2016年4月15日金曜日

リードスイッチを使った「永久コマ」

以前、トランジスタ1個と2種類のコイルを重ね巻きにした「永久コマ」を作りましたが

今回はリードスイッチを使った「永久コマ」を作ってみました。

リードスイッチを使った「永久コマ」は多くの人がネットに掲載をされてます。
「リードスイッチゴマ」で検索すると色々と出てきます。
検索結果はこちら

リードスイッチは磁石によって、回路を入れたり切ったり出来るスイッチで
100均でも販売されている防犯ブザーの中に入っていますが
性能があまりよくないので、
パーツ店で購入したものの方がいいかも知れません。
10個250円程度のお得なものもあります。
http://akizukidenshi.com/catalog/c/creedsw

コイルとLEDを並列~単3乾電池1個~リードスイッチ
と直列に繋いでいます。

(自己誘導起電力を利用してLEDを点滅させるので、
LEDの接続は電池に対しては本来の極性とは逆です。)


コイルの横に高さ16~20mm程度の木片を貼り
この上に小皿を置きます。

リードスイッチは木片の上部に貼りました。


この上に陶器の小皿を置きました。
プラスチック製の時計皿や老眼鏡のレンズなどでも良く回りますが
コマが回転した時に傷が出来たり
同じところで長時間回ると、くぼみが出来たりするので、陶器にしました。


コマはナットとワッシャー、軸は爪楊枝を使って
大・小 2種類作ってみました。
(大は直径22mm、小は直径18mmのワッシャーです。)



片方がN極、もう片方がS極が外向きになるように貼り付けます。
回転の勢いで吹っ飛ぶことがあるので、接着剤でシッカリ貼り付けます。

電磁石がオンオフを繰り返すことでコマが回り続けます。
もし、ずっとオンの状態では 永久磁石を置いたのと同じで
コマは止まってしまいます。
この装置では、リードスイッチによって 電磁石のオンオフを制御しています。

コマに貼った磁石がリードスイッチに近づくとスイッチオンになり
コイルに電流が流れ、磁石と反発または吸引します。
オンのタイミングはほんの一瞬で
コマの回転により、すぐにオフになります。
コマは1秒間に約90回 回転していて、オンオフを繰り返しています。

オフになると電磁石に流れている電流が切れることで
自己誘導起電力が発生します。
この自己誘導起電力によって 電磁石に並列に接続したLEDが点灯します。


回転させると、大きいコマはほぼ同じところで回転し、
小さいコマは円を書くように回転しました。
しかし、小さいコマはあまり安定感がなく
磁石が小皿にあたって倒れることもありました。
大きいコマの方が安定していて いいかも知れません。

動画で撮ってみました。
video


単3アルカリ乾電池を入れ、電池の持続時間を調べたところ・・・
約8時間回転し続けて倒れました。


<電圧波形の自由研究>

①LEDを接続していない状態のコイルの端子電圧
正方向は約1.0Vです。
自己誘導起電力は  最大で約300V程度出ていました。

②青色LEDを接続したときのコイルの端子電圧
コイルの両端に青色LEDを繋ぐと、自己誘導起電力は約7V程度になりました。
下の約11msでコマが1回転しているのでは?と思います。
少し周期の長いものと短いもののペアになっています。
どちらかが、コイルにN極が近づくとき、どちらかがS極が近づくときではないでしょうか。
もし11msで1回転とすると、1秒間に91回転してることになりますね。


③LEDにかかる電圧について
LEDは順方向に約7Vの電圧がかかっています。
しかし!! 今回使用した青色LEDの順方向電圧の
最大定格は5V(順方向電流が25mA流れたときの電圧)です。
(逆方向の電圧は逆電圧最大定格5Vに対して1.0Vなので問題なし)

LED2個を直列に入れると、1個あたりに7V(2個で14V)がかかります。

LED1個と直列に抵抗300Ωを入れると、
LEDにかかる電圧は約5Vになりました。
(LEDの光り方は少し悪くなります。)


今回はこの対策をとらず、LED1個だけを接続した状態で
コマを回し続けましたが、
LEDに特別な変化は見られませんでした。
(徐々に壊れて、光り方が悪くなるなどの変化はなし、温度上昇もなし)
数か月、数年と回し続ければ、LEDが徐々に壊れるかもしれません。

気になる場合は、LEDに直列に抵抗300Ωを入れるか
LEDの代わりに整流用ダイオードを入れてもいいかも知れません。
何も入れないと、リードスイッチの負担が大きく
壊れる可能性があります。

(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。)






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