2017年1月6日金曜日

自動連続ガウス加速器

「自動連続ガウス加速器」を作ってみました。
2年ほど前に ジャンクホビー工房の有馬さんが作られたものを見て、
ずっと作ってみたいと思っていました。
有馬さんの作品はこちらです。

いざ作ってみたものの、トラブル続出・・・
1つずつ解決して なんとか、blogにアップ出来るものとなりました。
でも まだまだ、あちこちに課題は残っています。
もう少し、技術力をつけて、いずれ改良版を作りたいと思います。

ガウス加速器については ネット上で色々と説明がありますが、
レール上に、ネオジム磁石と鋼球を並べて置き、
ネオジム磁石に別の鋼球を当てると、
一番端の鋼球が勢いよく飛び出す装置です。


<今回作成した装置>
左のレールから転がってきた鋼球が
木片のネオジム磁石に衝突すると、一番端の鋼球が飛び出して行きます。
ネオジム磁石は10mmφの球形のものです。

飛ばされた鋼球がピンクの受け皿に入り、
下に落ちるときに、銅パイプと鋼球が接触することで
スイッチオンとなり、モーターが回転し、
ネオジム磁石に張り付いた鋼球を、右側のレールに送ります。

モーターは たまたま家にあった「タミヤギヤードモーター 380K75」を使用しました。
トルクの大きなギヤードモーターじゃないと、
ネオジム磁石に張り付いた鋼球を引き離すことが出来ません。
電源電圧 7.2V
無負荷時回転数 242rpm
無負荷時消費電流 0.67A
最大効率時のトルク 5.0kgcm (4.05A/202rpm)

モーターに取り付けた木の棒が、マイクロスイッチに接触すると
モーターはストップします。

レールはこんな感じで
3mmφの銅パイプやアルミパイプを使用しました。

基板です。


回路はこのようにしました。
小型リレーで自己保持回路にし、
鋼球が銅パイプを通り過ぎた後も、モーターが回転し続けます。
モーターに取り付けた棒がマイクロスイッチを押すと
モーターの回転が止まります。

乾電池は1.5V 5個を使っています。
新品の場合 約8Vですが、使用していくうちに徐々に電圧は下がります。

電池電圧が変わっても、
モーターが一定速度で回転するように可変抵抗器を入れました。
可変抵抗器は定格電力値が小さいので、トランジスタを使用しています。
(下のビデオをご参照ください。)

当初、スライドスイッチで固定抵抗器の切り替え式にしておりましたが、

青森 渡辺聰明さんにこの方法を教えて頂きました。
渡辺さん、ありがとうございます♪


動画で撮影してみました。


可変抵抗を回して、モーターの速度を調整しているところです。





冒頭に「まだまだ、あちこちに課題は残っています。」
と記載しておりましたが、
時々、ピンクの受け皿の手前で落ちてしまう不備がありました。
どうもその課題が気になって、2週間かけて改良を致しました。

改良点は
・発射台の磁石と鋼球のおさえ部分
・左の滑り台部分です。

改良後、12時間 落ちることなく飛び続けることが出来ました。
(水色のトレイの中で3回ピタッと止まってしまったのと、
場所を変えた時に、勾配調整をしなかったために 
1回ホームランのように飛んでいきました。)
電源はフル充電したニッケル水素電池を使用しましたが
弱ってきたので12時間で終了としました。

おさえ部分はダイソーでも販売されている「おゆまる」を使って、
10mmφの球形ネオジム磁石と鋼球2個をしっかりおさえるようにしました。
特にネオジム磁石は下のレールと左の壁に
強く押さえつけるように貼った方がよく飛ぶようです。

このままではみっともないので、木の壁で覆っておきました。

その後、3個目の鋼球も木片で押さえることにしました。
3個目まで「おゆまる」でおさえておいても良かったかなぁ・・・

滑り台部分は、配線カバーに変更しました。
前回、銅パイプを使ってましたが、
微妙な高さ調整をするために、先端を削っておりました。
このことが、時々落ちる原因だったのかな?と思っています。
滑り台の右端は、綺麗な切り口&鋼球の幅に合わせることがポイントかも知れません。

滑り台の高さ調整はかなり微妙です。
ほんの 0.1mm程度変わるだけでも、飛び方は大きく違います。
最初、手でうまく調整したつもりでも、
板に固定すると、動き方が違ったりします。
この調整部分が、最も難しかったと思っています。

うまく調整できると
高く長く飛ばすことが出来ます。

机の微妙な傾きによっても、飛び過ぎたり、飛びにくかったりします。
本当に微妙な傾きでも飛び方が変わります。
場所を変えたときには、水平器を使って、
勾配調整をすると、うまく飛び続けます。

今回の改良により、12時間 落ちることなく
飛び続けることが出来ました。ヽ(^-^)/
(水色のトレイの中で3回ピタッと止まってしまったのと、
場所を変えた時に、勾配調整をしなかったために 1回ホームランのように飛んでいきましたが・・・)



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。)



8 件のコメント:

  1. 先ずは素晴らしいの一言です。何回も見てしまいました。磁石は何枚か重ねたのですか。それとも一つですか。パイプの曲げ方もいいですね。自己保持回路なども日常的にお使いなのでしょうか。見飽きません。楽しいです。

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    1. 渡辺聰明さん、見て下さってありがとうございます。磁石は球形のネオジム磁石1個だけでやりました。自己保持回路は以前に1度だけ使ったことがありました。今回の装置のように、オンの時間を長くしたいときにいいですね。

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  2. これは面白いですね、落ちたボールが左右回転方向が違うのも面白いです。素晴らしい出来上がりですね。
    私も回転振り子のからくり玩具の原型は完成しました、やはり同じ様に自己保持回路と、リードスイッチを2個とスリップリングを使ってゴムの上下の軸が完全同期するように出来ました。今は装飾を作っていますあと1週間くらい掛かりそうです。

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    1. 啄童さん、見て下さってありがとうございます。啄童さんの「回転振り子」、自己保持回路、リードスイッチ、スリップリングで完全同期する仕組み・・・どんなのか凄く楽しみです♪

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  3. Chieさんこんばんは
    回転振り子のからくりは製作中に次々と追加工事が増えて(笑)完成はかなり先になりそうなのです。そこで原形と回路図仕組み等だけ今日ブログにアップしました。見て頂ければ幸甚と存じます。
    http://blogs.yahoo.co.jp/takudoui2718

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    1. 啄童さん
      blog拝見しました。
      さすがですね~!凄いですね・・・
      木工技術も電気技術も兼ね備えておられるからこそ、成せる技ですね。
      電気回路も載せて下さってるので、興味深く拝見しました。
      リードスイッチでうまく同期させておられるなぁ・・・と感心しました。
      今後の私の工作にも参考にさせて頂きます。
      私なら、ここで完成にしてしまいそうですが、
      今後、猫ちゃんが登場してくるんですね♪面白いアイデアですね。
      さらに目を見張る作品になりそうで、超・超・超 期待しています!

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  4. 色々なことを直ぐ実行されていますね。凄いです。鋼球を上から押さえて鋼球の跳び上がりがなくなっています。この効果は大きいのでは。鋼球も1個増えているようで、跳びだしスピードアップにつながっているのでしょうか。2SC4811のデータシートにはIbの絶対最大定格も記載されていました。私の最新トランジスタ規格表はなんと1996年版でした。済みません。

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    1. 渡辺聰明さん、おかげさまで満足のいく作品に仕上がりました。
      色々とご指導下さって、本当にありがとうございます。感謝です♪
      鋼球同士がぶつかった瞬間にレールにきちんと戻らず浮いた格好になるときが たまにあります。
      (飛び出す鋼球以外の鋼球)
      鋼球は磁化されてるので、重力に反してそのようになってしまうと思います。
      そのようなときに、飛び出す鋼球は受け皿手前で落ちてしまうようです。
      その対策として、鉄板で押さえ、受け皿の手前での落下は ほぼなくなったのですが、
      まだ、完璧ではないのです・・・
      鉄板で強く押さえ過ぎると、鋼球同士に隙間が出来てしまうし(押さえられてるので元の位置に戻れない)、
      押さえが弱すぎると、横ずれを起こす・・・?
      改めて、別の方法を検討しています。

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