2017年6月24日土曜日

リードスイッチモーター 光ルンです♪

前回作成したリードスイッチモーター ネオジム磁石編の
ローターにLEDを取り付けて、回転しながら光る装置を作ってみました。

ローターを光らせる方法としては、
ローターにボタン電池を取り付けて、
ボタン電池からLEDに給電させる方法も考えられますが
今回は相互誘導を利用して光らせています。

装置は前回と同様のもので
ローターにイルミネーションLEDを4個取りつけました。

単3アルカリ乾電池1個でも、光りながら回るのですが
2個にした方が光り方が良かったので2個にしました。
2個にするとリードスイッチモーターは勢いよく回り過ぎるので
抵抗4.7Ω入れています。

水色の輪が相互誘導の1次側のコイル、
ローターに付いているコイルが2次側のコイルです。

回路図です。
<1次側>
リードスイッチモーター回路と、相互誘導1次側回路を並列にしています。
1次回路の方はブロッキング発振回路になっていて、
高周波発振をしています。(数10~1000k㎐程度)
そのため、2次側コイルに誘導されやすく、
割と簡単な仕組みでも相互誘導が楽しめます。

<2次側>
2次側コイルにLEDを直結しても光るのですが、
高速でオンオフを繰り返す点滅のため、
連続した電流が必要なイルミネーションLEDは、
最初の1色しか光りません。
そのため、半波整流をしています。
半波整流にすると完全オフがなくなり
色の変化が見られますが、脈動により、
ローターを回転をさせると細かく点滅しているように見えます。





これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)



2017年6月22日木曜日

リードスイッチモーター(ネオジム磁石、フェライト磁石使用)

2009年にセロテープカッターを使った
「リードスイッチモーター」を作りました。
そのときの作品はこれです。


2009年作の電磁石は
くぎに0.35mmφのエナメル線を約10m巻いて作りました。
装置がもう残っていないので、実際に電流測定は出来ませんが
1.5Vの乾電池に接続した場合、恐らく0.8A程度だと思います。
エナメル線等の巻線の安全電流は、0.35mmφの場合、0.245Aなので、
安全電流をかなり超えてしまっています。

学校で電磁石を作る場合でも、
例えば0.4mmφのポリウレタン銅線 10mを使用して作るとします。
0.4mmφ、10mの場合、抵抗値は約1.4Ω、
1.5Vに接続すると、計算上 約1.06A流れますが、
安全電流は0.32Aと、かなりオーバーしています。

1.5Vで1Aだと消費電力は1.5Wなので、
これくらいなら大丈夫、
30Vに接続し 1A流すと、30Wで危険!
と思ったりもしそうですが、
単位長さ当たりの消費電力は同じです。




ただ、一つの鉄心に巻く場合は
長いほうが巻数も増え、熱がこもりやすいので
危険性は増すと思います。

安全電流は使用状況や冷却方法によっても違うとのことです。
(安全電流値はここの下の方に、それぞれの太さの電流が纏めて書いてあります。)
http://oyaide.com/catalog/products/p-1104.html

リードスイッチモーターのようにオンオフを繰り返すようなものは
安全電流はある程度超えてもいいのかも知れませんが
連続して電流を流す場合は、
やはり安全電流の範囲内にする方がいいのでしょうか・・・?
ご存知の方がおられたら、教えて下さい。

計算してみたところ
0.1~1mmφのポリウレタン銅線を使用する場合
1.5V接続時に 安全電流を確保するには
長さ約31~34m必要です。
でも手軽に電磁石実験を行う場合、
30mも使用していないのではないでしょうか?

オヤイデ電気のHPに
「エナメル線などの巻線の許容電流2.5A/mm2が標準とされる」
と書いてあり、上で書いた安全電流
この値に基づき算出されたようです。
http://www.oyaide.com/application/files/1714/7557/2543/201602.pdf

いずれにしても、安全電流を守って電流を下げると、
電池の寿命が長くなるのでいいですよね♪
コイルが大きくなりすぎて、見た目が悪くなりますが・・・

ここまで、ポリウレタン銅線などの巻線の安全電流に関して、不明な点が多く、
色々と書いてしまいましたが、もしご存知の方がおられたら
どうか教えて下さい。宜しくお願いします。
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今回、Facebookで色々と教えて頂きました。
ポリウレタン銅線の指標として温度指数E(120℃)と書かれています。
安全電流というより、どうもこの温度が目安となりそうです。
実際に電流を流して、暫くたってから 手で触っても、
熱いと感じない電磁石なら、OKかも知れないですね。

この後、オヤイデ電機さんに安全電流に関して
問い合わせをして下さった方がおられます。
「安全電流とはその電流の範囲であれば連続して流してもいい値だそうです。
許容電流はこれ以上流すと危険な値だそうです。
UEWには許容電流表示はないそうです。
安全電流を越えたからすぐに問題になる事はないそうです。
別途温度上昇限度が規程されているとのことです。」


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<ここから 今回作った装置に関してです。>

M4×55mmの鍋小ねじに0.4mmφのポリウレタン銅線を
1000回巻いたものです。


今回の安定バージョンを作成するために試したものは
☆ 鉄心は、空芯、2mmシャフト、くぎ、M3・M4・M5の小ネジ
☆ ポリウレタン銅線は0.32mmφ、0.35mmφ、0.4mmφ
☆ 巻き数は 600回巻、700回巻、800回、900回、1000
それぞれ全ての組み合わせを試したわけではありませんが
かなりの数の電磁石を作りました。(笑)
ポリウレタン銅線は再使用しながらですが・・・

4mmφのポリウレタン銅線を使用した場合1.5Vに接続し、
安全電流(0.32A)を確保するには、長さ33m以上必要です。

今回600回巻いた状態で0.315Aと安全電流以下となりましたが
安定性からすると、うまく逆回転しないときがあるので、
もう少し巻き数を増やすことに・・・
(電池が新しいうちは逆回転するが、電池電圧が下がると難しい。)

さらに100回ずつ巻き数を増やして試してみると、
安定感が増していくのもよくわかりました。

★ 電流は700回巻きで0.27A、800回で0.25A
900回で0.22A、1000回で0.17Aでした。
1000回巻きを単3アルカリ乾電池2個に繋ぐと0.31Aとなり、
1000回以上巻くと、3Vかけても安全電流以下となります。


セロテープカッターのローター部分?に穴を開け
ダイソーのネオジム磁石(6mmφ)を差し込みました。
極性は全て同じです。
 ③
プーリの中心を置くところのくぼみの一部をふさぎました。
(逆回転をしたときに移動するのを避けるため)


リードスイッチ用のアームを取り付けました。



リードスイッチは4mmφのストローに入れて使用することに・・・

上から見たところです。
このリードスイッチと磁石の位置関係で
時計回りに回転したり、反時計回りに回転したりします。



回路図です。
LEDは本来の極性とは逆向きです。
コイルに流れる電流が切れるときの
自己誘導起電力を使用して光らせるためです。

電磁石の極性はネオジム磁石と反発するようにしておくと
ローターが逆回転しやすくなります。


ローターにはスポンジシートを貼ってちょっとカラフルにしてみました。
 


動画で撮ってみました。

さらに、2009年と同様にフェライト磁石を使ったものも作ってみました。
これもネオジム磁石編と同様に
M4×55mmの鍋小ねじに0.4mmφのポリウレタン銅線を
1000回巻いた電磁石を使用しています。

磁石は12.7mmφ×5mmのフェライト磁石を6個、
使用済みのテープの枠に貼っています。
(磁石はダイソーのマグネットから取り出したものです。)

フェライト磁石も良く回ります。

ネオジム磁石は磁力が強いので、電磁石との反発力も大きくなりますが
コギングも強くなるので、
フェライト磁石より断然よく回るということはありませんでした。
見た感じではほぼ同程度の回転に見えました。

<リードスイッチがなぜ回るのか?考察してみました>

<リードスイッチがなぜ逆回転するのか?考察してみました>



これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)





2017年6月9日金曜日

消したロウソクに煙をつたって再び火がつく!?

先日(201966)、関西地方で放送されている
「す・またん!」(読売テレビ 5:207:30)を見てると、
家庭で簡単に出来る、ろうそくを使った実験を紹介されていたので、
私もやってみました。

この実験は以前、Facebookお友達に教えてもらった、
「第1 SLOW MOTION VIDEO AWARD 2016
(ハイスピード(高速度)カメラで撮影した動画投稿コンテスト)
で拝見したことがありました。

受賞された方は、ロウソク実験と同時落下実験を
ハイスピードカメラで撮影されて、
エンターテイメント賞を受賞されてます。
初めて、この映像を見たとき、ビックリするとともにとても感動し、
いずれ私もハイスピードカメラを購入したらやってみたいと思っていました。
(別にカメラなしでもやってみたら?と思うのですが、
なかなか周りが固まらないと出来ない性格で・・・(^^;)

やり方は、ロウソクの火を消して立ち上る煙に
着火ライター(チャッカマンタイプのもの)で煙に火を近づけるだけです。

ハイスピードカメラ(PANASONIC LUMIX DMC-TZ40 )
240fps(640×480)で撮影してみました。



「す・またん!」の中で、なぜこのようなことが起きるのか?について
大阪大学 産業科学研究所 小口多美夫教授が説明をして下さってました。

「普通 皆さん、煙というと燃えカスというふうに思ってる方が多いのですが、
ロウソクの火を消したときに上がる煙は、そういう燃えカスではなく、
ろうが蒸気になったり、ろうの非常の細かい粒が煙になっている、
まさに燃えるものが煙になっているので、
導火線のように火がつくということもありえます。」
とのことでした。

実験成功のポイントは煙をむらなく真上に立たせること。」
とのことですが、
なかなか真上に立たせることが難しく、
私の成功率は、10%くらいでした。
うまくいくときは、5回、6回と連続してうまくいくのですが、
部屋の中の微妙な空気の流れでも煙が流され、
なかなかうまくいかないときも多々ありました。
火を消すときに使用したスプーンを持ち上げる角度も
影響してるかも知れないですね?
(火を消すときに私はスプーンでやりましたが、
1 SLOW MOTION VIDEO AWARD 2016で受賞された方は
小さなガラス容器のようなものを使用されてました。)

火を消すスプーン等はススや蠟の成分も付着するので、
捨ててもいいものを使用したほうがいいかも知れませんね。

着火ライターの燃料が尽きたところで、やめました。




これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)