ホールセンサーモーター

前回作成した「100円Shopの時計の基盤を使ったバレリーナ」では

時計の基盤と電池電極を使っただけで、

残りの部品がもったいない！と思い、使い道を考えたところ、

このような「ホールセンサーモーター」が完成しました！

時計の秒針のところは摩擦抵抗が少なく軽く回転するので

何かの軸受けとして使えそう・・・思い、

まず「リードスイッチモーター」を作ったのですが、完成した直後

リードスイッチの代わりにホールセンサーで回らないかしら？

と思い始め、挑戦してみることに・・・

ホールセンサーを使ったモーターと言えば「ブラシレスモーター」がありますが、

リードスイッチモーターのような簡単な工作を目標に試行錯誤し、

なんとか完成～  ♪♪(^-^)v

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分針がついてたギアの先端は少し短く切って

(下写真 左が切る前、右が切った後)

これと、秒針がついてたギア(細い針金つきのもの)と中板の３点のみを

黒いケースにおさめました。

こんな感じです。

こちらが3Dプリンターで作成したものです。

回転体にはφ6mm×3mmの磁石を6個取り付けています。

（左は秒針の軸受けを使用したもの、右は軸受けも3Dプリンターで印刷したもの）

磁石はNS交互に取り付けるか Nが全て外向きになるように取り付けます。

(下の方の考察をご覧ください)

ホールセンサー(US1881LUA)は左右に移動できるようにしました。

刻印の面がこちらを向いています。

US1881LUAはラッチタイプです。

コイルはφ0.2mmを約700回巻きました。

ホールセンサー(US1881LUA)の電圧範囲は3.5V～24Vなので、

5Vのモバイルバッテリーを使用することにしました。

回路はこのようにしました。

当初、コイルにLEDを逆向き並列接続にして、

コイルが切れるときの自己誘導起電力でLEDを光らせようとしましたが、

LEDに直列抵抗を入れても、切れてしまうものがあり、

ひょっとすると時々大きな逆起電力が発生してるのかな？と思って、ダイオードに変更。

LEDはパイロットランプとしてつけておきました。(LEDはなくても回ります)

配線をしたところです。

ホールセンサーと磁石、コイルと磁石の間隔はなるべく狭い方がよく回ります。

上の動画では、コイルは空芯にしていますが、

鉄心を入れると、より速く回転をします。

上の動画で なんとなく神戸ポートタワー？なるものをご覧頂きましたが

神戸ポートタワーのような構造を「双曲面構造」と言うそうです。

なぜ？横から見ると、曲線に見えるのか？３DCADで確認してみました。

～～～～～～～～～～＜考察＞～～～～～～～～～～

ホールセンサーには大きく分けて3種類あります。

・アナログ出力タイプ(リニアタイプ)

・ラッチタイプ

・スイッチタイプ

それぞれの詳細説明はこちらにわかりやすい書かれています。

https://emb.macnica.co.jp/articles/10315/

アナログ出力タイプのものは、以前 「磁気浮上装置」や「磁気測定器」で使用しましたが、

今回、リードスイッチモーターのように使用するなら、

「ラッチタイプ」又は「スイッチタイプ」かな？と思って、

手持ちのホールセンサーを見ると、以前に秋月電子通商で購入していた

ラッチタイプのUS1881LUA があったので、これで作成しました。

ラッチタイプのホールセンサーはN極が近付くとHIGHになり、

S極が近付くとLOWになります。

(S極が近付かないとHIGHのままです)

(ラッチタイプはバイポーラとも呼ばれるそうです)

ホールセンサーの位置によって回転方向が変わるのは下図ような理由です。

(リードスイッチモーターと同様です。)

ラッチタイプはS極が接近しないとLOWになりません。

ところが、下図左のように6個全てN極を外向きにしても回転します。

そしてこの方が回転も速いです。

その理由は下図の右のような磁力線により、

N極同士の間がS極とみなされ、LOWになるのでは？と考えました。

この後、AliExpressで購入した「US1881」でも試したところうまく回転しました。

ただ、N極とS極の反応が逆になっているのか？

N極をすべて外向きに貼った装置では、

ホールセンサーの刻印じゃない方を磁石に接近させることでうまく回転しました。

(みなしのS極ではLOWには出来るが、HIGHにはできない？？？)

AliExpressで購入したスイッチタイプのホールセンサー「A3144E」も

うまく回転しました。

スイッチタイプには単極検出(ユニポーラ)と両極検出(オムニポーラ)がありますが、

「A3144E」はユニポーラと思います。

(N接近でHIGH 離してもHIGH保持、S接近でLOW 離すとHIGH)

(「OH137」もユニポーラのようです。)

 

ローターが回転しているときの、コイル両端①～②の電圧波形です。

①

「US1881LUA」(ラッチタイプ)    

＜ローターの磁石はNS交互・コイルは空芯＞

②

＜ローターの磁石はNが全て外・コイルは空芯＞

③

＜ローターの磁石はNが全て外・コイルは鉄心入り＞

④

「A3144E」(スイッチタイプ ユニポーラ) 

＜ローターの磁石はNS交互・コイルは空芯＞

ラッチタイプとスイッチタイプではDuty比が違うことがわかりました。

次はこの回路を使って、「永久コマ」に挑戦します♪