2017年6月22日木曜日

リードスイッチモーター(ネオジム磁石、フェライト磁石使用)

2009年にセロテープカッターを使った
「リードスイッチモーター」を作りました。
そのときの作品はこれです。


2009年作の電磁石は
くぎに0.35mmφのエナメル線を約10m巻いて作りました。
装置がもう残っていないので、実際に電流測定は出来ませんが
1.5Vの乾電池に接続した場合、恐らく0.8A程度だと思います。
エナメル線等の巻線の安全電流は、0.35mmφの場合、0.245Aなので、
安全電流をかなり超えてしまっています。

学校で電磁石を作る場合でも、
例えば0.4mmφのポリウレタン銅線 10mを使用して作るとします。
0.4mmφ、10mの場合、抵抗値は約1.4Ω、
1.5Vに接続すると、計算上 約1.06A流れますが、
安全電流は0.32Aと、かなりオーバーしています。

1.5Vで1Aだと消費電力は1.5Wなので、
これくらいなら大丈夫、
30Vに接続し 1A流すと、30Wで危険!
と思ったりもしそうですが、
単位長さ当たりの消費電力は同じです。



ただ、一つの鉄心に巻く場合は
長いほうが巻数も増え、熱がこもりやすいので
危険性は増すと思います。

安全電流は使用状況や冷却方法によっても違うとのことです。
(安全電流値はここの下の方に、それぞれの太さの電流が纏めて書いてあります。)
http://oyaide.com/catalog/products/p-1104.html

リードスイッチモーターのようにオンオフを繰り返すようなものは
安全電流はある程度超えてもいいのかも知れませんが
連続して電流を流す場合は、
やはり安全電流の範囲内にする方がいいのでしょうか・・・?
ご存知の方がおられたら、教えて下さい。

計算してみたところ
0.1~1mmφのポリウレタン銅線を使用する場合
1.5V接続時に 安全電流を確保するには
長さ約31~34m必要です。
でも手軽に電磁石実験を行う場合、
30mも使用していないのではないでしょうか?

オヤイデ電気のHPに
「エナメル線などの巻線の許容電流2.5A/mm2が標準とされる」
と書いてあり、上で書いた安全電流
この値に基づき算出されたようです。
http://www.oyaide.com/application/files/1714/7557/2543/201602.pdf

いずれにしても、安全電流を守って電流を下げると、
電池の寿命が長くなるのでいいですよね♪
コイルが大きくなりすぎて、見た目が悪くなりますが・・・

ここまで、ポリウレタン銅線などの巻線の安全電流に関して、不明な点が多く、
色々と書いてしまいましたが、もしご存知の方がおられたら
どうか教えて下さい。宜しくお願いします。

<ここから 今回作った装置に関してです。>

M4×55mmの鍋小ねじに0.4mmφのポリウレタン銅線を
1000回巻いたものです。


今回の安定バージョンを作成するために試したものは
☆ 鉄心は、空芯、2mmシャフト、くぎ、M3・M4・M5の小ネジ
☆ ポリウレタン銅線は0.32mmφ、0.35mmφ、0.4mmφ
☆ 巻き数は 600回巻、700回巻、800回、900回、1000
それぞれ全ての組み合わせを試したわけではありませんが
かなりの数の電磁石を作りました。(笑)
ポリウレタン銅線は再使用しながらですが・・・

4mmφのポリウレタン銅線を使用した場合1.5Vに接続し、
安全電流(0.32A)を確保するには、長さ33m以上必要です。

今回600回巻いた状態で0.315Aと安全電流以下となりましたが
安定性からすると、うまく逆回転しないときがあるので、
もう少し巻き数を増やすことに・・・
(電池が新しいうちは逆回転するが、電池電圧が下がると難しい。)

さらに100回ずつ巻き数を増やして試してみると、
安定感が増していくのもよくわかりました。

★ 電流は700回巻きで0.27A、800回で0.25A
900回で0.22A、1000回で0.17Aでした。
1000回巻きを単3アルカリ乾電池2個に繋ぐと0.31Aとなり、
1000回以上巻くと、3Vかけても安全電流以下となります。


セロテープカッターのローター部分?に穴を開け
ダイソーのネオジム磁石(6mmφ)を差し込みました。
極性は全て同じです。
 ③
プーリの中心を置くところのくぼみの一部をふさぎました。
(逆回転をしたときに移動するのを避けるため)


リードスイッチ用のアームを取り付けました。



リードスイッチは4mmφのストローに入れて使用することに・・・

上から見たところです。
このリードスイッチと磁石の位置関係で
時計回りに回転したり、反時計回りに回転したりします。



回路図です。
LEDは本来の極性とは逆向きです。
コイルに流れる電流が切れるときの
自己誘導起電力を使用して光らせるためです。

電磁石の極性はネオジム磁石と反発するようにしておくと
ローターが逆回転しやすくなります。


ローターにはスポンジシートを貼ってちょっとカラフルにしてみました。
 


動画で撮ってみました。

さらに、2009年と同様にフェライト磁石を使ったものも作ってみました。
これもネオジム磁石編と同様に
M4×55mmの鍋小ねじに0.4mmφのポリウレタン銅線を
1000回巻いた電磁石を使用しています。

磁石は12.7mmφ×5mmのフェライト磁石を6個、
使用済みのテープの枠に貼っています。
(磁石はダイソーのマグネットから取り出したものです。)

フェライト磁石も良く回ります。

ネオジム磁石は磁力が強いので、電磁石との反発力も大きくなりますが
コギングも強くなるので、
フェライト磁石より断然よく回るということはありませんでした。
見た感じではほぼ同程度の回転に見えました。

<リードスイッチがなぜ回るのか?考察してみました>

<リードスイッチがなぜ逆回転するのか?考察してみました>



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。)





2017年6月9日金曜日

消したロウソクに煙をつたって再び火がつく!?

先日(201966)、関西地方で放送されている
「す・またん!」(読売テレビ 5:207:30)を見てると、
家庭で簡単に出来る、ろうそくを使った実験を紹介されていたので、
私もやってみました。

この実験は以前、Facebookお友達に教えてもらった、
「第1 SLOW MOTION VIDEO AWARD 2016
(ハイスピード(高速度)カメラで撮影した動画投稿コンテスト)
で拝見したことがありました。

受賞された方は、ロウソク実験と同時落下実験を
ハイスピードカメラで撮影されて、
エンターテイメント賞を受賞されてます。
初めて、この映像を見たとき、ビックリするとともにとても感動し、
いずれ私もハイスピードカメラを購入したらやってみたいと思っていました。
(別にカメラなしでもやってみたら?と思うのですが、
なかなか周りが固まらないと出来ない性格で・・・(^^;)

やり方は、ロウソクの火を消して立ち上る煙に
着火ライター(チャッカマンタイプのもの)で煙に火を近づけるだけです。

ハイスピードカメラ(PANASONIC LUMIX DMC-TZ40 )
240fps(640×480)で撮影してみました。



「す・またん!」の中で、なぜこのようなことが起きるのか?について
大阪大学 産業科学研究所 小口多美夫教授が説明をして下さってました。

「普通 皆さん、煙というと燃えカスというふうに思ってる方が多いのですが、
ロウソクの火を消したときに上がる煙は、そういう燃えカスではなく、
ろうが蒸気になったり、ろうの非常の細かい粒が煙になっている、
まさに燃えるものが煙になっているので、
導火線のように火がつくということもありえます。」
とのことでした。

実験成功のポイントは煙をむらなく真上に立たせること。」
とのことですが、
なかなか真上に立たせることが難しく、
私の成功率は、10%くらいでした。
うまくいくときは、5回、6回と連続してうまくいくのですが、
部屋の中の微妙な空気の流れでも煙が流され、
なかなかうまくいかないときも多々ありました。
火を消すときに使用したスプーンを持ち上げる角度も
影響してるかも知れないですね?
(火を消すときに私はスプーンでやりましたが、
1 SLOW MOTION VIDEO AWARD 2016で受賞された方は
小さなガラス容器のようなものを使用されてました。)

火を消すスプーン等はススや蠟の成分も付着するので、
捨ててもいいものを使用したほうがいいかも知れませんね。

着火ライターの燃料が尽きたところで、やめました。




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。)