#7324 lg

# 7324-LG 133 PCS

8+ 探究风力发电的奥秘 BUILD WIND-POWERED GENERATORS AND TO ENERGIZE YOUR ELECTRIC VEHICLES!

任意組裝 任意組裝

› › › 目錄

给家長們的建議 & 安全注意事项 .......................................................................................... P2 零件表 ...................................................................................................................................... P3 风的形成 ................................................................................................................................... P4 风力分级 ................................................................................................................................... P5 扇叶造型与数量的奥秘 ............................................................................................................ P6 风力发电原理 ........................................................................................................................... P7 直流电马达产生电流 ................................................................................................................ P8 30倍双用发电机 ...................................................................................................................... P9 组装模型的注意事项 ............................................................................................................... P10 如何变速 .................................................................................................................................. P11 风车测试距离 ........................................................................................................................... P12 如何固定风车 ........................................................................................................................... P13 让我们开始实验吧 ................................................................................................................... P14 将能量储存起来 ....................................................................................................................... P15 进阶说明 .................................................................................................................................. P16-18 使用家用立扇的的实验数据 ................................................................................................... P19-20 使用工业立扇的的实验数据 ................................................................................................... P19-20 模型 1 长扇叶风车 ................................................................................................................... P21-23 模型 2 短扇叶风车 .................................................................................................................. P24-26 模型 3 滑翔机 .......................................................................................................................... P27-28 模型 4 风帆车 .......................................................................................................................... P29-30 模型 5 三轮车 .......................................................................................................................... P31-32 模型 6 喷射车 .......................................................................................................................... P33-34 模型 7 越野车 .......................................................................................................................... P35-36 模型 8 赛车 .............................................................................................................................. P37-38

1

› › › 給家長們的建議＆安全注意事項 产品特色 引领未来「绿色能源」趋势—生生不息的风，为我们带来更大的力量！ 让孩子在家里就可以认识最环保的风力发电，创造自己的风力发电模型车！ 1.特色首创两种拼插玩具风车叶片及3段变速的齿轮变速箱，可在各种风力下作用： a. 长叶片风车：模仿真实的风力发电风车，最适合海边或是风大的地方。 b. 短叶片风车：类似飞机机翼的形状，即使风小也可以运作，让孩子在家里的院子就可以风力发电！ c. 两种积木风车都可于室内教学使用，只要使用电风扇即可运作！ d. 齿轮变速箱：依据风的大小调整齿轮变速，让风力发电更快速，效果更好！ e. 专利长形管：易于固定风车，可让风车稳固地进行实验！ 2.学习 a. 40页彩色说明书详细示范2种积木风车及6个模型车，让小孩子在快乐的实验中，从基本开始练习 ！ b. 在室内时，带领孩子依据电风扇吹出的风力大小，选择不同的叶片、改变叶片数量及角度，调整齿 轮变速箱，找到最好的组合让LED灯发得最亮！ c. 由室内得到的经验，带领孩子到户外，观察风力的大小，自己调整风车，使它能在最短的时间内， 就可以为电池充满电！ d. 在实验的过程中，与孩子一起见证风吹的力量及能源的储存，用储存满满电力的电池来驱动有趣的 模型吧！ 3.创新 加入自己独一无二的经验与想法，引导孩子加入自己独特的企图心与创意思考，自行研发更多关于风 力、电学与机械的模型，创造自己的电动车！ 4.竞赛 挑战自己！接受同样的风吹力量，看看谁的风车叶扇及齿轮变速组合最厉害，可以最快将电池充满电 ，让模型车先驰得点！来参加世界机关王大赛吧！

给父母亲的建议 透过这个科学游戏实验组，您的孩子可以从游戏中学到有关物理的风力与电力概念。经由每个组装的 步骤，除了可以让孩子们学习思考能力，更可以带领孩子们进入大自然能源的领域。 1.请详读教学手册内的安全注意事项。建议您可以依照说明书里面的步骤组装模型。很快地您就可以 知道如何组装零件并且如何组装您所想要的各种模型。 2.这是一组适合8岁以上儿童的玩具。它可以帮助孩子们在组装各种模型的过程中探索并了解风力与 电路。 3.开始组装模型之前请告诉您的孩子一些电池的注意事项及可能发生的危险。 4.请勿将电线或其他配件插入家用插座，这会造成极度的危险。这个模型只适合使用可充电电池与一 般的电池。 5.清洁方式： ● 清洗前，请先将电池取出。 ● 仅可以使用稍微沾湿的抹布擦拭。 注意 ● 请勿使用清洁剂。 这是一组适合8岁以上儿童的玩具。此说明

安全注意事项

书建议由父母陪同一起与孩子们在组装各种

1.本产品使用一节1.2V AA充电电池或1.5V AA电池。

模型的过程中探索并了解风力与电路。开始

2.勿将一般的干电池充电。 3.蓄电池的充电只能在成人的指导下进行。 4.勿将不同种类的电池或新、旧电池混合使用。

组装之前请告诉您的孩子一些电池的注意事 项及可能发生的危险。 1.如果长时间不使用的话，请将电池取出。 2.不正确的使用电池可能会产生漏电的现象

5.只使用建议或类似种类的干电池。

，这有可能造成电池周边环境的损害、火灾

6.必须注意电池的正、负极性。

的可能性及人员的伤害。

7.不能使电池的正、负极两端短路。 8.用完的电池必须从电池座内取出。 9.当电池没电时，请遵照电池上的指示做废弃物回收。 10.移出或放入电池时，请先关上开关。

警告 这组玩具并不适合3岁以下的幼儿使用，其中包含小 朋友可能吞食的细小物件。请将玩具放在幼儿无法取 得之处。

2

实验包內的零件 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

×4

×40

×6

×1

×3

×3

×2

×2

×4

×8

×4

×6

13

14

×3

×1

16

15

×2

17

×2

×3

21

22

23

24

25

×5

×1

×2

×1

×2

18

19

×1

×1

20

×1

26

27

×2 28

29

×1

×1

30

31

×1

×1

×1 32

×6

33

34

35

36

×1

×2

×6 ×3

清单 : 找零件 - 检查 - 核对 号码

3

数量

品号

号码

1

C-轴固定键

描述

4

3620-W10-A1D

19

C-多向接头-主体

描述

2

C-长结合键

40

7061-W10-C1R

20

3

C-短纸卡固定键

6

7061-W10-W1SK

21

4

C-自转轴键

1

7026-W10-H1R

5

C-双向转接键

3

6

C-单向转接键

7

数量

品号

1

3680-W10-A1R

C-圆风车锥头

1

7324-W10-B1W

C-垫片

5

R12#3620

22

C-LED灯泡

1

E40-04

7061-W10-J1SK

23

C-螺丝

2

M20-12

3

7061-W10-J2SK

24

C-100mmⅢ轴

1

7413-W10-L1D

C-二合一结合键

2

7061-W10-G1SK

25

C-150mmⅠ軸

2

7026-W10-P1D

8

C-底盘结合器

2

7026-W10-I1SK

26

C-管转接器

2

7324-W10-E1SK

9

C-3孔长条

4

7026-W10-Q1SK

27

C-30倍马达盒

1

7328-W85-A1

10

C-5孔长条

8

7413-W10-K1SK

28

C-1.5V单孔充电座

１

7324-W85-F1G

11

C-5孔超长条

4

7026-W10-S1SK

29

C-1.5V单孔电池座

１

7324-W85-F2B

12

C-15孔超长条

6

7413-W10-H1SK

30

B-扳手

1

7061-W10-B1Y

13

C-5×10孔长方框

3

7026-W10-U1SK

31

E-410mm管

1

1060-W17-410S

14

C-5×15孔长方框

1

9060-W10-C1SK

32

C-短风车叶片

6

7324-W10-C1B

15

C-20T齿轮

2

7026-W10-D2R

33

C-风车叶片

3

7324-W10-A1W

16

C-40T齿轮

2

7026-W10-E2B

34

C-束带

6

R40#3680

17

C-60T齿轮

3

7026-W10-W4Y

35

E-夹钳

1

1060-W85-M1Y

18

C-多向接头-上盖

1

3680-W10-B1R

36

C-8×12底盘

2

7125-W10-A1SK

风的形成 「风」是如何形成的呢？有什么用途？又如何利用风呢？ 地球表面被大气包围，太阳辐射不断经由大气传送到达地球表面，地球表面各处的地方受热 不相同，故产生了气压的高低。气温是影响气压高低的重要因素，温度高造成热空气上升， 气压减小；而温度低使冷空气下降，气压增大，因而产生压力差。由于地球自转以及太阳热 辐射不均所引起的空气循环流动，形成了「风」。 人类很早便利用风力作为 动力能源，约一千年前的 中国及波斯已经开始设计 风车（wind mill），用于 灌溉、取水以及磨碎谷物

图1 地球上的空气受到太阳的热与地球的自转，所造成冷热 空气对流，成为「风」。

和农作物。逐渐一些欧洲 的国家，像是荷兰，将风 车加以改良使用，希腊 Crete岛利用上百台帆布 制成之风车来汲水运用。 在中世纪的欧洲，风车是 相当重要的动力能源。欧

洲对于风车的研究相当的投入，在1890年，丹麦的气象学家制造了第一部风力发电机，开启 了风能技术研发的大门。随着风力发电机技术的成熟，风力发电更具成效。 二十世纪开始风力发展的演进，在1900年初期尚用于农业上的使用，至1970年代能源危机 后，风力发电被世人重视，系统化的加以开发研究风力发电机，我国也开始对风力发电进行 评估研究和开发，1990年风力发电逐渐走向商业化，并随着大家对替代能源使用的重视，风 力发电开始迈进新的纪元。

图2为最早的传统式风车（wind mill）到现今发展的现代式风力发电机（wind turbine）和风力发电厂（wind farm）。 （资料来源:经济部能源局）

4

风力分级（资料来源:中央气象局） 风之强弱程度，通常用风力等级来表示，而风力的等级，可由地面或海面物体被风吹动之情 形加以估计之。目前国际通用之风力估计，系以蒲福风级为标准。蒲福氏为英国海军上将， 于1805年首创风力分级标准。先仅用于海上，后亦用于陆上，并屡经修订，乃成今日通用之 风级。实际风速与蒲福风级之经验关系式为： Ｖ= 0.836 * (Ｂ ^ (3/2)) Ｂ为蒲福风级数Ｖ为风速（单位：公尺／秒） 兹将现行蒲福风级标准，表列如后（详见表１） 表１ 陆上应用之蒲福风级表（Beaufort scale） 风速 蒲福风级

5

风之称谓

一 般 叙 述

kts

m/s

0

<1

<0.3

无风

烟直上

1

1-2

0.3-1.5

软风

仅烟能表示风向，但不能转动风标。

2

3-6

1.5-3.3

轻风

人面感觉有风，树叶摇动，普通之风标转动。

3

7-10

3.3-5.5

微风

树叶及小枝摇动不息，旌旗飘展。

4

11-15

5.5-8.0

和风

尘土及碎纸被风吹扬，树之分枝摇动。

5

16-20

8.0-10.8

清风

有叶之小树开始摇摆。

6

21-26

10.8-13.9

强风

树之木枝摇动，电线发出呼呼啸声，张伞困难。

7

27-33

13.9-17.2

疾风

全树摇动，逆风行走感困难。

8

34-40

17.2-20.7

大风

小树枝被吹折，步行不能前进。

9

41-47

20.7-24.5

烈风

建筑物有损坏，烟囱被吹倒。

10

48-55

24.5-28.4

狂风

树被风拔起，建筑物有相当破坏。

11

56-63

28.4-32.6

暴风

极少见，如出现必有重大灾害。

12-17

≥64

≥32.6

飓风

极少见，如出现必有重大灾害。

※风级3到7分别是微风、和风、清风、强风和疾风（风速约介于3～17m/s），是一般风力发电机可 以使用的范围。

2.扇叶造型与数量的奥秘 传统式风车（wind mill ）传统风车的叶片较多 ，断面形状也不讲究， 风能转换成动能的效率 较低。 现今发展的现代式风力 发电机（wind turbine ），扇叶断面和一般飞 机的机翼的形状一样是 上面凸底下平，风吹过

图3 荷兰风车和美国中部农村抽水的风车

的时候空气分别从上下两面流过，从上面流的速度快些，所以压力小，从下面流的速度 慢，所以压力大。 (白努力定律) 因此压力大的一方要向压力小的一方产生升力，对细长 的扇叶迎风压力降低。而且水滴状的断面形状，空气分别从上下两面流过 后比较不会产生扰涡流，对能量转换效率较高。智高设计的长短风车扇叶 均有采用这种符合流体力学的断面设计。

升力

阻力

气流

图4

图5

图6

目前实际运用在风力发电的风力发电机（wind turbine） ，大部分是采用3叶式的设计。你可能从实验数值发现， 似乎6扇叶发电量较高。实际的原因是：一台商业运转的 风力发电机，扇叶通常长达120呎左右，又架在高塔上， 上空的气流速远大于地面上。又因为扇叶超长，产生的旋 转力矩极大，因此，扇叶均设计成细长且断面符合流体力 学的形状。 智高的风力发电模型组，真实的建构一台风力发电机，可 以完成许多绿色能源的相关实验。模型效能确实无法与商 用风力发电机组比拟；但是在你亲自操作体验下，你一 定能获得许多宝贵的科学知识。

图7 真实的风力发电机，与工程师对比下更显 得庞大

6

3.风力发电原理： 风力发电如何运作

3

叶片

塔架

2

引擎舱 轴承

5

6

1 4

12 7

13

9

11

14

15

低速轴

8

10

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

转子轴承

叶片 旋转翼 叶片螺距调节 煞车器 低速轴 齿轮箱 发电机 控制器 风速计 风向标 引擎舱 高速轴 偏摇齿轮 偏摇马达 塔架

图8

高速轴

齿轮箱

变压器 煞车器

煞车器

发电机

图9

风力发电的原理便是利用风来转动风车叶片，来产生转动扭矩而带动齿轮箱增加转速，以发电 机发电。而风来自大自然，具生生不息的特性，是能减少石化能源等燃料消耗最好的永续再生能源 ，因其洁净无污染，又兼具观光效益，加上主要技术已渐成熟并商业化量产，而渐蔚为全球成长最 快速的主流再生能源。风力发电机转风能为机械能，再经发电机将机械能变电能，电力传送至变压 系统做升、降压处理，最后经输电系统送电给用户使用。真实的风力发电机是交流发电机，如果需 要储存电能在电池里，需要有整流的电路处理成直流电。

4.直流发电机： 依据弗莱明右手定则 (Fleming's right hand rule) 知，当右手食指指向磁场方 向、姆指的方向为导体移动 方向，则中指指向电流的流 动方向(感应电压的正端)。 这就是发电机原理。 而直流发电机之结构与 交流发电机最大的不同，在 于线圈连结的「换向器」， 俗称为「电刷」(brushes)的 机构。

7

右手姆指, 食指和中指的角度互相垂直 磁场方向

电流方向

电流 方向 移动方向

磁场

导体移动方向

图 10 弗莱明右手定则

与交流发电机相似

与交流发电机不同 换向器

图 11 直流发电机原理

每当线圈经过垂直位置，换向器 就改变线圈与线圈外电路的连接方向 。使线圈外电路的电流总是以同一方 向流动。利用这种机构，每当回路产 生电压正负变化时，接触器所接触之 导电片亦正好交换，如此可使得两接 触器输出的电压正负固定，如图11所 示。这种连接-交换过程称为「换向」 (commutation)，可旋转的半圆导电 片称为「换向片」(commutator segments)，位置固定的接触器称为 「电刷」(brushes)，两者则可合称 为换向器(comutator)。

直流发电机产生的电流： 线圈转动一周时，电流 I 的大小不断改变

I

1/2 周

1周 转动的周数

换向器使I反向

线圈位置 图12 直流发电机线圈转动与电流关系

5.利用马达（MOTOR）作为发电机（GENERATOR）的原理： 马达与发电机构造基本上是完全相同的，以更简洁的说法是: 电动机（马达）= 电流==> （磁场作用）==> 运动 发电机= 运动==> （磁场作用）==> 电流 因此可以得知：将电流作用于马达产生转动；反之，将转动作用于马达产生电流！

8

6. 30倍双用发电机的特性说明：

马达盒

图11

马达

齿轮组A

齿轮组B

齿轮组C

X轴

在这个实验中，我们使用一个特别的电动车马达盒元件，如图13我们看到了它内部的结构。 电动车马达盒内有三组互相啮合的齿轮， A组齿轮的齿数比是 20 比 8 B组齿轮的齿数比是 28 比 8 C组齿轮的齿数比是 30 比 8 当马达转动将旋转动力经由A,B,C,三组齿轮传送给X轴时，它的总齿数比为： 20/8 x 28/8 x 30/8，即32.8125 比1，也就是当马达以3200RPM的转速旋转，经过齿轮箱传送到X 轴输出,转速将减为100RPM，减低32倍, 但扭力会相对地加大32倍。

7.充电座的原理：

在绿色充电座里面，安装了一颗二极体（Diodes）

+

D

二极体 充电电池 发电机

图 14 1.5V单孔充电座

例子：

电子符号： 图 15

二极体让电流只能从一个方向通过，电子符号（箭头）代表导通的方向。一般只要0.7V正向电 流就可以通过电路；当电流反方来时（例如风扇叶片角度转错方向以致传动转向相反，或电接 头正负插错），从符号就可以了解电路是不通的。 因此，当风速在理想状态带动发电机时，电流从导线正极流入充电电池的正极，缓慢的充蓄在 充电座里。如果风速过小，发电出来的电压降低，充电电池因为二极体的功用，不会发生电流 逆向流失的现象。在平稳的风力吹动下，风力发电机约3-4小时可以充保一颗1.2V 1200mAh 的充电电池。

9

组装注意事项

B

A

A

B

B

正确!(有间隙) 图 16

图 17

图 18

不正确!(无间隙) 图 19

1.使用扳手〝A〞端可将长结合键拔出（如图16所示）。 2.使用扳手〝B〞端可将自转轴键拔出（如图17所示）。 3.使用扳手〝B〞端可将

33

短纸卡固定键拔出（如图18所示）。

4.当使用传动长轴将车轮或齿轮固定在基本架构时，为了减少操作时造成的摩擦力，请确定在车轮 或齿轮与基本架构间保留1mm的间距。

如何组装与拆卸转接器 注意：当您组装转接器及管子时，请勿将手放在连接处以免夹伤手指。

图 21 ●

将410mm管子与转接器平行 对齐（如图20）向下结合， 并如箭头所示旋转管接头45 度（左右任何一边皆可）， 等听到〝卡〞一声，即组装 完成。

●

使用夹钳将410mm管子与管 接头拆开，如图21。

图 20

如何拆卸电池

B

图 22

● 使用扳手的〝B〞将电池撬起，如图22 即可。

10

如何调整齿数比

图 23

图24

1. 上排齿轮为固定不动，下排齿轮为可移动 ，并移动此排齿轮变速。 2. 将左、右手的大拇指按住五孔长条，如图 23所示。 3. 左、右手的食指与中指放在下排黄色大齿 轮的两侧，如箭头所示方向向右移动即可 。

齿轮变速箱

1. 将左、右手的大拇指按住五孔长条，如 图24所示。 2. 左、右手的食指放在下排红色小齿轮的 两侧，如箭头所示方向移动即可。

齿轮齿数比 1:3

30倍马达盒

图 25

图26 变速为1:3将黄色大齿轮与红色小齿轮垂直对 齐，如图26所示。

齿轮齿数比 1:1

齿轮齿数比 3:1

图27

11

变速为1:1将2个蓝色中齿轮相互垂直对齐，如 图27所示

图28 变速为3:1将红色小齿轮与黄色大齿轮垂直对 齐，如图28所示。

测试距离： 1. 16吋家用电风扇的高度为112公分。 2. 18吋工业立扇高度为94公分。 3. 风车叶片与16吋家用电风扇/18吋工业立扇的扇叶距离为100公分。 4. 因短风车扇叶较短，需将风车垫高6公分，使电风扇可吹动风车的扇叶。

6 cm

94 cm

57.5 cm

57.5 cm

18吋工业立扇 — 短扇叶风车

18吋工业立扇 — 长扇叶风车

100 cm

100 cm

图 29

图 30

16吋家用电风扇 — 短扇叶风车

57.5 cm 6 cm

112 cm

57.5 cm

16吋家用电风扇 — 长扇叶风车

100 cm

100 cm

图 31

图 32

12

室外 ●

图 33

使用2条束带将风车固定于竹竿上，并 将束带拉紧（如图34），并确定风车 不会滑动再将手放开即可。

图 34

图 35

图 36

室内 ●

将手压住变速箱的上方（如图35）。

●

使用宽版胶带，将风车底盘的四边与地面黏贴固 定（如图36）。

●

使用2个铁块或石头，一个重量大约1.3公斤，压 住风车底盘即可（如图37）。

图 37

●

13

如果在室内无风的环境里，也可以用手 指作此发电的实验，如图38、39所示， 用左手拿风车右手食指转动扇叶。 图 38

图 39

实验 1：调整齿轮箱速比 以短扇叶组成的风力发电机，你可以试一试，在同样的风速吹动下，扇叶角度固定，调整齿轮搭 配段数A段1:3、B段1:1、C段3: 1；发电量有什么变化(LED灯的亮度变化)？又你能找出齿轮搭配 段数吗? 齿轮齿数比 1:3

30倍马达盒

图 40

图 41

我们使用齿轮齿数比为1:1的来作实验2-4 实验2: 以短扇叶组成的风力发电机，你可以试一试，在不同的风速吹动下（电扇的风速段数） ，发电量有什么变化？你发现风速与发电量(LED灯的亮度变化)的关系吗？实验2-4均使用齿轮比 1:1的搭配（如图42） 实验3:调整扇叶角度以短扇叶组成的风力发电机，你可以试一试，在同样的风速吹动下，扇叶角 度不同，发电量有什么变化(LED灯的亮度变化)？又你能找出最佳的扇叶角度吗? 实验4:调整扇叶数量以短扇叶组成的风力发电机，你可以试一试，在同样的风速吹动下，扇叶数 量不同（6叶、4叶（注意要对称）、3叶、 2叶），发电量有什么变化(LED灯的亮度变化)？又你 能找出最佳的扇叶数量吗?

齿轮齿数比 1:1

30倍马达盒

图 42

图 43

14

利用我们所做的实验模型，就可以真正的建造一个超迷你的发电厂了

图 44

1.5V单孔充电座是用来充电。

1.5V单孔电池座可搭配充电电池或一般电池来驱动 风车。

图 45

1.5V单孔充电座是用来充电。

1.5V单孔电池座可搭配充电电池或一般电池来驱动 风车。

风车组装完成，底座应适当固定（使用重物、砖块等方式） 如何利用风车来充电： 1.将LED灯取下，接头接上特制的1.5V单孔充电座。 注意：不可以将1.5V单孔充电座接上。 2.将扇叶依照先前实验找到的最佳化条件调好角度。 3.准备好充电电池（R6/AA 1.2V 1600mAh以下，不要使用太高 充电值的充电电池，效果会不 明显） 注意：绝对不可以将一般AA电池放入1.5V单孔充电座中， 用一般电池充电会有爆炸的可能。 4.在适当的空旷处使用自然风或在家中使用电风扇吹动风车， 当风车转动起来，电能就会慢慢充入电池中。

15

图 46

5.在无风的情况下也可以用1.5V单孔充电座及充满电的电池来驱动风车。 6.如果充电电池没有充满电，也可以用一般电池放入1.5V单孔充电座内来驱动风车。 7.有一个很有趣的现象是：本来风车转的很顺很快，装上充电电池后，你会发现突然风车变的 很慢，这是正常现象，因为充电电池是空的，形成一个超大电容，好像一个大池塘，刚倒入 水，一点也看不到；慢慢充一段时间后，充电电池电压慢慢提升，风车会越来越顺畅转动。 8.视你的风速条件，一般在4m/s风速情况下，1~1.5hr可以充饱一颗1300 mAh充电电池。 2~2.5hr可以充饱一颗2400 mAh充电电池。 9.风速有大有小的情况下，充电时间会加长，而因为风速有大有小，电压会随之高低会形成电 压脉冲，对充电量反而有利。至于放置时间超过，并不会有过充等危险产生（因为风车发电 电压在4m/s风速下，约为4.5V。如果有超强突发强风，风车扇叶会因离心力脱离，而降低 转动速度）。

进阶说明 I 以角度规调角度（你可以用纸张预先做 出角度值来取代比对）

图 47

LED亮度变化无法量化，因此拿下LED灯后，以 三用电表测试电压与风扇扇叶角度关系模式。

图48

16

短扇叶6扇求扇叶角度变化与电压变化关系图 14"立扇

16"工业电扇

0

0

0

5

0.6

1.2

10

1.01

2.72

15

2.39

3.51

20

2.42

4.05

25

2.16

3.04

30

1.88

2.44

6扇叶角度与发电电压关系图

14〞立扇

16"工业 电扇

电压V

扇叶角度（以超长轴与万 用接头夹角为基准）

角度

图 49

结论:以实验值显示，短扇叶角度以20度可以得到最佳化效果。

三叶长风扇叶测试 3扇长扇叶角度与发电电压关系图

3扇之长扇叶直边与万用接头夹角 为基准齿轮比3:1

角

度

14" 立 扇

16〞工业电扇

齿轮比1:1

16" 工业电扇

14" 立 扇

14〞立扇

16" 工业电扇

电压V

10

1.40

1.56

没转动

1.6

0

1.73

2.10

1.9

2.5 扇叶角度

-10

1.55

1.65

1.76

1.89

图 50

以实验值显示，长扇叶角度以角度0度可以得到最佳化效果。

充电实验数据图 使用 R6/AA 1.2V 1300mAh 以及 R6/AA 1.2V 2400mAh 之充电电池 分别放电完成后，作充电测试。 图 51

工业电扇最强档/6扇短扇叶20度等最佳化条件

17

试验电池

充电时间 (分钟)

R6/AA 1.2V 1300mAh

R6/AA 1.2V 2400mAh

0

0

0

30

0.9

0.6

60

1.2

0.98

90

1.32

1.1

120

1.2

150

1.37

电压V

风力发电充电电池电压检测

R6/AA 1.2V 1300mAh R6/AA 1.2V 2400mAh

时间（分钟）

图 52

给家长与老师共同参与的说明： 1. 在科学实验的方法中称为定量分析，每个实验固定测试条件称为控制变因（Controlled Variables）；在实验中用来验证的因素即为操纵变因（Independent Variables），因 变量（ Dependent Variables）就是实验输出的结果。 2. 不同的操纵变因，与不同的测试条件，反覆实验下，能得到一组最好的结果。这组结果 综合了多项实验而得，所求得为「最佳化设计」，这对孩子们解决问题与求真求善的探 索有很大的助益。 3. 风速与发电电量(LED灯的亮度变化)之关系，用LED灯的亮度变化，比较难量化与数据化 ，如果您手边有三用电表，可以测量电压的变化（DC-V），更能准确的完成科学实验。 4. 这个风力发电教具，可以在室外自然风中实验，如果无自然风，也可以用电风扇替代。

进阶说明 II 以下是风扇扇叶角度对发电量大小的分析: 采用定量分析，以仪器测量来验证最佳的扇叶 角度。在原「实验3:以短扇叶组成的风力发电 机，你可以试一试，在同样的风速吹动下，扇 叶角度不同，发电量有什么变化(LED灯的亮度 变化)？又你能找出最佳的扇叶角度吗? 」LED 的亮不亮，或是亮度的变化，是决定于发电电 压；当发电电压低于1.7V，LED将不会亮，当 电压越高则LED越亮。而发电电压是因为发电 机（末端轴）转速越高则电压越高。

图 53

图 54

测量仪器（不包含在此包装内）

图 55 左起： ● 风速计 ● 三用电表(DMM) ● 转速计 ● 角度规

18

16吋家用立扇实验测试数据

3片短叶片

齿轮齿数比1:1

风速

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

强

齿轮齿数比 1:3

中 弱

30倍马达盒

4片短叶片

齿轮齿数比1:1

风速 强 中 弱

6片短叶片

齿轮齿数比1:1

风速 强 中 弱

3片长叶片

齿轮齿数比 1:1

风速 强 中 弱

16吋家用电风扇

18吋工业立扇实验测试数据

2片短叶片

齿轮齿数比1:1

风速 强

齿轮齿数比 1:3

中 弱

30倍马达盒

3片短叶片

齿轮齿数比 1:1

风速 强 中 弱

4片短叶片

齿轮齿数比 1:1

风速 强 中 弱

6片短叶片

齿轮齿数比 1:1

风速 强 中 弱

3片短叶片

18吋工业立扇

齿轮齿数比 1:1

风速 强 中

19

弱

6片短叶片

3片长叶片

齿轮齿数比 1:3

齿轮齿数比 1:3

风速

转动

LED灯

6片短叶片

齿轮齿数比3:1

风速

强

强

中

中

弱

弱

风速

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

转动

LED灯

强 中 弱

2片短叶片

3片短叶片

4片短叶片

6片短叶片

3片短叶片

齿轮齿数比1:3

齿轮齿数比 1:3

齿轮齿数比 1:3

齿轮齿数比 1:3

齿轮齿数比 1:3

风速

2片短叶片

齿轮齿数比 3:1

风速

强

强

中

中

弱

弱

风速

转动

LED灯

3片短叶片

齿轮齿数比 3:1

风速

强

强

中

中

弱

弱

风速

转动

LED灯

4片短叶片

齿轮齿数比 3:1

风速

强

强

中

中

弱

弱

风速

转动

LED灯

6片短叶片

齿轮齿数比 3:1

风速

强

强

中

中

弱

弱

风速

转动

转动

转动

LED灯

LED灯

LED灯

强 中 弱

20

长扇叶风车 模型 1 实验包內的零件 1

2

5

6

7

8

9

10

11

×3

×36

×3

×3

×1

×2

×3

×8

×4

13

图 56 ×3

14

×1

18

19

×1

×1

15

×2

21

22

23

25

×5

×1

×2

×2

16

×2

17

×3

×1

26

27

33

36

2. 如何拆卸风车锥头与万用接头：使用扳手的“B”，在锥头 与万用接头的缝中，将四边撬起（如图57）即可。 3. 如果风车顺时针转时，LED灯不会发亮，请将LED灯转

×3

×2

向重新插入即可。

2

1

3

图 57

1. 左手抓住锥头，右手抓住长叶片的底端即可（如图56。 ×1

×1

21

玩法说明 调整叶片角度：

×2 31

B

20

4

模型

6

5

1 长扇叶风车

8 7

9 10

11 12 14

13

22

长扇叶风车 模型 1 15

17 18

16

19

20

21

22

23

模型

2

短扇叶风车

实验包內的零件 1

2

3

5

6

7

8

9

10

11

×4

×36

×6

×3

×3

×1

×2

×3

×8

×4

12

13

14

×3

×1

×6

15

×2

16

17

×2

×3 25

21

22

23

×5

×1

×2

18

19

×1

×1 32

×6 26

27

图 58 36

短扇叶与超长条的结合：

×2 31

玩法说明

×2

×2

1. 短叶片与超长条平行对齐并结合，如图58所示。 2. 将纸卡固定钮与短叶片结合，如图58所示。

×1

×1

1

2 3

4

5

24

短扇叶风车 模型 2 6

7

8

11

10

9

2

1

12

14 15

13

18

16

17

19

25

模型

2

短扇叶风车

22

20 21

x6

23

24

25

26

滑翔机 模型 3 实验包內的零件 1

2

3

6

7

9

10

11

12

×2

×26

×2

×2

×1

×3

×8

×4

×6

13

14

15

×2 ×3

×1 24

16

17

29

玩法说明 ×2

25

×2 32

×1 27

如何组装电池： 1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

图 59

的正极，负极对负极

×2 ×1

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

（如图 59所示），由箭头方向向下组装即可完成。

1

2

3

4

5

6

27

8

模型

9

3 滑翔机

7

11

10

12

13

16

17

15

14

18

19

28

风帆车 模型 4 实验包內的零件 1

2

3

6

7

9

10

11

12

×2

×26

×2

×2

×1

×3

×8

×4

×6

13

14

15

×2 ×3

×1 24

16

17

29

玩法说明 ×2

25

×2

×1

32

27

如何组装电池： 1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

的正极，负极对负极（如图60所示），由箭头方向向下组

×2 ×1

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

1

2

4

7

29

图 60

装即可完成。

3

5

8

6

9

模型 10

11

12

15

14

13

4 风帆车

18

16 17

19

21

20

22

30

三轮车 模型 5 实验包內的零件 1

×1

2

4

×21 ×1

13

5

6

7

9

10

11

12

×3

×2

×2

×4

×8

×3

×6

15

14

×1 ×3

×1 24

16

17

21

玩法说明 ×2

25

×2

×3 29

27

如何组装电池： 1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

的正极，负极对负极（如图61所示），由箭头方向向下组

×1 ×1

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

1

2

图 61

装即可完成。

3

4

6

5

7

10 9

31

11

8

12

模型

13

5 三轮车

14 15

17

16

18

19

21

20

22

32

喷射车 模型 6 实验包內的零件 2

5

7

9

10

11

12

×24

×2

×2

×4

×6

×4

×5

13

×3

14

15

17

29

27

玩法说明

×2

×2

×1 24

16

×2

如何组装电池：

×1 ×1

25

1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

的正极，负极对负极（如图62所示），由箭头方向向下组 装即可完成。

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

1

2

3

4

7

5

6

8 9

33

图 62

模型

10

6

喷射车

11

12

13

14

15

16

17

34

越野车 模型 7 实验包內的零件 2

5

6

9

10

11

12

×26

×2

×2

×1

×8

×4

×6

13

14

15

×2 ×3

×1 24

25

16

17

27

玩法说明 ×2

如何组装电池：

×2 ×1

29

1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

的正极，负极对负极（如图63所示），由箭头方向向下组

×1

装即可完成。

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

1

2

4

6

35

3

5

7

图 63

8

模型

9

7

越野车

10 11

12

14

13

17

15

16

18

19

20 21

22

36

赛车 模型 8 实验包內的零件 2

3

6

7

9

10

11

12

×23

×2

×2

×2

×4

×8

×4

×6

13

14

15

×2 ×3

×1 24

16

17

29

玩法说明 ×2

25

×2 32

×1 27

如何组装电池： 1. 先使用长/短扇叶风车充电， 再将充好的电池驱动模型车。

×1

2. 将电池的正极对蓝色电池座

×2

的正极，负极对负极（如图64所示），由箭头方向向下组

×2 ×1

＊请自备一颗1.2V的充电电池或1.5V的电池

装即可完成。

1 4 3 2

7

6 5

8

37

9

图 64

10

模型 11

12

8 赛车

13

14 16 15

17

18 19

20

21

22

23

24

25

38

电与磁的奇妙世界 #7065-CN 10 模型 137 件／組

初级电学组 #7059R-CN 14 模型 110 件／組

城堡攻防战 #7406-CN 10 模型 110 件／組

振翅仿生兽 #7405-CN 4 模型 49 件／組

陀螺仪飞轮机器人 #7395-CN 20 模型 88 件／組

爬墙机器人 #7409-CN 7 模型 176 件／組

太阳能工程特攻队 #7303-CN 10 模型 120 件／組

第一代气压水动-喷水车 #7323-CN 15 模型 165 件／組

拟真风力发电组 #7400-CN 5 模型 77 件／组

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