2016年6月15日水曜日

電磁石の原理を応用した「ソレノイドエンジン」

電磁石は鉄心にコイルが巻かれ、コイルに電流を流すと磁化される仕組みですが、
ソレノイドは空芯コイルに電流を流すことで、可動鉄心を引き寄せる仕組みです。
(今回は可動鉄心の代わりに磁石を使用しています。)
コイルの電流をオンオフさせることにより、磁石が往復運動をし、
この往復運動をクランク機構により回転運動に変化させています。



<作り方>
板厚1cm程度の板を下のようにカットします。

平板取付金具の一つに、リード線をハンダ付けしてから
タッピングネジで固定し、
その手前に針金固定用の木柱を立てます。


100円Shopのおもちゃの車のシャフトに
1.2mmφの銅製の針金をハンダ付けし
CDの中心にタイヤの一つをプラスチック用接着材で貼り付けます。
CDの内径から約4mm外側に こびょう(釘の小さなもの)を刺せる穴をあけておきます。
(ドリル刃1mmを使用) 
(CDがクランク及びフライホイールの役割をし、こびょうがクランクピンとなります。)

電池ケースの赤又は黒どちらかのリード線に
0.55mmφ程度の銅製の針金 約5cmをハンダ付けしてから、
高さ6.5cmの木柱に固定します。
シャフトを②の平板取付金具の穴に挿入します。
銅製の針金同士が接触すると
スイッチがオンになり、コイルに電流が流れます。
離れるとスイッチがオフとなります。

シリンダーの役割をするストローにコイルを巻きます。
ストローは直径8mm  のものを使用します。
(直径8mmのストローは100円Shopのセリア又はmeetsで販売されています。)
まず15mm角の厚紙にストローが入る穴を開け、
ストローに貼ってボビン状にしてから、
0.35mmφ程度のポリウレタン銅線を約300回巻きます。

コイルを①のカットした板に貼ります。

ピストンの役割をするストローに磁石を入れます。
ストローは直径6mm、長さ7cm のものを使用します。

アイス棒を2本用意し、1本は
2.5cm×0.5cmにカットし、端の方にドリル刃1.5mmで穴を開け、
⑥のストローの1cmの隙間にホットボンドを流し込み真っすぐに挿入します。
(ピストンの延長となります。)

もう1本のアイス棒は端の方と、8cmの間隔を開けたところに穴を開けます。
(コンロッドの役割をします。)


⑦と③のCDを接続します。
左のこびょうとビーズ、右のこびょうとCDはしっかりと接着剤で固定しますが
アイス棒は自由に動くようにしておきます。


配線をします。


④のシャフトにタイヤをはめ込み、
シリンダ(コイル)にピストン(磁石)を挿入して、板に貼り付けます。

電極とクランクピンの位置調整をします。
位置が少し変わるだけで動き方が大きく変わります。

まず、電池ケースのスイッチをオンにして、
ピストンがシリンダーに引き込まれるか、押し出されるか確認してみましょう。
コイルに流れる電流の向き 又は 磁石の向きによって、
引き込まれるか、押し出されるか変わります。



引き込まれるか、押し出されるかを確認出来たら
電極とクランクピンの位置調整をします。
(作り方⑩の方向から見た場合です。)



最後に接点の酸化被膜を取り除きます。
下の4ヵ所(平板金具とシャフトの接点、銅の針金同士の接点)を
綿棒などを使用して 酢で磨いておくと酸化被膜が取れて通電しやすくなります。
さらに潤滑油としてサラダ油を塗布しておきます。
(長時間回しているうちに、回り方が悪くなった場合は
この作業を再度行うと、見違えるように復帰します。
綿棒が真っ黒になると思います。)


<2気筒の場合>
コイル、CD、アイス棒、電極など2組準備します。
シャフトは絶縁体で繋ぎ、180度ずらして接続します。

コイル、磁石の極性は左右 同じにし、
両方ともコイルに引き込まれるか、押し出されるかに統一します。
クランクピンは180度ずらして接続します。

ピストンとコンロッドの接続に、竹の割りばしを使って作ってみました。





(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。)

2 件のコメント:

  1. お早うございます。すごい実験をやりましたね。昭和30年ごろ英賀保駅から姫路駅まで国鉄で通っていたことがあります。中学生ですからホームを歩いていると丁度目の前ぐらいの高さにシリンダーから出たり入ったりする棒があって、車軸の少し離れたところに止めてありました。その止めてある位置が車軸の上側にあるのか下側にあるのか、しかもその位置を把握した上で前にすすのなら押すのか引くのか、どうやって制御しているのだろうと、いつも機関車の横で眺めていたものでした。
     この実験を読みながらそのときのことを思い出した次第です。あなたの実験もいよいよ新しい境地に突入した感じですね。益々楽しみにしています。T.M

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    1. 私も機械的なものに興味があって、機関車の仕組みをはじめ 最近では色んな機構を使ったロボット系など感動しながら眺めています。私は単純なものしか作れませんが いずれは もうちょっとシッカリしたものを組立てられたらなぁ・・・と夢見ながら ちょこまか工作の毎日です。

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