2018年2月17日土曜日

ホールセンサーモジュールを使った永久コマ(回転カプセル)

永久コマはいろんな仕組みのものがあります。
以前には
を作りましたが、
今回 ホールセンサーモジュールを使った
永久コマ・・・というより「回転するカプセル」を作りました。

今まではコマ状の永久コマでしたが
今回、磁石を立ててカプセル入れています。
磁石を立てて回すアイデアは相生高校の生徒さんが考えられたものです。
(最後の方に、映像を載せています。)

この装置の面白いところは
棒状のものでつついただけで、カプセルが起き上がって回り始めるところです。
最初からこんな風にしようと思っていたのではなく、
たまたまこんな風に出来て、ラッキ~♪

ホールセンサーモジュールはこのようなものです。


ホールセンサーには極性があって、下の写真の場合 ホールセンサーの手前に
S極が接近するとOUT端子(DO)がHighになり、N極が接近するとLowになります。
ホールセンサーの裏側はその反対となります。
ミニブレッドボードにこのモジュールと
ダーリントントランジスタ(2SC4811)を差し込んでいます。

ホールセンサーは上のように極性があるので、
センサーはお皿の端の方に貼らないと、途中でブレーキがかかってしまいます。
(モジュールのままでは使いにくかったので、
センサーを取り外しリード線で接続してからお皿に貼りました。)

ホールセンサーとコマの極性の関係について
この図(上から見たところ)のように考えました。
このため、
★ ホールセンサーをお皿の中心に貼ると うまく回りません。
(コマがホールセンサーの右にも左にも行く可能性があるため)
★ 時計回りに回転する装置は、時計回りにしか回らないので
作るとき、回しやすい方を選んでおいた方がいいと思います。

基板に青い可変抵抗(100kΩ)がついていますが、
デフォルトは50kΩくらいです。
可変抵抗を右回りに回転させると、
下の写真の2点の抵抗値が上がっていきます。
(抵抗値を高くすると、S極が接近したときのみオフになり、
それ以外のとき(N極が接近しなくても)オン状態になります。)
ここを適当な値にすると、
下の映像のように突いただけで起き上がりやすくなります。
最初に作ったものは100kΩでうまく起き上がったのですが
次に作ったものは45kΩあたりが一番いい感じでした。
色々と変えてみると、ちょうどいいところがあると思います。

電磁石はφ0.3mmのポリウレタン銅線を
φ6mm×30mmのボルトに700回巻いたものです。
(コイル抵抗値6Ω)

それぞれ、土台に貼りました。
電源はUSB(5V)としました。
USBコンセントでも、モバイルバッテリーでもうまく動きました。

コイルと直列に100Ωの可変抵抗を取り付けてから
ブレッドボードに差し込んでいます。

カプセルはキャンドゥで販売されてる
「ジャンボビーズ」を使用しました。

カプセルの中にはダイソーのφ13mmのネオジム磁石を2個入れています。
この2枚だけでもうまくいきますが、

φ13mm磁石の横に、φ6mm磁石を貼ったり
M3用のナットを貼ったり、
ホットボンドで固めたりしてみました。
どれもうまくいきますが、それぞれ微妙に動き方が変わると思います。
カプセルを閉めるときにプラスチック用接着剤で固定しました。

ビデオで撮ってみました。

勢いよく回っているようですが、
0.3mmφポリウレタン銅線 700回巻きを使用した場合には
コイル、モジュール、トランジスタ、可変抵抗の発熱はほとんどありません。

つついただけで起き上がる場合、
電磁石とカプセルの位置によって、起き上がりやすさが変わるようです。
私はこの下の状態のときが、最も起き上がりやすい気がしました。


<リードスイッチモジュールを使った回転カプセル>
リードスイッチがモジュールになってるものも
あったので、これでも同様に作ってみました。


ホールセンサーのときには基板の可変抵抗を100kΩにしましたが
リードスイッチではデフォルトの50kΩで作りました。


ホールセンサーと同様に
ミニブレッドボードにモジュールとトランジスタ、
電磁石、電源を差し込みます。


リードスイッチは磁石の極性は関係ないので
お皿の真ん中にリードスイッチを貼りました。


電磁石はリードスイッチの1cmくらい下にくるようにしました。
電源はUSB(5V)ですが、1.5V乾電池3個直列でも大丈夫です。
 

ビデオで撮ってみました。
ホールセンサーのときのように突いただけで立ち上がる技はできませんが・・・


モジュールになっていなくっても、
リードスイッチ~コイル~1.5V乾電池1個
直列状態でビュンビュン回転するコマを作ることが出来ます。
http://eneene7.blogspot.jp/2015/02/blog-post_16.html


ただ、この場合はリードスイッチに定格最大電流以上の電流を流してしまって
壊れることがよくあります。
リードスイッチによって定格最大電流は異なりますが、例えば0.5Aの場合
1.5V電圧ならコイルは3Ω以上になるように仕上げないと
リードスイッチが徐々に壊れる可能性があります。
コイル抵抗を3Ωにするには、
0.3mmφのポリウレタン銅線を使用するなら約12m、
0.35mmφなら約16m、0.4mmφなら約21m
0.4mmφ 21mをボルトに巻くとかなり膨れ上がり、難しいかもしれません。
(抵抗を直列に入れてもいいかも知れませんが、
コマの反応は変わるかも?)

このモジュールを使えば、
リードスイッチには抵抗が直列に入ってるので
電流の心配をしなくてもいい!
というところくらいが利点でしょうか?
私が使ったリードスイッチモジュールの
類似商品の回路図ですが、このようなのを見つけました。


<回転カプセルを思いついたのは・・・>
冒頭の方でも書きましたが、
今回はコマ状のものではなく、磁石を立てた状態でカプセルに入れて回しています。
2017年7月に相生高校で、「弛張型発信回路の永久コマ」の
工作教室を開催させてもらったときに
一人の生徒さんが、磁石のみを回してるのを見てビックリ仰天でした。
そのときの映像がこれです。

磁石を立てても回るなんて、本当に目からうろこですよね~♪
磁石だけでは すぐに倒れてしまうので、
底が丸くなったカプセルに入れてみたところ、
長時間 倒れず回る装置を作ることが出来ました。

相生高校のみなさま、本当にありがとうございました。

<今回使用したもの>
ホールセンサーモジュール

トランジスタ2SC4811

ミニブレッドボード

リードスイッチモジュール





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。

4 件のコメント:

  1. chieさんは各種センサーを使いこなしているようで、凄いです。相生高校生徒さんの好奇心から出た事象を心にとめていて、それを楽しい実験にしてしまうところなど、詰りchieさんそのものがセンサーという事ですね。素晴らしい!!

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    1. 渡辺先生、ありがとうございます。
      センサーchieです(^^)v
      永久コマはコマの磁石のNとSが下に向いてるものとばかり思っていたので、
      磁石が立って回る様子には本当にビックリしました。
      それも、かなり速い回転・・・
      いずれ、この仕組みを応用して何か作りたいと思ってたのですが、
      ようやく夢が叶いましたヽ(^-^)/

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  2. Chieさんこんばんは
    ホールセンサーモジュールを使った永久独楽もリードスイッチを使った独楽も良く回りますね、こんなのを簡単に作ってしまうChieさん凄いですね。
    ジャンボビーズカプセルを使われたのもアイデアですね、しかも100均で見つけられたとは。
    私はリードスイッチモーターで接点保護にリレーを使いましたがリレーは作動時間が遅いためやはりトランジスタが良いようですね。

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    1. 啄童さん、ありがとうございます。
      Arduinoのお勉強を始めてから、センサーにもはまってしまい、ぶつからない車に続いてセンサーモジュールを使ってみました。
      結局 Arduinoは使ってないですが・・・(^^;
      啄童さんの猫、犬、うさぎ、パンダのカスタネット、超かわいいですね。
      黒檀の玉飾りも凄いです。これは超人の技ですね。

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