智恵の楽しい実験

2019年7月29日月曜日

風船くるくる(卓上版)

マジックショーの映像を見ていると、風船をいくつかくっつけたものを

風力パワーで浮かせてクルクル回すパフォーマンスをよく見かけます。

多くはブロワーを使っておられるようです。

以前作ったこの装置

(風力パワーでスチロール球やスチロールカップが宙に浮くもの)

https://eneene7.blogspot.com/2017/03/blog-post_27.html

これを使って

小さい風船でいいので卓上で浮かすことはできないかしら？
と思いやってみたところ、

少々パワー不足だけれど、なんとなくうまくいきそう!?な気がして

もう少しパワーアップしたものを作ってみました。

＜作り方＞
①
セリアで購入した「しっかりパック200ml3個組」に穴を開けています。
(煙突用20mm、モーター用6mm、空気を取り入れるため蓋に約35mm)
容器の方は左のようなドリルビットで蓋はサークルカッターで開けました。

②
ブレードは直径50mm×厚み2mmの丸い板に
15mm角×厚み1.5mmの木片を12枚木工用ボンドで貼りました。
丸い板から4mmずつはみ出しています。
裏側にはモーターシャフトを差し込むため1.95mm穴のプーリーを取り付けています。
プーリー本来の目的ではなく、モーターシャフトに取り付ける目的なので
1.95mm穴のギアなどでもOKです。
(右側の方、羽を少し斜めに貼っていますが、真っすぐに貼ったものと大きな違いはありませんでした。)

<2019年9月12日追記>

AliExpressでこのようなプロペラを見つけました。

羽根の枚数が9枚ですが、

風船を浮かせるには十分なパワーです。

③
煙突は適当な径のパイプがなかったので、
クリアファイルにテープを巻いて作りました。
(煙突の径はφ20mmにしています。)
ほんの少しだけケースに差し込んで接着剤で固定し、
(差し込み過ぎるとブレードが回転するときに接触し回転速度が落ちてうまくいきません。)
継ぎ目はスポンジシートでカバーしています。

④

高さ55mmの木柱にモーターを固定しました。

⑤
③を④に取り付け、モーターの下の方、2か所ネジで固定しています。

⑥
②のプーリーの中心穴をモーターシャフトに差し込みました。

煙突の上からのぞいたときに、
煙突の真ん中にブレードがくるようにします。

⑦
蓋をしたところです。

⑧
配線はモーター～スイッチ～電源と直列に繋ぎます。
電源は安定して5Vを送れるようにモバイルバッテリーを使用しています。
(モーターは時計回りの方向に回転。)

⑨
裏側には滑り止めシートを貼っています。

⑩
映像で赤い風船を浮かせたとき、斜めにしましたが、
この装置はカメラマウント用の部品を使用しました。

⑪
手回し発電機用にはモーターからリード線を出しています。

⑫
4台作ってみました。

⑬
風船はダイソーで購入した水風船(100個入り)を使用
10個を同じくらいの大きさに膨らませ、
結び目を内側にして
隣同士テープで貼っています。

重くて浮かびにくいときは風船の結び目のところをハサミで切ると軽くなります。
軽くて浮きすぎるときは、煙突にテープを貼って風量を調整します。

煙突の上から風船までの距離を10～15cm程度になるようにすると
安定して浮くと思います。
(あまり高く浮きすぎると、バランスを崩して落ちることがあります。)

＜以前作った装置との違い＞

①容器を四角にした。

②ブレードの径を大きくした。

③電源をモバイルバッテリー(5V)にし、モーター定格電圧６Vのものにした。

（左：以前作った装置右：今回作った装置）

①

容器は当然丸い方がいいと思うのですが、煙突が差し込みにくいのです。
食品ケースと煙突をうまく合わせて斜めに切るのが大変、接着も大変なので、
四角いケースでやってみたところ、意外にうまくいき
こちらで作ることにしました。

②
ブレードは大きい方が風をたくさん送れますが、
その分、モーターの回転数も落ちるし負担もかかります。
またケースの大きさとの兼ね合いもあり、
いくつかブレードを作って試してみてこのサイズにしました。
羽の数も8枚でもやってみましたが、8枚より12枚の方が断然いいです。
作り方②のところでも書いたように、羽を真っすぐに貼るか？斜めに貼るか？
に関しては大きな違いはありませんでした。

③
一番大変だったのはモーターの選定。
前回はマブチRE-260RAを使用しましたが、使用電圧範囲1.5～3Vなので
乾電池2個直列が限界です。
さらに電池が消耗して電圧が2.6Vを切ると浮き方が悪くなります。
そのため、今回はモバイルバッテリーを使用し、安定した電圧で
かつ３Vよりパワーアップした5Vでいくことにしました。

電圧5Vなので定格が3～6Vや12Vまでのモーターを色々と試すことに・・・
ちょうどAliExpressで購入した定格6V以上のモーターが10種類ありましたが
そのうち8種類はうまくいかず、
(ブレードは回るけれど風船を浮かせるほどの風が送れない)
うまくいった2種類のうち、発熱の少ない方を使っています。

手回し発電機で回すときは、
出力12Vのものを使っています。(ケニスまたはアーテック製)
無負荷のときの出力は約12Vですが
今回の装置(定格6Vのモーター)に繋いで回し電圧を測ると
約4.5V～5.5V、必死で回して約6V程度でした。

＜注意＞
エアコンや扇風機など空気の流れがあるところでは、
流されてしまって、うまく浮き続けることが出来ません。

＜回って浮く理由＞
わかりやすく解説されてるサイトを教えて頂きました。
http://www.jsme-fed.org/experiment/2017_4/001.html

2019年7月24日水曜日

神戸新聞の夕刊(2019年7月23日)に載りました!!

神戸新聞の夕刊(2019年7月23日)に
私の工作のことを
取り上げていただきました😊

新聞取材なんて初めてのことでめっちゃ嬉しいです❣️

Web(神戸新聞NEXT)でも動画付きで掲載されているので、ぜひ見て下さい。

https://www.kobe-np.co.jp/rentoku/movie/part01/201907/0012541207.shtml

2019年7月15日月曜日

100円Shop セリアの「MINI FAN」でMotor発電

前回の「手動式 Handy Fan」発電機をアップした翌日、

100円Shop セリアに行くと、

またまた変わった手動式の「MINI FAN」を発見！

これは面白そうと思って早速買って帰って分解し、

このようなものを作りました。

肉眼で見ると映像に出てくるような切れ目もなく、

もう少し綺麗だと思うのですが・・・(^^;

今回も前回と同じ仕組みで・・・？とも考えたのですが

前回あきらめたイルミネーションLEDを光らせたく

モーター発電にすることにしました。

＜作り方＞

①
セリアの「MINI FAN」はこのピンク色と白色が販売されています。

②
ネジのような穴が数か所あるのですが、ネジ留めはされてなく
はめ込み式になっていました。結構開けにくいです。

③

プロペラはこのようについていて、

このプロペラの代わりにモーターを配置します。

④
モーターはシャフトの長いものでないと、
シャフト先端のピニオンギアが上の写真の右のギアまで届きません。
ちょうどこのようなモーターがありました。(AliExpressで購入)
シャフトの長い方はケースから18mm出ています。

このモーターは優れもので、

電極にLEDを1個繋ぎシャフトを指で回しただけでLEDが光ります。

(マブチモーター等ではシャフトに糸を巻き、強く引っ張らないと光らない)

ケース内の磁石の磁力がとても強く

回転数も低く12Vで5400rpm、６Vで3000rpm(無負荷時)となっています。

いずれにしても、この長いシャフトは

この「MINI FAN」のためにあるような気がしました (笑)

⑤
モーターへ接続するLEDはイルミネーションLEDを使用しますが、
そのまま繋ぐと色が変化しないので、
ダイオードとコンデンサーを下図のように入れています。

発電電圧はモーターケースを止めた状態で測ると10V程度、
速く回すと15V以上出ます。
実際にはモーターケースが回ることで、
ここまで高い発電電圧は出ないと思いますがLEDは3個直列にしました。

⑥
透明のカードケースをモーターの形に合わせて切って、
ダイオード・コンデンサ・LEDを接続しました。
厚紙でもやってみましたが、LEDの光が乱反射してあまり綺麗に見えませんでした。

ピニオンギアと赤い軸はプロペラに付いていたものから取り出しました。

⑦
本体におさめたところです。

⑧
ハンドルはこのままでは短くて回しにくいので
M3×40mmの鍋小ねじを使って長くしました。
モーターの前方にはプロペラが取り付けられていた丸いものを付けておきました。
(透明のプロペラを付けたままでもいいですが、回すとき重いので外しています。)

＜考察＞
モーターケース内側には磁石、モーターシャフトにはコイルが取り付けられています。

今回作った装置ではモーターケースはどこにも固定してなくって、
自由に回転出来る状態です。

ハンドルを回すとモーターシャフトが回転します。
ケースはシャフトに引っ張られるように回りますが
回転数はシャフトより低いです。

シャフトの回転数とケースの回転数の差によって
シャフトのコイル、ケースの磁石との間に電磁誘導が発生し、LEDが光ります。
LEDはケースに固定しているのでケースの回転に合わせて回ります。

直流モーターで発電する電気は直流で出力されますが、
シャフトの３つのコイルそれぞれが
N→S や S→N に切り替わるときに発生する逆起電力の影響でしょうか？
LED直結ではイルミネーションLEDの色が変化しないので、
ダイオードとコンデンサで整流しています。

2019年7月7日日曜日

「手動式 Handy Fan」発電機

先日100円Shopの「ミーツ」でこのような「Handy Fan」を見つけました。

電池を使わず、手でニギニギして回転させるタイプの扇風機です。

実際に回してみると回転が速かったので、

やはりこれは扇風機より発電機に!! と思い挑戦してみることに・・・

2017年3月にも同じ仕組みでLEDが点灯する「ひっぱり発電機」を作りました。

あまり同じものでは芸がないと思い、

今回は、交流発電された電気を全波整流し、

コンデンサに蓄えた電気を使ってイルミネーションLEDを光らせるつもりでした。

(イルミネーションLEDは連続して電流が流れないと、色が変化しない。)

ところが実際にやってみると、ほぼ赤色しか光らず

たまに緑や青が光るといった感じであまり綺麗ではありませんでした。

結局「ひっぱり発電機」と同じ仕組みとなってしまい、

やはり芸がないと痛感・・・(涙;;;)

＜作り方＞

①

扇風機の大きさに合わせて板を円形にカットし、

12mm×3mmを2枚重ねたネオジム磁石を

4か所に接着剤で固定しました。

②

扇風機を開けると3枚のギアが入っていました。

真ん中のギアはスライド式になっています。

ハンドルを握るとスライドして３つのギアがかみ合い、

ハンドルを離すと、中心軸の隣のギアから離れて

プロペラの逆回転を防ぐ仕組みになっていました。

①の板を、内側からネジ留めしています。

表はこのような感じです。

③

コイルは100円Shopのソーラーゆらゆら人形から取り出したものを使用しました。

(基盤は使わず、コイルのみの使用です。3個分)

コイルはとても細く、途中で切れてしまわないように要注意です。

コイルを取り出したら、まずコイルにリード線をハンダ付けして

コイルの細い線はセロテープで固定しておくと、

その後の作業は安心して行えます。

④

8cmCDの裏側に3つ均等にコイルを貼りました。

中心のピンクのものは、扇風機のプロペラが付いていた部品です。

⑤

LEDは3か所×2個ずつ

2個は逆向きの並列接続にして、コイルにハンダ付けしています。

LEDは均等ではなく、下の写真のようにしています。

⑥

⑤を②の軸に取り付けたら完成です。

＜LEDを均等に光らせるために＞

コイル・LEDともに均等に配置をしてしまうと、

LEDの光る位置は、下図の左のように同じ4か所となります。

LEDを散らばして光らせたい場合は、コイルかLEDの配置を調整する必要があります。

「ひっぱり発電機」のときは、コイルの配置を調整しましたが、

今回はLEDの配置を調整してみました。

均等に光ると言っても、磁石・コイル・LEDの取り付け方が悪くずれてるため、

LEDが点灯する場所も、均等ではなくバラバラですが・・・(^^;

～～～～～～～～～～～～～～～

この扇風機に内蔵されているギアは予想以上に強く

8cmCDの場合、かなり勢いよく回しても今のところ大丈夫です。

（取りあえず、ギア交換用にもう2台購入）

当初12cmCDでもやってみたのですが、
レバーが持ちにくいことと、

勢いよく回すと、ガリッっとイヤな音がしたので、8cmCDにしました。

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この装置を組み立てた後、ダイソーへ行ってみると、
ダイソーでも「手動式 Handy Fan」が販売されていました。
私が見たものは100円と150円の2種類。
100円の方は少しパワーが弱いかな？と思いましたが、ちゃっかり購入！
(もちろん、150円は見合わせ・・・)
近いうちにダイソーの「手動式 Handy Fan(100円の方)」でも作ってみたいと思います。