2016年4月15日金曜日

光る!「永久ゴマ」

先日、弛張型発振回路を使った「永久コマ」を作りましたが、
今回はこの永久コマが光るように改造してみました。

コイルは"コマを回転させるためのもの"と "光らせるためのもの"
別々ですが、並列に接続し単3乾電池1個に接続しています。

コイルの太さ、巻き数はこのようにしました。
コマを回転させるためのコイル:0.35mmφのUEW  700ターン
      コマを光らせるためのコイル:0.2mmφのUEW   30、15ターン
                       コマのコイル:0.1mmφのUEW   150ターン

この巻き方で
単3乾電池1本で約24時間、光ながら回り続けます。
最長で27時間37分回り続けました。
回し始める前の電池電圧 1.619V
コマが倒れた時の電圧は 0.993Vでした。
その後、暫く電池を休めると 1時間ほど回って倒れました。

コマを光らせるためのコイルの太さや巻き数によって、
コマのLEDの明るさ と 電池の持続時間が変わります。
例えば、 0.35mmφ 15、15ターンにすると、
コマのLEDは明るく光りますが、電池の持続時間が短くなります。
0.1mmφ 30、30ターンにすると
コマのLEDの光り方が悪くなります。

また、コマを光らせるためのコイルコマを回転させるためのコイル
の位置関係によって発振間隔が変わるため、
それによっても、電池の持続時間が変わります。

<コマの作成>

直径21mmの厚紙に外径18mm内径8mmのワッシャーを貼り
4ヵ所ほど、穴を開けておきます。


0.1mmのコイルをナツメ球に150回巻きました。


②を①にくくり付けます。


厚紙の中心にM5ナットと爪楊枝を接着材で固定
ナットの周囲にはビニールテープを巻いて
LEDが短絡しないようにしました。


コマの足の部分の長さは、
ダイソーで販売されているネオジム磁石2個分より
少し長い程度(6.5~7mm)あたりが、いいような気がします。



赤色LEDと青色LEDを 逆向きの並列接続にします。
片方のLEDはほとんど光りませんが、
逆向きの並列接続にすることで、
大きな逆起電力がかかってLEDが破壊されることを防止します。


⑤のネオジム磁石を1個ずつを対称に、極性を逆にして貼ります。


 つまようじはナットの上1.5~2cm程度のところで切断します。


<本体の作成>

コマを回転させるためのコイル
六角ボルト(M6長さ30mm)に直径17mm程度の厚紙で
ボビン状にしておくと巻きやすいです。

0.35mmφのポリウレタン銅線を700回巻きます。
コイルの両端は10cm程度残しておきます。


 コマを光らせるためのコイル
0.2mmφのUEWを利用します。
直径65mm(ガムボトル)程度のものに、
まず15回巻く~5cmほど伸ばす~さらに同じ方向に30回巻きます。



下のように回路を組みます。
乾電池の左側がコマを回転させるための回路、
乾電池の右側がコマを光らせるための回路です。


以降
コイルA:コマを回転させるためのコイル
コイルB:コマを光らせるためのコイル
とします。

このようになります。


③を板に張ります。
コイルAの横に高さ22mmの木片をたてています。
コイルBを貼った小皿が
コイルAの真上に位置するようにしています。

コイル同士の位置関係で発振間隔が大きく変わります。
コイルAの上でコイルBを動かすと
基板のLEDの点滅間隔が変化します。


 コイルBの向きでコマの光る色が異なります。
このように青色に光っていますが、

コイルBを裏返すと、赤色に光ります。

青色が光るようにしてコイルBを小皿に貼ります。
小皿を少し深いものにすると、光が皿に反射して幻想的かも知れません。
(ここで使った小皿はキャンドゥで2枚100円で販売されているものです。)

小皿を木片に貼って完成で~す!!

ビデオに撮ってみました。

緑も青と同様に、赤色LEDと逆向きの並列接続にしています。

乾電池の寿命をなるべく長くしようと、
色々とやってるうちに7個も出来てしまいました。(^^;

<電圧波形の自由研究>

①コイルAの端子電圧 (基板のLEDの端子電圧)
コマを回転させない状態 VS 回転させた状態

正方向は約1.5V、自己誘導起電力は約5Vです。
コマがゆっくり回るため、
前回の発振回路コマよりコイル巻き数が多いにも関わらず
自己誘導起電力が低くなっています。
またコマが回った時の電磁誘導も発振回路コマほど
強くなく、周期はわずかに短くなる程度でした。


②コマに逆向きの並列接続にしたLEDの端子電圧
正方向 約3.0Vのときに青色LEDが点灯
負方向 約1.8Vのときにわずかに赤色LEDが点灯します。
周期は約35μsとかなり短く
基板のLEDに比べると約1700倍もの点滅間隔で点滅しています。



(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。)


0 件のコメント:

コメントを投稿