智恵の楽しい実験: 光る！「永久ゴマ」

先日、弛張型発振回路を使った「永久コマ」を作りましたが、

http://eneene7.blogspot.jp/2016/04/blog-post_15.html

今回はこの永久コマが光るように改造してみました。

コイルは"コマを回転させるためのもの"と "光らせるためのもの"
別々ですが、並列に接続し単3乾電池1個に接続しています。

コイルの太さ、巻き数はこのようにしました。
コマを回転させるためのコイル：0.35mmφのUEW 700ターン
コマを光らせるためのコイル：0.2mmφのUEW 30、15ターン
コマのコイル：0.1mmφのUEW 150ターン

この巻き方で
単3乾電池1本で約24時間、光ながら回り続けます。
最長で27時間37分回り続けました。
回し始める前の電池電圧 1.619V
コマが倒れた時の電圧は 0.993Vでした。
その後、暫く電池を休めると 1時間ほど回って倒れました。

コマを光らせるためのコイルの太さや巻き数によって、
コマのLEDの明るさと電池の持続時間が変わります。
例えば、 0.35mmφ 15、15ターンにすると、
コマのLEDは明るく光りますが、電池の持続時間が短くなります。
0.1mmφ 30、30ターンにすると
コマのLEDの光り方が悪くなります。

また、コマを光らせるためのコイルとコマを回転させるためのコイル
の位置関係によって発振間隔が変わるため、
それによっても、電池の持続時間が変わります。

＜コマの作成＞
①

直径21mmの厚紙に外径18mm内径8mmのワッシャーを貼り

4ヵ所ほど、穴を開けておきます。

②
0.1mmのコイルをナツメ球に150回巻きました。

③
②を①にくくり付けます。

④
厚紙の中心にM5ナットと爪楊枝を接着材で固定
ナットの周囲にはビニールテープを巻いて
LEDが短絡しないようにしました。

⑤

コマの足の部分の長さは、

ダイソーで販売されているネオジム磁石2個分より

少し長い程度(6.5～7mm)あたりが、いいような気がします。

⑥
赤色LEDと青色LEDを逆向きの並列接続にします。
片方のLEDはほとんど光りませんが、
逆向きの並列接続にすることで、
大きな逆起電力がかかってLEDが破壊されることを防止します。

⑦
⑤のネオジム磁石を1個ずつを対称に、極性を逆にして貼ります。

⑧
つまようじはナットの上1.5～2cm程度のところで切断します。

＜本体の作成＞
①
コマを回転させるためのコイルは
六角ボルト（M6長さ30mm）に直径17mm程度の厚紙で
ボビン状にしておくと巻きやすいです。

0.35mmφのポリウレタン銅線を700回巻きます。
コイルの両端は10cm程度残しておきます。

②
コマを光らせるためのコイルは
0.2mmφのUEWを利用します。
直径65mm(ガムボトル)程度のものに、
まず15回巻く～5cmほど伸ばす～さらに同じ方向に30回巻きます。

③
下のように回路を組みます。
乾電池の左側がコマを回転させるための回路、
乾電池の右側がコマを光らせるための回路です。

以降

コイルA：コマを回転させるためのコイル

コイルB：コマを光らせるためのコイル

とします。

このようになります。

④
③を板に張ります。
コイルAの横に高さ22mmの木片をたてています。
コイルBを貼った小皿が
コイルAの真上に位置するようにしています。

コイル同士の位置関係で発振間隔が大きく変わります。
コイルAの上でコイルBを動かすと
基板のLEDの点滅間隔が変化します。

⑤

コイルBの向きでコマの光る色が異なります。
このように青色に光っていますが、

コイルBを裏返すと、赤色に光ります。

⑥

青色が光るようにしてコイルBを小皿に貼ります。

小皿を少し深いものにすると、光が皿に反射して幻想的かも知れません。

（ここで使った小皿はキャンドゥで2枚100円で販売されているものです。）

⑦

小皿を木片に貼って完成で～す!!

ビデオに撮ってみました。

緑も青と同様に、赤色LEDと逆向きの並列接続にしています。

乾電池の寿命をなるべく長くしようと、

色々とやってるうちに7個も出来てしまいました。(^^;

<電圧波形の自由研究>

①コイルAの端子電圧 (基板のLEDの端子電圧)
コマを回転させない状態 VS 回転させた状態

正方向は約1.5V、自己誘導起電力は約5Vです。
コマがゆっくり回るため、
前回の発振回路コマよりコイル巻き数が多いにも関わらず
自己誘導起電力が低くなっています。
またコマが回った時の電磁誘導も発振回路コマほど
強くなく、周期はわずかに短くなる程度でした。