2010年7月16日 星期五

Kinetic Remote Control (充電遙控器)

你也許聽說過,或使用過一種手電筒,只需要靠搖動它本身就能夠取代電池來產生電力。事實上,相同的機制也能夠運用在電 視機、DVD放映機...等的「遙控器」上。



Kinetic Remote Control ─ you shake it to use it

如 何用搖動來取代電池?
首先來說說它的原理;跟據法拉第(Faraday)電磁感應原 理,封閉的線圈在變動的磁場之中必定會產生抵抗磁場變化的感應電動勢(電壓),進而產生感應電流。請看以下影片:



(影片來源: http://www.youtube.com/watch?gl=TW&hl=zh-TW&v=stUDqGzpev8)





上面的影片是一個電磁感應的實驗,實驗器材從左 到右分別是:一塊磁鐵、一捆線圈、以及一個安培計。影片中可以看到,線圈的兩端和安培計連接,形成一個封閉的迴路,且此時的安培計讀值為零(即線路中沒有 電流通過)。接著,把線圈一到磁鐵上方,已緩慢的速度接近磁鐵;當線圈開始和磁鐵交錯,作相對運動的時候,無論是在接近或遠離,安培計都會有讀值,也就是 說,會有電流通過。但若此時將線圈套住磁鐵,使兩者相對靜止,雖然此時兩者交錯,但安培計部會有讀值。這正說明了,要產生電磁感應,封閉的線路變 動的磁場,兩者缺一不可。




以上是 產生電磁感應的其中一種方法,也正是本次操作所用到的方法。
若想對此有更深入的了解,可參考:
http://sciedu.cc.nctu.edu.tw/practice/threehair/page_1.htm
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=15078



怎 麼製作?
首先引用一段影片:



(影片來源: http://www.youtube.com/watch?v=fohnf8z2Lac)

(PS: youtube上原始影片的下方,有pdf檔的連結提供觀看,檔案裡面有詳細的材料介紹與步驟說明)


以 下是你會用到的材料:

壓克力管x1
長度:152.4mm ,   外直徑:22.225mm ,   內直徑:15.875mm

橡皮塞 (用來塞住壓克力管兩頭)

電 容x2
規格:4700μF/16V

漆包線(enameled copper wire)一捆
規 格:30 or 36 gauge ,   長度:1.65m

二極體x4
規 格:1N5819 Schottky diodes (或1N5817)

熱縮管一條
管徑:1mm

磁 鐵x4
規格:rare earth magnets,圓柱形 ,   單一磁力強度:1(T) ,   直徑:12.7mm

電 壓調整器
規格:voltage regulator LP2950-3.3 (a 3.3V low dropout voltage regulator)

穿孔板(perfboard) (Radio Shack有賣, 美國的商店, 專賣電子產品)

遙控器 (選擇你想改裝的)


你 可能會用到的工具:
電線剪     (wire snipper)
數位電表 (digital multimeter)
扁平銼刀 (flat file)
焊鐵         (soldering iron)
銲 槍         (solder)
熱融槍     (hot glue gun)


電 路圖:


(圖片擷取自影片: http://www.youtube.com/watch?v=fohnf8z2Lac)

圖中,左側的線圈與磁鐵 就是發電的地方,然後電流傳到電容(C1)儲存;要使用的時候,再由電容放電,經由電壓調節器(LDO)把電往右側的輸出端傳遞;另外,因為線圈與磁鐵兩 者接近和離開時,產生的電流方向相反,因此中間使用四個二極體來連接,使傳遞到電容的電流都是同一個方向。


步 驟:
1.捲線─將漆包線纏繞在壓克力管上,需要纏繞1400圈;用 手纏繞太費時,有捲線器為佳;影片中就地取材,將壓克力管套在電鑽頭上,把線圈軸套在木棍上,並把木棍用虎鉗夾緊、用水管夾固定線圈軸,接著在轉盤上作記 號,藉此知道繞了幾圈。最後,驅動鑽子緩慢轉動。

2.法拉第電池─繞完線圈之後,用黑色膠帶包覆線 圈,務必使線圈固定不散;線圈兩端預留各約15cm的電線,再用熱縮管包覆,並用吹風機烘烤,使電線與熱縮管貼合;將四顆電池串疊起來,黏合成為圓柱狀, 接著把磁鐵放入壓克力管,檢視滑動的順暢度;用橡皮塞封住壓克力管兩端,然後快速搖動壓克力管,確定磁鐵不會在搖動時飛出。至此,法拉第電池完成!

3. 移除電池─首先打開電池蓋、從電池匣拔下電池,然後小心拆開搖控器,移開它的電路板,分為上、下蓋以及電路板三部分;在這建議把電池匣從下蓋的部 分挖除,並在原本電池匣區塊的側邊挖溝槽,可供之後法拉第電池的電線通過。

4.裝配電容電路─回到工 作台,以perfboard為基底,將二極體、電容、以及LCD voltage regulator依照電路圖作正確的配置、焊接,並用電表來檢測電路是否導通。依照電路圖,在電路輸出端(最右側),焊接出導線供之後連接用。

5. 連結各部分─連接電容電路(步驟4所裝配)與法拉第電池(步驟1、2所製作):將法拉第電池的兩端電線,依照電路圖與電容電路的輸入端(二極體部 分)焊接。搖動法拉第電池,並在輸出端接上電表檢測運作是否正常。確認無誤後,將電路輸出端的兩條導線,與遙控器電路板上,原先連接電池匣的導線,兩者相 焊接。線路連接完成!

6.重新組合─將電容電路板置放在原本電池匣的位置,接著放上遙控器電路板,整 理電線,然後將遙控器的上、下蓋合併,再將遙控器與法拉第電池兩者以熱融膠黏合。至此,新的遙控器誕生!


只 要依樣畫葫蘆去實行,你將不再需要電池心動不如馬上行動!

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