2016年7月15日金曜日

クルクルピカピカ (磁石でクルクル、電磁誘導でピカピカ)

CDの上でLEDが光りながらくるくる回ります。
LEDは二次コイルに接続し、マグネットに乗せていて 電池は接続していません。
一次コイルとの相互誘導で光る仕組みです。
くるくる回る理由は、CDの下の磁石を斜めにしているからです。


<二次回路を作ります>

0.35mmφのポリウレタン銅線(UEW)を
単1乾電池に30回巻いて電池から外します。
UEWの両端は約10cm程度残しておきます。

硬質カードケースなどを利用して下のようなドーナツ型の枠を切り出し
4ヵ所程度針で穴を開けます。
①で作ったコイルを糸又はワイヤーなどで枠にくくりつけます。
コイルを下に向けて、マグネットに差し込み、
プラスチック用接着剤で貼り付けます。

UEWの両端にLEDを逆向きの並列接続にして接続します。
内径の大きなビーズを利用すると、
LEDをマグネットに固定しやすいかもしれません。


<一次回路を作ります>


回路図は下のようになります。
コイルは二次回路と同様0.35mmφのポリウレタン銅線(UEW)を使用して
下図右下のように巻きます。


コイルの巻き方の①をトランジスタCに、②をスライドスイッチに
③を抵抗器1kΩに接続します。


モーターはダイソーで販売されている「ハンドミキサー」から
取り出したものを接続します。




下の面でそれぞれのパーツを①の回路図のように接続し、
ケースの4隅に0.8cm角程度、長さ4cmの木柱を
エポキシ系接着剤で貼り付けます。


<プーリーを作ります>

直径12cmの厚紙2枚の間に直径11cmのカラーボードを挟み
中心に目打ち等で穴を開けて、4mmφのストローを通します。
3枚は接着剤でしっかり固定します。
(それぞれの隙間にゴムが入らないように)


木片を下のサイズにカットし、斜面の上にエポキシ系接着剤で磁石を貼ります。
磁石の極性は、二次回路で使ったマグネットに合わせます。
木片もエポキシ系接着剤で厚紙に貼ります

磁石の高さに合わせて、ストロー上部を切ります。
ストロー下部も約1.5cm程度に切ります。



<土台を作ります>

厚さ1cmの木板を下のように切ります。
中心あたりにドリル刃2.5mm程度で穴を開けておきます。


ダイソーで販売されている「ハンドミキサー」のギアの底面2ヶ所を
2.6M×12mm程度の皿小ねじでしっかり固定します。


CDケースの中心にハンダごてなどで穴を開け
M3×50mmのなべ小ねじを通します。
なべ小ねじはプーリー中心のストローと輪ゴムを通してから、
下の板にしっかりねじ留めします。




ハンドミキサーのホイッパーが差し込まれていたところに
M4×40mmのボルトの頭を上にして差し込み、
プーリーとボルトに輪ゴムをかけます。

二次回路で作成したものをCDの上に乗せてスイッチを入れると
LEDがピカピカ点灯(高周波で点滅)しながら、くるくる回転します。





<自由研究>

1次回路のコレクタ~ベース間の電圧波形は下のようになっています。
(モーターを並列接続して単3乾電池1個に接続した状態です。)
このように一次回路はコイルとトランジスタ、抵抗によって
高周波のブロッキング発振をしています。

二次回路の電圧波形
(緑のLED2個を逆向き並列接続にした場合の端子電圧)


2次回路はコイルを巻いただけで、電源に繋いでいないのに
最大値3V程度の電圧が発生し、LEDも光ります。


なぜ、2次回路のLEDが点灯したのか考察してみます。


(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。)

2016年7月2日土曜日

机から落ちない車(光センサーを利用)

先日、かんばこうじさん作の「落ちない車」を見て感動し
https://www.youtube.com/watch?v=uBbRtdOLFxQ
私も作ってみました。

かんばさんの作品とは仕組みが違っていますが、
ちゃんと落ちることなく走り続けます。

私が作った「落ちない車」は
光センサー(フォトトランジスタ)を使って 机上に照らしたLEDの光を認識して前進し、
机からはずれて光を認識しなくなると左側のタイヤがStop又は逆転する仕組みです。

<①左側のタイヤがStopするタイプ>

フォトトランジスタは可視光センサーと赤外線センサーがありますが、
可視光センサーを使用します。

基板は右前方にネジ留めしています。
フォトトランジスタと赤色LEDは下向きに並べています。
(LEDの光が机に当たっているときはフォトトランジスタは光を認識し
机から外れると認識しなくなります。)

ギアモーターはこちらで購入しました。
(1個当たり送料込みで100円少々と超格安です。)
ゴムタイヤはこちらを使用しています。
前輪は「どこでもキャスター」を使用しています。
車体はベニヤ板(14cm×7cm)。
左のタイヤがStopするタイプは、
フォトトランジスタから後輪までの長さが15cmくらいないと落ちるかも知れません。

 セラミックコンデンサはモーターに直接接続しました。

運転手を乗せてみました。 
(ネクタイをしてる!?)
スイッチオンで目が青く光ります。


<②左側のタイヤが逆転するタイプ>

①の回路とリレーを組み合わせて
光を認識しなくなると 左側のタイヤが逆転する回路を考えてみました。

当初 電池はリレー用とモーター用を 併用して試作していました。
ところがリレーがオフ状態からオン状態に変わるときに 
ギギー、ジジー、ガガーと異常な音がします。
チャタリングかな?と思ったのですが、それにしては異常すぎる音です。
モーターの種類を色々と変えて調べると、内部抵抗の小さいモーターほど音が大きい!!
異常音の原因は、モーターに流れる電流が大きければ大きいほど
フィトトランジスタの電流が減って、反応が悪くなり、
リレーのオンオフが正常に行われなくなるのでは?と考え
結局、電池を分けることにしたのです。 
(もし別の原因をご存知の方、
或いは電池の併用方法をご存知の方がおられたら是非 教えて下さい。)

下図が回路図ですが リレーは回路図で書くと
どこをどう接続すればいいのか?わかりにくいので
こんな図にしてみました。



リレーはC接点(8本足)のものを使用していますが、
下図のような仕組みで モーターが正逆反転します。


ほんの少し左側のモーターの回転が遅いようで、左寄りに進むので、
右側のモーターには2Ωの抵抗を直列に入れました。

フォトトランジスタと赤色LEDは下向きに並べています。
(LEDの光が机に当たっているときはフォトトランジスタは光を認識し
机から外れると認識しなくなります。)

こちらのタイプは機敏に動くので
フォトトランジスタから後輪までの長さが12cmくらいでも落ちません。

動かすときは、均一の明るさの机上において
光センサーがうまく働くように、可変抵抗の抵抗値をドライバーで調整します。

①は極端な鋭角を曲がることは出来ませんが
②は曲がることが出来ます。

子供の科学2013年7月号」に掲載されています。
Amazonで古本を購入して、その仕組みを見て 改めて感動 !!
電子部品等は全く使用せず、
主にモーター2個、手作りプーリー、ピンポン玉で構成されています。
電池は単3乾電池1本で動いています。
一見の価値ありです!


(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。)