこで、
http://www001.upp.so-net.ne.jp/FITDESIGN/manu5.htm
５－４　外部リセット回路２：ＲＣ＆ダイオードによるリセット回路
のような回路を組みます。
ＰＩＣ１６Ｆ・・・の部分に先ほどの回路のトランジスタのＢを接続します。
おそらくこのままだとうまく動かないと思いますので、１０μＦの部分に抵抗を入れてください。
まずは１０ＫΩ、大きくしたり小さくしたりして調節すれば、夜はＯＦＦ，昼はＯＮ、曇ればＯＮとＯＦＦを繰り返すようになるんじゃないかと思います。

今付いている１０μＦを大きくすると充電時間が長くなるんじゃないかと思います。

完全に勘ですので、改良しないと駄目かもしれませんし、奇跡的に動くかもしれません。

補足

詳しいご回答ありがとうございます。

私なりに考えてみたのですが、以下のような感じでしょうか？

　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　＿｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　｜　　｜　　　　　　　　　モ
｜　　　　｜　　　　　　｜　　｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　↑Ｄ　　Ｒ１　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　｜　　｜　　　　　　　　　Ｃ
｜＋　＋｜　　　　　　｜＿｜＿＿Ｒ３＿＿Ｂ○
電　　　　Ｃ１　　　　　　　　｜　　　　　　　　　Ｅ
｜－　－｜　　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　Ｒ２　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　＋｜　　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　　Ｃ２　　　　　　　　｜
｜　　　　｜　　　　　　　　－｜　　　　　　　　　｜
｜＿＿＿｜＿＿＿＿＿＿｜＿＿＿＿＿＿｜

C1 : 1F
C2 : 10μF　(要調整)
R1 : 10kΩ
R2 : 10kΩ (要調整)
R3 : 100Ω
T : 2SC1061等？
D : 31DQ03L等？

C1を十分に充電させるにはC2とC1を同じぐらいまで大きくした方が良いのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.4

mii-japan

バッテリと組み合わせるのがよろしいでしょう

参考はホームセンタで数百円で販売されているソーラライトです

補足

ご回答ありがとうございます。

ソーラーライトですか・・・。
一度調べてみます。

回答No.3

chirubou

モーターが止まっていても（起動電流に達していなくても）、電気は流れますので、コンデンサを入れても放電してしまい、改善されないです。ただし瞬間的に日陰になったような場合には、コンデンサ（スーパーキャパシタを使う必要あり）があると短時間の間、回転を保つ効果は期待できるでしょう。

日陰でも回る方法を少し考えてみましたが、簡単な機構では難しいようです。ちょっとした回路を組む必要がありそうです。太陽電池をより多く接続する、という方法が最も単純です。

基本的にはモータの特性が問題です。モータを手で回してみると分かると思いますが、カクカクという感じ（コッキングという）で中の永久磁石に引っ張られて滑らかには動かないと思います。これが原因で少ない電流では動かないのです。コッキングなしでかつ省電力で動くモータが市販されているかどうかまでは知らないのですが、自分でコイルを巻いてモータを自作するという手もあります。

蛇足ですが、同様な問題は小型の風力発電機でも生じます。ある風力発電機では微風の時には定期的にモータに電流を流し、強制的に回転させるようにしています。

補足

ご丁寧なご回答ありがとうございます。

> 日陰でも回る方法を少し考えてみましたが、
> 簡単な機構では難しいようです。ちょっとした
> 回路を組む必要がありそうです。太陽電池を
> より多く接続する、という方法が最も単純です。
簡単な機構では難しいですか・・・。
ちょっとした回路を勉強してみようかと思いますが、
参考になる本やサイト・方法等ございましたら、教えて頂けますでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.2

久保 泰臣（@omi3_）

10000uF 位のコンデンサに、1.5v位
貯まっていれば、起動すると思います。

電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）は、
1000000uF (1F @200円) もあるので、十分でしょう。

曇りでも、このキャパシタに充電して、モータのスイッチを入れれば、
起動後回り続けるでしょうね。

ニッカド二次電池を使えば簡単なんでしょうけど、
それを使わないのが偉いですね。

電気二重層コンデンサで電力を蓄積しようとするなど、
これは、最新技術の部品なんですよ。

参考URL：

http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=cap2&s=popularity&p=&r=1&page=0&cl=1

補足

早速のご回答ありがとうございます。
No1の回答に補足を書き込んでいる時にomi3さんの書き込みがあったみたいです。^^

10000uFのコンデンサと、電気二重層コンデンサをを早速手に入れて、両方試してみようかと思います。

> 曇りでも、このキャパシタに充電して、モータのスイッチを入れれば、
> 起動後回り続けるでしょうね。
とありますが、モータのスイッチを入れたまま、コンデンサを充電するには、何か方法があるのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.1

kazeyomi

とりあえず光量が少ない場合は十分な電流が得られないと思うので、太陽電池を二個以上並列に繋いでみることをお勧めします。
コンデンサを挟むと一時的に充電して電力を上げることはできますが、モーターのような消費電力が大きいものに対しては気休めにしかならないと思います。
昔のコンピュータなどは高容量のコンデンサを電池代わりにして、時計の電池代わりに使っていた事があります。まあその程度の要求電力にしか安定しては使えないんだと思います。

補足

早速のご回答ありがとうございます。

> コンデンサを挟むと一時的に充電して電力を
> 上げることはできますが、
とありますが、
モータを回し始める時に一時的にコンデンサから電力を放電したい時は、どのようにすればよいのでしょうか？

よろしくお願い致します。