코일 제작

그림 26. 코일 제작 모습

현재 실용적으로 제작되어 지고 있는 일반적인 코일은 자체적으로 형태를 유지하지만 우리가 손수 제작한 코일은 자체적으로 형태를 유지하지 못하였다 그래서 형태를 유지하기 위해 두 가지 방법을 고안해 냈다. 우리가 고안한 첫 번째 방법은 코일에 구리선으로 코일의 네 부분을 묶어 형태를 유지하는 것이고 다른 하나는 매우 미세한 구리선 들이 질서 정연하게 중복 되어 제작 되어 있는 마이크 코일에서 착안하여 코일을 테이프위에 촘촘히 부착하면서 제작하여 형태를 유지하 는 것이다. 이 두 방법 중 테이프를 이용한 코일은 제작 시에 테이프에 부착하며 코일을 제작해야 했기 때문에 좀 더 많은 시간이 걸렸다. 그리고 마이크의 코일이 일정하게 제작 되어 있었고 또한 발전의 효율성도 상당히 높았으므로 테이프를 이용한 코일이 좀 더 발전이 잘될 것으로 가설을 세웠다. 이후 설정한 가설을 확인하기 위해서 실험을 진행하였다. 1개의 자석을 이용하여 만든 아래 판과 코어 드릴을 이용하여 진동판 구멍을 만들고 진동판은 비닐 막으로 제작한 윗 판을 결합하여 1차 모델 코일 실험 기기를 제작 하였다. 도로 소음을 녹음한 파일을 이용하여 실험실에서 실내 실험을 진행하였고 그리고 실제 도로에서의 적용 시의 효율성도 판단하기 위해 도로에서 외부 실험을 진행하였다. 내부 실험 에서는 발전이 확인 되어서 발전 효율성을 비교할 수 있었지만 외부에서는 발전 되지 않아 효율성을 확인하지 못하였다. 위의 내용들을 요약 하자면 아래와 같다.

가. 실험 방법

현제 실제로 실용되고 제작 되고 있는 코일들은 자체적으로 형태를 유지하지만 우리가 제작한 코일들은 자체적으로 형태를 유지하지 못하기 때문에 형태유지 방법을 고안해야했다. 우리가 고안한 코일의 형태를 유지하는 방법으로는 첫째 코일의 4군데를 묶어 형태를 유지하게 하는 방법과 둘째 코일을 제작할 때 테이프를 이용하여 테이프에 부착하며 제작하는 방법이다. 우선 코일의 4군데를 묶어 형태를 유지하게 한 코일과 테이프에 구리선을 부착하여 형태를 유지하게 하여 제작한 코일을 각각 길이를 달리하여 4개씩 제작한다. 이때 코일의 길이는 코일 제작 시 사용한 원형 통 위에 코일을 감는 개수로 조절하였다.

나. 실험 과정

우선 실험실에서 테이프를 이용하여 제작한 코일과 묶는 방법을 사용한 코일 각각 4개씩 총 8개의 코일을 제작하였다. 코일을 제작하는데 많은 시간이 요구 되었고 특히 테이프를 이용한 코일을 제작 시에 구리선을 테이프에 부착하면서 감아야 했기 때문에 시간이 더 많이 걸렸다. 코어드릴을 이용하여 진동판 구멍을 뚫고 비닐 막으로 진동판을 제작한 윗 판과 큰 자석을 부착하여 제작한 아래 판을 결합하여 실험 기기를 제작하였다. 코일 실험 기기를 제작하고 내부 실험실에서 이전에 녹음한 도로 소음 음원의 같은 구간을 핸드폰의 스피커를 통해 진동판 바로위에서 재생하여 나오는 전압 값을 기록하고 코일을 바꾸어 다시 실험하여 발전효율성을 비교해 보았고. 외부 도로에서 실제로 도로에 나가 실제로 도로에 적용 시의 발전 효율성을 2분 동안 실험하고 결과 값을 기록하고 코일을 바꾸어 다시 2분 동안 실험하였다.

다. 내부 실험 결과

테이프 80회 90회 100회 110회

전압(㎷) 15.5 19.5 21.0 25.5

표 5. 테이프를 이용한 코일 실험 결과

묶기 80회 90회 100회 110회

전압(㎷) 15.5 19.5 21.1 25.7

표 6. 묶는 방법을 이용한 코일 실험 결과

0 20 40

80회 90회100회110회

전압(㎷)

테이프 이용

그림 27. 테이프 이용 코일 그래프

0 20 40

80회 90회 100회110회

전압(㎷)

묶기 이용

그림 28. 묶기 이용 그래프

위의 코일 모형 내부 실험 결과 값인 전압 값을 보게 되면 테이프를 이용하여 제작한 코일을 이용했을 때와 묶기를 이용하여 제작한 코일을 이용했을 때의 발전된 전류의 전압 값이 비슷하다는 것을 알 수 있다. 이것은 테이프를 이용하여 제작한 코일과 묶기를 이용하여 제작한 코일의 효율성의 차이가 없는 것을 의미한다. 그래서 시간이 많이 걸려 비효율적인 테이프를 이용한 코일 대신 묶는 방법을 이용하여 제작한 코일을 사용하기로 결정하였다.

라. 외부 실험 결과

1차 80회 90회 100회 110회

전압(㎷) 0 0 0 0

표 7. 테이프를 이용한 코일 실험 결과

2차 80회 90회 100회 110회

전압(㎷) 0 0 0 0

표 8. 묶는 방법을 이용한 코일 실험 결과

위의 코일 모형 외부 실험 결과를 보게 되면 결과 값인 전압 값이 모두 0인 것을 알 수 있다.

이것이 의미하는 바는 코일이 붙어있는 지름이 5cm인 비닐 막 진동판은 실제 도로환경에 노출됐을 때 아무런 움직임이 없다는 뜻이다. 지름이 5cm인 비닐 막 진동판이 아무런 미동도 없었기 때문에 코일도 움직임이 없었을 것 이고 그래서 발전이 일어나지 않아 전압 값이 0에 가까운 값이 나온 것이다.

마. 실험 결과 해석 종합

내부 실험 결과 값을 보면 테이프를 이용하여 제작한 코일과 묶는 방법을 이용한 코일의 발생시킨 전류의 전압 값이 매우 유사한 것을 알 수 있다. 그리고 외부 실험 결과 값을 보게 되면 제작한 코일 실험기기가 발전하지 않은 것을 알 수 있다. 왜냐 하면 도로의 소음이 예상했던 것 보다 크지 않고 진동판의 크기 또한 미세한 소음에 반응할 정도로 크기 않았기 때문이다. 이러한 이유로 인해 도로의 소음이 진동판에 영향을 주지 않았고 또한 코일도 진동하지 못하여 전류가 발생되지 않았고 코일모형에 따른 효율성을 확인 하지 못하였다. 실험 결과에 의하여 코일의 형태는 발전 효율성에 많은 영향을 주지 않는 것으로 밝혀졌다. 그래서 내부 실험 결과 값에 따라 이후에 시간이 많이 걸려 비효율적인 테이프를 이용한 코일대신 묶는 방법을 이용한 코일을 제작하기로 결정하였다.

7. 2차 모델 제작

그림 29. 2차 모델 제작 과정

그림 30. 2차 모델 제작 과정

가. 윗 판

진동판실험 결과에 따라서 진동판은 가장 발전효율이 좋게 나온 비 닐막으로 설정하였다.

첫 번째 모델 에서 진동판 구멍을 제작할 때 손으로 제작함으로 인해 구멍크기가 일정하지 않고 완벽하지 않았다. 그래서 유리에 구멍을 뚫을 때 사용하는 코어 드릴을 구매하였다 코어 드릴을 사용할 때 전동 드릴의 진동이 너무 심해 코어드릴이 흔들리고 이로 인해 원형 구멍 을 제작할 때 시간이 많이 걸리고 완벽한 원을 제작할 수 없었다. 이러한 문제를 해결하기위 해서 코어드릴 틀을 만들어 코어드릴을 구멍 안에 끼우고 원을 제작하였다. 위판은 두께가 1cm 이고 원의 지름은 10cm이며 재질은 폼 보드로 제작하였다. 이때 두께가 1cm인 위판을 제작함으로써 따로 높이를 높이기 위하여 추가적인 대를 제작 할 필요가 없었다.

나. 아래 판

8개의 큰 자석을 윗 판에 코어드릴을 이용하여 뚫은 구멍의 위치에 맞추어 최소간격인 8cm으로 부착하였다. 이때 자석을 약하게 부착하면 자석끼리의 인력으로 인해 서로 붙어 위험할 수 있으므로 양면테이프로 위치를 고정시킨 후 글루건으로 자석을 완벽히 고정시켰다.

다. 코일 1) 코일 제작

그림 31. 코일 제작 도구

2차 모델 제작 시 사용한 더 큰 자석 크기에 맞춰 새로운 더 큰 코일을 만들기 위해 처음에는 절연 테이프를 이용하여 코일을 만들고자 하였다. 하지만 절연 테이프의 딱딱하지 못한 재질의 특성 때문에 절연 테이프에서 코일을 빼는 것이 어려웠고 설령 뺏다 하더라도 형태 유지를 하기 어려웠다. 그래서 절연테이프 위에 종이를 감싼 후 그 위에 코일을 감아 종이와 코일을 같이 뺀 후 종이를 변형시켜 코일을 제작하였다. 하지만 절연 테이프의 크기가 미묘하게 일정하지 않아서 자석의 크기와 맞지 않는 코일이 제작되었고, 다른 코일을 제작할 때 사용할 물체를 찾거나 제작하여 야 했다. 이후 물 백묵 통, 풀, 종이 등 여러 물체를 이용하여 코일을 제작하고자 노력하였고 번번이 실패 하였다. 하지만 마침내 크기가 맞는 물품을 찾았다 바로 소형 물레방아였다. 그 후 소형 물레방아 위에 위에 종이를 감아 만든 코일 제작 시 사용하는 원통을 이용하여 이후 모델인 제 2,3,4,5차 모델의 코일을 제작하였다.

2) 코일 감은 횟수 실험

그림 32. 코일 감는 횟수 실험

도로에서 발생되는 소음을 이용한 발전기에 사용되는 코일은 진동판에 부착되어 진동판의 무게에 영향을 준다. 진동판은 소리에 잘 진동하여야 하므로 무게가 무거우면 안 되고 또한 적당한 길이를 가지고 있어 발전의 효율성을 극대화해야 한다. 이러한 이유로 인해 소음을 이용한 발전기에서는 코일의 무게 즉 길이가 가장 중요한 핵심이다. 그래서 가장 효율적인 코일길이를 알아보기 위해 코일 길이 실험을 진행 하였다. 코일 길이는 코일을 제작할 때 사용하는 원형 통 위에 감는 횟수로 조작하였고 40회부터 시작하여 120회 까지 10회씩 커지게 실험을 계획 하였다. 계획한 실험을 실행하 기 위해서 1개의 자석을 이용하여 만든 아래 판과 코어 드릴을 이용하여 진동판 구멍을 만들고 진동판은 비닐 막으로 제작한 윗 판을 결합하여 코일 실험 기기를 제작하였다. 내부에서는 발전이 확인 되어 가장 효율적인 코일 길이는 120회라고 결정 하였지만 외부에서는 발전 되지 않아 효율성을 확인하지 못하였다. 정리하면 아래와 같다.

가) 실험 방법

묶어서 형태를 유지하는 코일을 묶는 횟수로 길이를 조작하고 40회 50회 60회 70회 80회 90회 100회 110회 120회 130회 140회 150회의 길이로 코일을 제작하여 1개의 자석을 이용하여 만든 아래 판과 코어 드릴을 이용하여 진동판 구멍을 만들고 진동판은 비닐막으로 제작한 윗 판을 결합하여 만든 코일 실험기기로 실험을 진행한다.

나) 실험 과정

내부 실험실에서 총 12종류의 길이가 다른 코일을 묶는 방법을 통해 제작하였고 이전 실험에서 제작한 코일 실험기기를 이용하여 실험할 준비를 하였다. 그리고 내부 실험실에서 이전에 녹음한 도로 소음 음원의 같은 구간을 진동판에 재생하여 각각의 코일 길이에 따른 발전효율성을 발생되는 전류의 전압의 크기로 비교하였다. 이후 실제로 외부 도로에 적용시의 효율성도 비교하기 위해서 외부 도로에서도 발전 효율성을 비교하여 보았다.

다) 내부 실험 결과 코일

길이(회) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 평균

전압(㎷) 5 7 9 12 17 21 23 25.5 27.5 24.5 21.5 19 최대

전압(㎷) 8 15 15 17 19 23 24 29 35 30 28 26 저항(Ω) 14 17 19.5 21.5 23 24 27 28 30 31 32 33

표 9. 코일 감는 횟수 실험 결과