ポータブル電源

2010年5月
　赤道儀などの電源として、12V ７.2Ah のディープサイクル鉛バッテリーを使ってきましたが、さすがに10年も使うと、容量の減少が顕著になりました。次のバッテリーを何にするかと考えたとき、鉛バッテリーはやめようと思っていました。鉛バッテリーは、自動車用バッテリーなどではリサイクルが確立されていますが、自動車以外の用途のものは、リサイクルのルートに乗せるのが少し厄介です。自治体などのゴミ回収や家電量販店などで引き取ってくれません。そこで、こんな計画を立てました。

1. 電源として、乾電池型の Ni-MH を使う。
   　乾電池型ならば、自治体のゴミ回収、家電量販店の乾電池回収のルートでの廃棄が可能です。容量が一番大きい単一型を使うことにしました。Li-ion を使うとさらに軽量小型になりますが、こちらは充放電方法を誤ると、発火のおそれがあり、素人の工作としては危険度がまだ高いです。
2. 高めの電圧を発生して、高効率 DC-DCコンバーターで所定の電圧まで、ダウンさせて使う。
   　これによって、放電終了電圧まで一定電圧を出力させることが出来ます。 DC-DCコンバータの入出力電圧差を3〜4V、Ni-MH電池の放電終了電圧を1Vと仮定し、16本直列にすることにしました。
   　電池の多量直列は、少し問題があります。それぞれの容量がばらついてくると、逆電圧が印加する場合があり、破損のおそれが出てきます。しかし、少し過充電気味に充電することを繰り返すと、結果的にそれぞれの電圧は揃ってくることがわかっています。一般のNi-MH充電器は、100%充電を少し超えたところで、電圧が下がる現象を捉えて、充電完了としていますので、充電修了時には少し過充電になります。これを使って管理します。
   　DC-DCコンバータは、秋月電子通商で購入した加賀コンポーネンツのKIC-125を使いました。効率は 90% 以上、5Aの出力が可能です。

3. 車のバッテリー充電機能も持たせることが可能。
   　DC-DCコンバーターは、出力を可変出来ます。満充電で20Vの電圧がありますので、自動車のバッテリーへの充電用としても使うことが可能です。もっとも、容量は自動車バッテリーの約1/5ですので、大した助けになりませんが。

　箱は、百均で購入したA4サイズのドキュメントボックスを使いましたが、ちょっと弱かったです。いい感じでたわんでくれます。
　これも含めて、いくつかまだ改良すべき点があります。

1. 箱を強度があるものにしたい。
2. DC-DCコンバーターのFETがショートモードで故障すると、電池の電圧がそのまま出力されます。これを防止するために独立した過電圧防止装置を付ける予定。
3. 車のシガーソケットから充電できる回路の付加。
4. もう一台、DC-DCコンバーターを積んで、6V出力を得る。
   ナビゲータが6〜12Vで動作可能ですが、ドロッパー型レギュレータを内蔵して電源電圧変化に対応していますので、6V 供給で使えば、消費電力は約半分になります。

　容量については、電池の並列接続によって増加させることが可能です。この電源の一番の欠点は高価であること。この電源で、およそ　12V 13AHの容量(1.2[V] x 16[個] x 9[AH] x 0.9[η] / 12[V])がありますが、同じ容量のディープサイクル対応の鉛バッテリーは、5千円程度で購入できるのに対し、この電源は原材料費だけで約2万円です。また、Ni-MHの特性として自己放電が大きい事も欠点としてあげられます。

レーザーコリメータ

　2001年1月4日　レーザーポインタと光軸修正アイピースを改造して、レーザーコリメータを作ってみました。使用したレーザーポインタは、秋月電子で 800 円ほどで購入したもの、光軸修正アイピースは、笠井で入手した試作品のものです。
　赤道義に載せるようになってから、バンドで締め付けられるせいなのか、光軸が狂うことが多くなり、現地調整用にと作ってみました。中央の穴は、戻り光を見るための覗き窓です。この覗き窓がないと、鏡筒式のニュートンの主鏡の光軸を合わせるため、後方の主鏡光軸調整ネジを回しているときは、光路を確認できないため、前方を覗きこんで光軸を確認し、後方に回って調整することを繰り返さなければなりません。このように戻り光の覗き窓を付けておくと、主鏡調整ネジを回しながら、戻り光を確認することが出来ます。もっとも、接眼部に戻ってこないほど、大きくずれていれば、役に立ちません。

　中央の太いネジが、レーザーポインタのスイッチを押すためのものです。光軸は、後ろの3本のビスで合わせます。

　使ってみた感じは、光軸調整が非常に楽になったということ。Chesire タイプの光軸修正用アイピースの場合、手前約 10cm のアイピースの十字線と、約 1m 先の主鏡のセンターマーク、さらに 1m 先の斜鏡スパイダーとで、軸を合わせなければならず、その焦点深度は眼の能力を遙かに超えます。そのため、精度良く光軸を合わせることは出来ません。この点、レーザーコリメーターなら、問題なく一致させることが出来ます。
　ただし、レーザーコリメータ出会わせることができるのは、接眼部、斜鏡、主鏡の位置関係だけですので、鏡筒と鏡の位置関係をチェックすることは出来ません。これは、糸張り法などでチェックする必要があります。

表示用赤色 LED を使った懐中電灯

　作り方は、とっても簡単です。懐中電灯の電球の台座のみを利用して、フィラメントの代わりにLED発光素子を取り付けるだけです。但し、重要なポイントが3つあります。

1. 　懐中電灯は、単三あるいは単四を2本使うものを使用すること。
2. 　LEDは、2.6V付近で、50mA以下のものを選択すること。
3. 　電池はニッカド電池を使用すること。

　この3つが出来ない場合は、LEDに直列に抵抗を入れて、電流を制限する必要があります。その場合の抵抗は、1/4〜1/8W 51Ω 程度で充分でしょう。
　LEDには、極性があります。リード線の長い方を電池のプラス側になるようにして下さい。
取り付けは、右の図のように電球を割って、フィラメントを取り除き、LEDを半田付けしました。
もちろん、普通の懐中電灯に赤いセロファンを貼り付けても、目的を達成することが出来ますが、電池の持続時間に圧倒的な差があります。このLEDライトは、一晩、点灯しておいても、大丈夫です。星図を見るには充分な明るさがあります。

高輝度LEDを使ってパワーアップする

　数 cd(カンデラ)の輝度を持つ高輝度 LED を使うと、1m 先を照らす事が出来るLEDライトを作ることが出来ます。今回は、LED の V-I 特性を考慮して、抵抗を入れました。電池寿命は、100時間以上と予想されます。

抵抗を直列接続した高輝度 LED と、その発光パターン　回路図　6kB

白色 LED を使ったランタン

　秋月電子通商で、白色 LED(日亜化学 NSPW500BS) と定電流ダイオードのセットを 400 円で購入して、製作しました。白色 LED と定電流ダイオードは、合わせて 4V 以上の電圧を必要としますので、懐中電灯器具は、乾電池3本以上を使用する器具を使用します。
　さすがに LED 一個では、電球より暗くなりますが、観望中の休憩用テーブルライトや、撤収用としては充分、観望中の望遠鏡至近では明るすぎるほどです。電池寿命は、単一乾電池で、数百時間以上ですので、予備の電池を持っていく必要もありませんし、一晩中、点灯しておくこともできます。

定電流ダイオードを直列接続した白色 LED と、その発光パターン

　ランタンとして使用する場合、上図のように、発光パターンが鋭いので、この方向にアルミ箔など光を拡散するものを配置しておくと良いでしょう。

白色LEDを使ったランタンのバリエーション

　日亜化学 NSPW500BS は、輝度が高い反面、広がり角が20度(輝度が半分になる半値幅)と狭く、何かを照らすようなサーチライトには向いていますが、周囲を照らすようなランタン向きではありません。そこで、輝度は低いけれども、50度の広がり角をもつ NSPW510BS を使ってみました。
　秋葉原などでは、この輝度の低いNSPW510BS は、NSPW500BS の半額で売られています。しかしながら、広がり角が大きいので、全体としての光量は、かえって NSPW510BS の方が多いかもしれません。
　左が、組み込み例です。ランタンのデザインとしては、上部に光が拡散しない据え置き型です。光量を限度まで稼ぐために、LED 一個あたり定格近い 27mA が流れるよう抵抗の値を決めています。抵抗は、91Ω です。右が、LEDの取り付けの様子です。LED を横向きに二つ取り付けて、横向きに強い光が出るようにしています。単一乾電池 4 本使用で電池寿命は、100 時間以上と計算されます。

　秋葉原で見つけた安価なランタン型懐中電灯に組み込んでみました。これと同じ形のランタンが、キャンプ用品メーカーブランドで売られていますので、OEMかあるいは真似した製品かと思います。これは、伸縮式になっており、本体を延ばすと左図のようにランタンになります。また、本体を縮めると、ランプが反射鏡に挿入されるようになっており、右図のように懐中電灯になります。いずれの場合も、LED の指向性により、下方向に強い光が出ますので、吊す使い方が効果的なタイプです。但し、上記の大型ランタンのように、ランプ周囲のクリアランスがあまりないので、LED を横向きにしたり、複数個をつけたりする事が出来ません。単三乾電池4本使用で、電池寿命は、40 時間以上と予想されます。

LEDの光量、寿命などに関して

1.　電池寿命が不足な場合、光量を半分にすると電池寿命は倍になります。人間の目は、光量が半分になっても少し暗くなった程度にしか感じないので、こういう方法で、電池寿命を延ばすことは可能です。
2.　あまり知られていないことですが、LED には寿命があります。メーカーは、詳細な資料を公表していないようですが、私は、およそ1万時間と推定しています。この寿命は、電流、周囲の温度によって変化します。寿命を延ばしたい場合は、電流を少なめに、低い温度で使用すべきです。

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