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2015.05.19
自転車野宿野郎の夢はかなうか。(充電する)

手作り自転車USB給電装置は動くのか。
まずはテスト。回路ができた段階でテストしてみた。

おさらいするとハブダイナモからは時速15キロほどで走ったときに交流6ボルトで2.4ワットの電力が出力されるようになっている(3ワットのものもある)。それを回路を通し、USBの定格の5ボルトに落とす。

ハブダイナモの端子と回路をつなぎ、USB端子に電圧電流計をはさみ、持っているエネループの小型のモバイルバッテリー(KBC-L3AS)を接続。手で車輪を回してみた。



電圧は約5ボルトが出ている。電流がゼロなのが気になるが、モバイルバッテリーの青いLEDが点滅したので少しは充電はされているらしい。

使っていなかった古いアイポッド・タッチ(初代)を引っ張り出してきてつないでみた。



画面が付いて充電が始まっているらしい。こんどは電流値もちゃんと出た。電流値は低いけど手で回してるだけだからスピードが出れば少しは上がるはず。

ではケースに入れてちゃんと走って充電してみよう。
ハブダイナモから出た線は一本はLEDライト(別売の商品です)に、他方は変換回路を通り、USB端子からモバイルバッテリーにつながっている。

ハブダイナモ。これは海外版の2線式

ハブダイナモの出力端子は1線式、2線式、海外2線式とあるらしい。これは海外版の2線式

マジックワンのハブダイナモ用ライト

関係ないが、ハブダイナモ用のライトは真ん中に付けたくてマジックワンのハブダイナモ用ライトにしてみた

マートフォンホルダーにはさんでみる

ハンドルに付けた安物の自転車用スマートフォンホルダーにはさんでみる。下が作った装置。上のがUSBケーブルでつなげたエネループのモバイルバッテリー。防水性能は全くないので晴れた日に使用する時だけ付けておくつもり

走るとテストのときと同じように充電中の目印の青いLEDが点滅する。充電できているようだ。空の状態から走って充電してみる。
10キロほどの距離を30分ほどかけて走り、戻ってそのモバイルバッテリーでアイフォンを充電してみた。

充電前、31パーセントだったアイフォン。

充電前、31パーセントだったアイフォン

15分ほど充電したらモバイルバッテリーは切れた。
アイフォンは39パーセントになっていた。

アイフォンは39パーセントになっていた

うーーん、30分で8パーセント増えれば御の字か。1時間で16パーセント、2時間で32パーセント、6時間くらい走ればいっぱいになるかな。
このモバイルバッテリーは普通のUSB電源(5ボルト0.5アンペア)につないだ場合、満充電まで7時間かかると取説に書いてある。バッテリーの容量は3.7ボルト2500ミリアンペアアワー(アイフォン5sは1560ミリアンペアアワー)。

次に速度によって電流値はどれくらい上がるのか。
テストにも使ったUSBの電流電圧計(アマゾンで350円くらいだった)をはさんでモバイルバッテリーにつないで電流がどれくらいでてるかみてみる。

結果。
時速10キロ 250ミリアンペア(0.25アンペア)
時速15キロ 350ミリアンペア(0.35アンペア)
時速20キロ 400ミリアンペア(0.4アンペア)

だいたいこんなかんじ。電圧は常に5ボルト弱。時速30キロくらいまで走ってみたけど、最大420ミリアンペアくらいだった。
5ボルト420ミリアンペアは2.1ワット。ハブダイナモは2.4ワットの出力(時速15キロのとき)なのでまあ妥当なところのか。それとも接続した機器を急速充電モードにできなくて定格の500ミリアンペアしか受け付けてないのか。そのへんはよくわからない。

試しにアイフォンを直で充電してみる。
アイフォンを直に充電するほうが、間にモバイルバッテリーをはさんで充電するより効率はいいに決まっているのだが、適当に作った自作回路なのでアイフォンが壊れるリスクもある(自分の工作技術をそこまで信用していないし、ネットの記事の中には自作の装置とともにスマートフォンが壊れたというのが載っていた)ので今回の計画の想定の外ではある。とりあえず試してみた。

結果からいうとこれはだめだった。

試したのはアイフォン5s。走り出すとあっさり充電は始まった。
が、すぐに「このアクセサリーは使用できません。」というアラートが出て充電しなくなった。

このアクセサリーは使用できません。

充電ケーブルを抜いたまま走り、スピードが出たところでケーブルを挿してみたら、アラートも出ずに普通に充電が始まった。そして一旦止まり、再び走り出したらまた同じアラートが出た。
どうやら走りはじめのスピードが遅い時の規定に足らない低い電圧を感知してアラートを出しているらしい(推定)。アラートが出てしまうとそのあとスピードが上がっても充電は開始されない。
テストのときに使用した古いアイポッド・タッチはそのような機能はまだ備わっていないらしく充電できた。
このへんの制御はOSでやっているのかと思ったら、アイフォンと同じバージョンのOSの入っているアイパッド・ミニ(初代)でもアラートを出さずに直で充電できた。

同じような機能の既製品のSinewave Cycles Revolutionよくある質問のページにこの製品の回避策について書かれていた。

Q:なぜ充電が始まるまで10秒かかるのですか。
A:(大雑把に意訳)アイフォンなどは充電に必要な最低電力が厳格に求められます。十分な電力が得られる前に充電を始めると、機器は充電を停止する場合があります。充電に必要なスピードになるまで10秒遅らせることで、アイフォンなどの機器を正しく充電させることができます。

やはりそういうことか。
アイフォンを直接充電するのはやめておく。使っているモバイルバッテリーの取説によるとモバイルバッテリーの充電をしながらUSB端子からの給電も同時に行えるらしいので、全部を直列につなげば、自転車でモバイルバッテリーを充電しつつ、モバイルバッテリーからアイフォンを充電できるだろう。


■USBの電源に関する備考

USBの電源について、最初はUSBコネクターの電源部分に5ボルトをつなげばそれでいいんでしょと思って、実際そうしていたのだが、いろいろ調べてみるとUSBの電源は奥が深かった。
実はUSBコネクターの部分は一度作り直していて、最初は単に電源部分に5ボルトをつないだだけで、USBの基板のデータ線まわりにもともとついていた抵抗は全部取ってしまっていた。
まあ、それでも古いモバイルバッテリーを充電するだけなら特に問題はなかったのだが、これだとアイフォンなどは純正ケーブルを使った場合全く充電できなかった(全くなにも反応しない)。でもアップル非認証の充電専用ケーブルだと充電を始めることはできた。アンドロイドでも充電できないものがあるらしい。
アンドロイドではデータ線の+と−を直結させるだけで充電はできるようになるようだが、アイフォンなどはそれでもだめで、乾電池用充電ケースのUSBコネクターの基板のデータ線まわりにもともと付いていた抵抗などで所定の電圧をかけてやらないと充電できないらしい。すでに書いたように充電が始まるようにできても走るスピードが遅い時の電流が低いことでアラートが出てしまうためアイフォンなどは充電できないので、あまり意味はないのだが。

このあたりのことについては複雑でちょっとついていけませんでした。小さなモバイルバッテリーが充電できたので、これでオーケイです。

■参考リンク
知らなきゃ損するiPhone、iPad、Android、タブレットなどの急速充電の仕組み - 瀧(TAKI,Yasushi)/紅呪(kohju)のBlog
USB電源の出力が大きいほど早く充電できると思っていた俺は愚かだった!
【USB充電の実験】#01 通信用USBケーブルだと、どうして充電できないの? - YouTube
[追加]USB充電の謎:えんぽん研究所:So-netブログ

回路図など作り方を公開してくれた皆さんに多謝。
あ、いうまでもなく今回の工作についてはだれもなにも保証はいたしませんので、あしからず。

そのうちに長距離を走った充電レポートができればと思います。

[おしまいとみせかけて……]


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[備考]iphoneは電圧にもうるさく、電圧が下がってくると警告を発して、充電されてくれません。電圧を変えていった結果 iPhone3GSでは充電電圧として 4.7Vを上回っていればよいということが分かりました。
http://kkbecon.blog8.fc2.com/blog-entry-104.html


備考にリンクを追加。
USB充電の謎 [モバイル]
http://enpon.blog.so-net.ne.jp/2012-01-17-1

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