iNSTITUTEM@STER

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2011年11月30日水曜日

部屋で使うシーリングライトの製作 技術編

引っ越してからある程度落ち着きましたが、シナモンブレードの製作はほとんど進んでいません…
ここ2カ月ぐらい、仕事とか私事とか…予想以上に忙しくなってしまいました。

そんな暇あるんかいな、とか言われそうですが…

せっかく引っ越して、心機一転するために、部屋で使うシーリングライトを作成しました。
もちろんLEDで光らせます。

目指すもの:
LEDで光らせること
できるだけ手作りにすること
市販のものより安く作ること
そして、
合計30W程度+常夜灯1W程度で、安全なもの、将来的に改造が可能なもの

といったところでしょうか。


まずは基本設計から。

パワーLEDを使うときには、放熱に注意する必要があります。シナモンブレードもあまり偉そうなことは言えませんが、1WのLEDを半径20mm程度の、あんなに小さな放熱板で使用しているのは、乾電池で使用することを前提にしているためです。また、常に全色点灯していることは少ない、といったことなども理由の一つです。
もし仮に、外部電源を用いて24時間フルパワーで使用する際は、放熱の機構が必要です。金属のスリーブをLEDの周りに取り付けるなどの改造が必要です。

話題がそれてしまいましたが、実はLEDは決して効率の良いものではなく、80%以上が熱で逃げてしまいます。今回使用したものは、1個5W当たり850lmのものです。理論的に、1W当たり683lmが最大ですので、683[lm/W]/(850[lm]/5[W])=0.23...と、単純計算で77%が光以外の何かに変わってしまいます。

大切なのは、結構大きな放熱板が必要、ということです。

今回使用したLEDの資料には、5W当たり最低10300平方ミリメートルの放熱面が必要とされています。



(データシートより抜粋)
当初、5WLED6個で考えていましたが、部品の選定の間に5W*8で作成することになりました。そのため、上の表より表面積が82400平方ミリメートル必要となります。

発熱効率を考えて、半分の面積、つまり片面だけで考えると、円盤状では、最低半径162mm必要となります。

切りの良いサイズを考えて、きわどいですが半径200mmとします。

電源は、安全性、安定性と製作の手間を省くため、市販のものを使用しました。上では「手作り」と言っていましたが、一から安全なものの設計をする時間も技術もありません…24V30Wを取り出せる電源が手に入りました。
さらに、常につけておくものなので、冗長性としてこれを2系統用意します。24V30Wの電源1個に、5WのLEDを4個つけます。片方にトラブルが発生しても、もう片方で光らせることができます。

将来、調光や無線での操作ができるように改造するために、スイッチングとしてFETを取り付けます。

安く上げるために、金属板・アクリル板の加工は自前で行います。

本当は、スタイリッシュに!とか思って設計しましたが、出来上がったものはかなり無骨になってしまいました…


最終的に、使用した部品はこちらです。
・半導体類
5WパワーLED OPTOSUPPLY OSW4XAH5E1E *8
$1WLED OPTOSUPPLY OSM5XME1C1S *8
#FET 東芝 2SK2232 *4
$整流ダイオード 1N5404 *4

・抵抗、コンデンサ類
$酸化金属抵抗 7.5Ω1W *2
$カーボン抵抗 100kΩ *1
セメント抵抗 3.3Ω 5W *4
#半固定抵抗 1MΩ *4 
$フィルム 3.3μF250V *1

・電源ユニット
24V30W コーセル LCA30S-24 *2

・スイッチなど
125V3A オルタネイト型押しボタンスイッチ *3
ヒューズソケット *1
125V1Aヒューズ *1
48mm*72mmユニバーサル基板 *2
スイッチをつなぐ電線4本分 適量
放熱シート、または放熱グリス 適量

・機構部品
アルミ丸板 φ400*t2
アクリル丸板 φ400*t3

・ねじ、ナット
・・ナベネジ 
M2x10 *16
ポリカーボネートM3x10 *2
M3x20 *16
M4x10 *4
・・ナット
M2 *16
ポリカーボネートM3 *2
M3 *16
高ナットM4x30 *4
アイボルトM4 *4
絶縁スペーサー M3x10 *16

「ただ光らせたい」だけなら、#印のものはなくても問題ありません。
$印は、常夜灯向けの部品です。

大体作りたいものが決まったので、電気回路を作成します。
各種図面は、次回載せる予定です。

3 件のコメント:

  1. 七色のkrkr工房2011年12月2日 12:11

    たまには違う物を作りたくなる気持ち分かりますよ^^ LEDの放熱は流行りのLED電球でもかなり苦労しているようで、我々素人には頭が痛い問題ですよね^^; 自分が作るとしたら一から作ると大変なのでPCのCPUクーラーでも使おうかな?
    これで冷えないLEDが有るなら見てみたいですw

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  2. 1月にあるアイマスイベントでは電池式のサイリウムは禁止になってみたいです。
    公式のはOKみたいですけど、公式で電池式は出ていましたっけ?って感じです。
    これから売るつもりなのかもしれません。
    いろんなライブとかで自作サイリウムでケガ、喧嘩などありましたから先手を打ったのかもしれませんね。
    アニメの影響で新規のファンも多くなり、オタ芸をする人もいるそうです。
    サイリウム禁止にはさすがにならないとは思いますけど、残念なことです。

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  3. 七色のkrkr工房さん
    確かに、いろいろとアイディアが浮かんでいたので、違うものを作って行きたいと思っています。ちょうど下のコメントにもあるとおり、アイマスライブで使えなくなってしまったので、とりあえず今のものを完成させながら、新製品を開発していかないといけないな…と思います。

    匿名さん
    アイマスライブで電池式のものが使えなくなってしまったのは、おっしゃる通り、自作のものでやけどや、眩しすぎるなどのクレームがあったのが有力でしょうね。
    また、今回は無線で制御するサイリウムを開発したようで、その実証実験も兼ねているんじゃないかな、とも思います。いずれにせよ、シナモンブレードは今後どうしようか、とりあえず今手元にあるものは完成させたいと思います。

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