2017年3月10日金曜日

ダイソーのネオジム磁石を使った「連続ガウス加速器」

またまた、「自動連続ガウス加速器」です。
好きですね～(^^;

前回の2つの「連続ガウス加速器」は
10mmφの球形のネオジム磁石を使用しましたが
日本製のものは1個300円以上します。
また磁石を剥がすためにトルクの大きなモーターを使用しましたが
モーターも4000円程度かかりました。

そこで、磁石もモーターも もう少し安く仕上げたい！と思い、
ダイソーの磁石で挑戦!!

今回の装置は
ダイソーのネオジム磁石(カラフルマグネット、6mmφ×3mm円柱)
を使っています。


前回の10mmφに比べると、吸着力が弱いので、
磁石を剥がすためのモーターを小型にすることが出来ました。
こちらで購入しました。送料込みで350円くらいです。
(送付までに2~4週間かかります。)

左側の発射装置と右側の受け皿 分離型にしました。

＜左側の発射装置＞

レール上の磁石は6mmφのストローに入れてから土台に貼っています。
磁石とストローはUVレジンで接着しました。
5mmφの鋼球もAliExpressで安く購入出来ます。
例えばこちら、50球で100円以下(送料込み)です。

銅パイプの上を鋼球が通過すると、
リレーがオンとなりモーターが回転し、磁石を引き離します。

基板です。
回路はほぼこちらに記載の通りです。
http://eneene7.blogspot.jp/2017/01/blog-post.html

電源は3.7Vリチウムイオン充電池を2個直列にしています。

剥がされた磁石は水色のストロー(9mmφ)を通って
レールに落ちます。

当初、銅パイプの上を鋼球が通過しても、
数回に1回はリレーがオンにならないときがありました。
リレーは一定以上の電流が一定時間以上流れないとオンになりません。

今回は鋼球が軽いために、オンになりにくいのかも知れません。
リレーのコイルの両端に、1μFのセラミックコンデンサを入れたり、
アルミパイプを導電性の良い、銅パイプに変えてみたり、
銅パイプをお酢で磨いたりしてみましたが、
最終的には、アルカリ乾電池(当初5個使用)を
リチウムイオン充電池(3.7V×2個)に変更して、ほぼ問題解決しました。
(試行前に銅パイプを酢で磨いておくと、完璧に作動します。)

＜右側の受け皿＞
後半に記載の通り、磁石によって飛ぶ距離が変わるので、
受け皿が移動できるようにし、レールは伸縮式にしています。

ファンタ2Lペットボトルを切って受け皿にしましたが、
そのままでは、鋼球が跳ねて、外へ飛び出してしまいます。
その飛び跳ね防止に、ダイソーのゴムボールを半分に切って置きました。

ゴムボールを置くと より一層 飛び跳ねそうな気がしますが
意外にもこれで飛び跳ねが抑えられます。
滑り止めシートなども飛び跳ね防止に有効でした。

動画で撮影しました。

前回までの10mmφの球形ネオジム磁石に比べると
磁石の体積は8分の1です。

ネオマグのHPに掲載されているボール型ネオジム磁石
10mmφと5mmφを比較してみると
表面磁束密度・・・10mmφ 632mT 、5mmφ 430mT 
吸着力・・・・・10mmφ 1.33Kgf 、5mmφ 0.32Kgf 

ガウス加速器は空間磁束密度や吸引力で比較した方がいいのかも知れませんが
それらは距離によって変わるし掲載もされていないので、
表面磁束密度と吸着力をチェックしてみました。
吸引力も吸着力と同様に10mmφと5mmφでは大きく違うと思います。
さらに、吸引する相手が、鉄板ではなく磁石同士になるので、
その差はさらに大きくなりますね。

土台のストローに入れた6mmφ×3mmの円柱のネオジム磁石ですが、
左のように1個だけ入れた方が、鋼球が勢いよく飛び出します。
吸引力は2個、3個と増やす方が大きくなると思うのですが、不思議です。

磁石同士がくっついているところがネックなのでしょうか？
6mmφ×3mm×2個ではなく、6mmφ×6mm 1個にすると
もっと良く飛ぶのかも知れませんが、そのサイズの磁石が手元になく
試していません。いずれ購入してやってみようと思います。
もし、この理由をご存知の方がおられたら
教えて頂けると嬉しいです。
どうか宜しくお願いします。


今回使用したダイソーのカラフルマグネットは、
赤、紫、緑、金色にコーティングしたものとなっています。
上の装置で100回ほど繰り返すと、
②のようにコーティングが剥がれてきます。
数百回 繰り替えずと、③のように磁石が消耗します。

①のコーティングされた状態では勢いが弱く飛ぶ距離が短いですが
(色によっても違います。紫が一番飛びにくく金色は結構飛びます。)
②の状態になるとよく飛ぶようになります。
③ではよく飛んだり、飛ばなかったりで 
受け皿にうまく入らない確率が大きくなります。

①の新品の磁石の場合の動画です。
上の動画に比べて、飛ぶ高さも距離も短いです。



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。




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2017年2月23日木曜日

曲線を通り抜ける直線

「曲線を通り抜ける直線 」の模型を作ってみました。

 先日、Facebookお友達の かんばこうじさん がシェアされた
こちらの作品を見て、
これは面白い！と感動し 私も作ってみました。

参考にさせてもらった作品のように綺麗に作れませんでしたが
手動ではなく、小さなソーラー電池で動きます。
小さなソーラー電池と基板は、
100均のソーラーゆらゆら人形から取り出したものを使用しているので、
簡単に作ることが出来ます。

ゆらゆら人形の基板は発振回路になっていて
コイルの電流がオンになると、コイルと人形の下の磁石が反応して、
人形がゆらゆら揺れる仕組みですが
今回は手作りローター回転用として使用します。

①基板
キャンドゥで買ったソーラーゆらゆら人形です。

コイルと基板を取り出します。
細い線を切らないように、注意しながら
コイルをプラスチック板から外します。
基板は発振回路になっています。

②ローター部分

軸はダイソーの魚串を使用しました。

磁石を貼ってる鉄製の円板は、100均のフリクションカーから

取り出したフライホイールです。
中心が取りやすくて便利です。
ルーターで穴を少し広げて、魚串を差し込んでいます。

透明の円板は100均のカードケースから
半径3cmの円を切り出して、4mmφのストローを斜めに差し込みました。

磁石はNS交互に 8個貼ったり

2個にしてみたり、 

 1個でもやってみました。

1個、2個でもそれなりの照度さえ得られれば、ちゃんと回転します。
4個以上にすると動きも良くなります。

私がやった中では、この4個タイプが最もいい動きに感じました。

③土台部分
適当な木板に①の基板を貼り、左に柱を立てています。

コイルの横には、顕微鏡で使用するカバーガラスを置き
その上に小さい穴を開けたプラスチック板を貼りました。
ガラスの上で、魚串の尖った先端を回転させることで
摩擦抵抗を減らして回転がよくなります。
小さい穴は魚串のすべり止め防止です。

柱には、曲線状の隙間を開けた木板を貼りました。
この加工作業は結構、大変でした・・・(^^;


磁石とコイルは1mm程度離しています。

光の当たるところに置いておくと、ずっと回り続けます。
(4.3W LED照明から30cm 離れたところでも回転し続けています。）

 ローター部分が重すぎたり、下部の摩擦抵抗が大きいと
途中で止まることもあります。
(当初、魚串ではなく、自分で削った鉄の棒でやりましたが
2～3分に一度止まってしまいました。)

動画で撮影しました。

＜2018年6月11日追記＞
上の方法では、コイル・磁石ともに中心近くに置きましたが
回転体の外側に置く方法でやってみました。

 使用したのは上と同じ100円ショップのソーラーゆらゆら人形から取り出した
基盤とコイルです。

容器の周囲に磁石を6か所、極性は同じ方向で貼りました。
φ6mm×3mmとφ6mm×1mmで容器を挟んでとめています。
 

磁石の高さに合わせて、コイルを縦型に設置しました。

「100均のソーラーゆらゆら人形を改造した回転装置」の工作は

こちらにも 記載しています。





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。



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2017年2月4日土曜日

ループ回転する自動連続ガウス加速器

前回、かご入れ型の自動連続ガウス加速器 を作成しましたが、
今回はその応用で ループ回転する自動連続ガウス加速器 を作ってみました。

前回のガウス加速器は、磁石に鋼球を当て、端の鋼球を飛ばしましたが
磁石に磁石を当てることで、より強力に飛ばすことが出来ます。
●：磁石  ○：鋼球
○ → → ●○○○～～～～○
                         ● → → ●○○○～～～～～～～～～～～～○

しかし、かなり強力に磁石同士が衝突するため 磁石の消耗が激しく、
3000～6000回連続が限界かも知れません。
勿論、磁石さえ取り換えれば、何度でも実験できます。

レールは3mmφのアルミパイプを曲げて作成しました。 

パイプ同士の繋ぎはM1.2のネジで留めています。

ループ回転後、ピンクのかごに入って降りてきます。
青い丸のところがスイッチになっていて
ここを鋼球が通ると、モーターが駆動します。

モーターによって、引き離された磁石は
この滑り台を通って、再度レール上の磁石に衝突します。

滑り台は大きく傾けない方が良さそうです。
磁石を転がすのではなく、滑らせるようにして(磁力で引き寄せる感じです)
右の磁石に衝突させます。

滑り台の傾きが緩やかだと、磁石が止まってしまうときもありますが、
そのときは、レールの下に磁石を置いておくと
うまく引き寄せられます。
左に置いたフェライト磁石はN極が上向きでも良さそうですが
ここは、磁石球が落ちてくるときに N極を下に向ける役割をしています。
何度もやるとS極が消耗されていきます。
消耗されたS極が下を向くと動きが悪くなったり止まってしまったりします。


 磁石(10mmφ)と鋼球(10mmφ)3個を「おゆまる」で固定しました。
磁石同士を引き離した時、レール上の磁石は上を向きがちになりますが
なるべく動かないように、シッカリ固定することがポイントです。

 電源回路は前回と同じです。
回路図はこちらをご参照ください
http://eneene7.blogspot.jp/2017/01/blog-post.html

モーターは前回よりトルクの大きなものにしました。
「タミヤギヤードモーター 380K300」
電源電圧 7.2V
ギア比 300:1
無負荷時回転数 60rpm
最大効率時のトルク 20.0kg・cm (7.2V時)

モーターに取り付けた木の棒が、マイクロスイッチに接触すると
モーターはストップします。

ビデオで撮ってみました。



磁石の消耗に関しては、
日本製2社、中国製1社を購入して試してみましたが
中国製のものは、日本製に比べ もろいことがわかりました。

また、全て10mmφと表記されたものを購入しましたが
手持ちのデジタル「のぎす」で測定すると
日本製2社とも 9.9mmφ、中国製 9.8mmφで
飛び方も中国製の方が弱い感じでした。

日本製(マグファイン)で試した結果です。
左は転がる磁石、右はレールの磁石です。

1500回衝突後


3000回衝突後

6000回衝突後

消耗が進むと、黒い粉がたくさん出てくるようになるので、
テープで拭き取りながら やりました。

3000回あたりから、飛び上がる高さが一定せず、
4000回あたりから、時々かごに入らなくなりました。

 6000回を超えたところで不発が増えたので、
レールの「おゆまる」を剥がしてみたところ、
レール磁石と鋼球が接触しているところ(磁石のS極側)が壊れていました。


数千回以上の衝突で不発が増えてきたときに
レールの磁石を2個にすると、復活するときもありましたが
今回のように、S極側がここまで壊れると
復活は出来ませんでした。

私の装置では約8～9分で100回の衝突となるので、
4時間～9時間程度で新しい磁石と交換することになります。

消耗回数や壊れ方等は、装置の作りなどでも変わると思います。




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。




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