2021年6月27日日曜日

ホールセンサー方式の「永久コマ」

永久コマには色んな仕組みのものがあります
私は以前、以下のような永久コマを作成しました。





今回はホールセンサーモジュールではなく、
ホールセンサー単体とトランジスタで作成してみました。

今回、3Dプリンターで印刷したものです。

回路は先日作成した「ホールセンサーモーター」と全く同じです。

コイルも前回と同じく、
ミシンのボビンにφ0.2mmのUEWを700回巻きです。

電源はモバイルバッテリーを使用します。

コイルの中心にラッチタイプのホールセンサー「SS41F」の刻印を上にして貼りました。
(コイルは鉄心なしの空芯です。)


今回使用したお皿は、セリアで3枚100円のものです。

3Dプリンターで作った高台を取り付けました。

コマ
N極とS極が1つずつ下を向くように貼っています。
(2個ともN極を下向きにしても回ります。)

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コマがなぜ回り続けるのか?考察してみましたが
まだよくわからない点も多々あります。
もしお気付きのことがあれば、是非教えて下さい。
<1>

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<2>
コイルの影響も考えてみました。
ホールセンサーの特徴として、
ホールセンサーの上側にN極が接近 ≒ ホールセンサーの下側にS極が接近
 となります。


上図を考慮すると、コイルの影響を無視した時・考慮した時の
ホールセンサーがオン・オフになる位置の目安はこのようになると思います。


コイルの影響がない場合は(①+②)が周期の半分でDuty比が50%だが、
コイルの影響を考慮すると(③+④)<(①+②)となり、Duty比は50%より下がる。


この下の写真の左は前回のホールセンサーモーターで
ホールセンサーとコイルは離れていて、コイルの影響がなくDuty比は約50%
右が今回の永久コマで、コイルの影響を受けてDuty比が50%以下となっています。

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ちょっと横道にそれましたが、改めてコマが回転する理由について考えます。

出来ればコイルがオンになって、
少しタイミングが遅れてコイルに電流が流れた方が
うまく回転する説明が付きそうなのでこのようなことも考えてみました。

<3>
ホールセンサーの動作時間・復旧時間の影響もあるかと思いましたが、
Rise time 1.5 usFall time 1.5 usとなっていて、
影響は小さいかも知れません。
(リードスイッチは動作時間 0.5ms・復旧時間0.05ms程度あります)

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<4>
コイルによるのRL回路の過渡現象の影響はあるのでしょうか・・・
今回のRL回路の時定数 はコイル以外のRを無視して
t=L/R s
0.00531H/20.3Ω=0.00026s〕= 0.26ms

定常状態の63%の電流値になるまでに約0.26ms
といった計算でいいのでしょうか・・・


コマが1周するのに約15msなので、約0.26msは無視できない時間でしょうか・・・?



7 件のコメント:

  1. いつも完成度の高さ、美しさに驚かされます。
    動作原理について
    私は、コマとは直接関係しない発振回路なのかと思いましたが、私のFacebook友人から、コマとの共振回路であると言われ、目から鱗でした。だったらコマの軸が垂直でなくても回るはずと試したら、軸が水平でも回りました。以前に紹介した動画です。(笑)

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    1. Hyodoさん、いつも見て下さって、コメント下さってありがとうございます。
      コマとの共振回路というのがよくわからないのですが、
      以前の弛張型発振回路の永久コマは、コマの磁石による電磁誘導が
      発振のトリガーとなるような感じでしたが、
      これをコマとの共振回路と思っていいのでしょうか?
      今回の回路では磁石が接近しないと、コイルは発振しないのですが
      この場合の共振の意味が理解できず、すみません。
      コマの軸が水平というのは、磁石の着磁方向に対してかしら・・・?
      なんだかよく理解できておらずすみません(^^;

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    2. 私も、しっかりと原理が理解できたわけではありません。
      智恵さまも作られていますが、コイルだけで永久コマを動かせるものがありました。
      私は、手を抜いてAmazonで買いました。
      その回路を見た時、コイルを利用した発振回路だと思いました。
      が、Facebook友達からは、「コマ」を含めた、「共振回路」だと説明されました。
      であるなら、コマの軸がどうであろうと、回るはずと思って
      実験したのが、2019年7月29日 投稿の動画です。
      軸を水平にしても回ります。
      コマを含めた共振回路だということだと思います。
      仮にコマの重さを極端に大きくしたり、小さくすると、
      多分回らなくなる?ということです。(=共振回路なので)
      https://www.facebook.com/toshikazu.hyodo/posts/2356805967739802

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    3. なるほど・・・軸を水平の意味はよく分かりました。
      共振回路はRLC直列回路で使われる共振回路のことなのでしょうか・・・?
      「コマ」を含めた「共振回路」のところがよくわからず・・・
      HyodoさんがAmazonで購入された2種類のコイルを重ね巻きににして、
      トランジスタ1石で誘導電流を増幅するタイプのものは
      この映像の最後(52秒目あたりから)に書いてるような理由だと思っていたのですが、違いますか?
      https://www.youtube.com/watch?v=FkmAkMB9LBY
      もし間違っていればどこが違うのか?
      間違っていなければどのあたりが共振なのか?
      教えて頂けたらありがたいです。
      まだよく理解できておらず、不躾な質問ですみません。

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    4. すみません、
      前回の説明で述べた通り、「コマとの共振回路」ということだけで
      私は、ああそうなんだと納得しましたので、それ以上のことは
      調べたり研究していません。
      必要であれば、「コマとの共振回路」だと、ご教示いただいた方を
      紹介します。少し癖がある方ですが・・・。

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    5. 別の角度から
      コマを重くすると、多分、回転が遅くなると思います。
      電気回路だけで無く、コマの重さが影響したことになります。
      そうすると、全体の動作が、コマの重さで変化したことになると思います。
      工業高校卒の知識の私としては、以上の説明しかできなくてすみません。

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    6. 確かにコマの重さでも回転数は変わりますね。
      私は今まで、コマは色んなものを作成してきました(^^;
      手作りではバランスの取れたものを作るのが難しく、おもちゃの車のフライホィールを改造したり・・・色々と試行錯誤しました。
      昨年、3Dプリンターを購入して、まず作ってみたのがコマの外枠の作成でした。
      (あ!その前に印鑑作りました)
      3Dプリンターなら絶対にバランス良くいいコマが作れる!と信じて疑いませんでした(笑)
      結局、うまくいったりかなかったりですが、まぁ、手作りより断然良くなりました(^-^)
      私は短大の被服科卒業で・・・(^^;
      でも色々と作って、考えるのは楽しいですね。

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