４．８ ろうそくっぽくなったランプ

先日作ったランプをろうそく風に改造してみた。
炎がゆらゆら揺れるのは豆電球１つでは再現できないので、明るさがチラチラ変化し、フッと吹くと消えるようにした。

明るさをチラチラさせるのは、PWMのデューティーを変化させて行う。PICでM系列の乱数を発生し、LSB側の2ビットが0なら明るくし、1なら暗くし、それ以外は明るさはそのままとする。変化の時間間隔、変化範囲、１回の変化量をあれこれ調整した。

フッと吹くと消えるのは、オフ用のプッシュスイッチと並列にもう１つスイッチを追加した。適当なバネを探したところ、コイル状の柔らかいバネが見つかったので、適当な長さに切って使っている。吹く部分はプラスチックをハサミで切り、バネに接着した。
バネのコイルの近くに金属の端子を固定してあり、バネが動くと端子と接触してスイッチがオンになる。

これは久しぶりに孫のリー君も気に行ったようで、フーフー吹いて遊んでいた。

４．７ PICで制御するランプ

ものづくりで木工で卓上ランプを作ることになり、中に入れるランプ部分を試作した。
LEDという案もあったが、全方向に光るほうが使いやすいので、豆電球を電池で光らせることに決めた。
せっかくなので、PICで制御することにし、オン・オフのときに明るさがスーッと変化し、ボリュームで明るさを変えられるようにする。スイッチはオン用とオフ用に１つずつプッシュスイッチをつける。
ランプが消えているときはPICはスリープして、電流はほとんど流れないはずなので、電源スイッチはつけていない。
ついでに、点灯後３分たつと自動的にランプが消えるようにしてある。

明るさの制御はPICのPWM出力を使い、電球をドライブするためにトランジスタをつけている。
電源スイッチをつけてないし、PICの消費電力を減らすため、クロック周波数は125KHzとした。

これを子供が作れるようにアレンジしようと思ったが、IC部分のハンダ付けは、もっと練習してからでないと難しいだろうということで、子供に作ってもらうのはPICがついていないものにした。
こちらはトグルスイッチでランプをオン・オフするだけのシンプルなもの。

写真は上から、PIC付きのランプ、PIC付きのランプが光っている様子、PICつきとPICなしのランプが光っている様子、の３枚。
動画はPIC付きのランプの説明。

４．６ 大型アンテナコイル

ものづくりでゲルマニウムラジオを作ることにし、先日A4サイズのトレイを調達して、それにコイルを巻いてみた。これで追加のアンテナなしで受信できることは確認できたが、もっと大きな音で聴けるようにするため、メンバーの一人に大型のアンテナコイルの作成をお願いした。コイルを巻く枠は素晴らしい木工作品が出来上がってきたので、コイルの巻き方を説明しようとしたが、コイルは僕が巻くことになった。

コイルは４角形で、１辺が66cmある。これにビニール線を１６回巻いた。線の長さは42m程度になる。コイルのワイヤ間の容量を減らすため、ビニール線は10mm間隔で巻いてある。
ゲルマニウムラジオをつないで聴いてみると、低い周波数で１局、高い周波数で１局の２極を受信できた。
浜松ではNHK第１が576KHz、SBSが1404KHz、NHK第２が1521KHzなので、NHK第１とSBSを受信したと思われる。アース線は付けなくても十分な音量で受信できている。
NHK第２を受信するため、１２回巻いたところからタップを出してみた。これで聴いてみたところ、SBSのちょっと上でNHK第２が受信できることを確認した。ただし、NHK第１は受信できなくなった。３つの局を聴くためには、タップを切り替えながら聴く必要がある。

電池なしでラジオが聴けるので、災害時などには役立ちそうだが、あまりに大きく、家族からはうさんくさい目で見られている。

写真は、上から今回のアンテナとA4サイズのアンテナ、今回のアンテナを正面から見たところ、ゲルマニウムラジオを取り付けたところ、ビニール線を巻いた様子、の４枚。

４．５ ディファレンシャルギア

最近あれこれ忙しくておもちゃ作りが進んでいないが、たまには書き込んでおくことにした。
ものづくりでデフ付きの車を作る準備をしていて、ディファレンシャルギアの作り方を検討しているので、中間報告。

モーター周りは以前作ったタミヤの楽しい工作シリーズのバギーのパーツを使うつもり。デフもこのシリーズのパーツで組もうとして調べてみたが、適当なパーツが見つからない。

タミヤのラジコンカーのTA05シリーズのオプションパーツでギヤデフユニットというのが見つかり、これを調達してみた。本格的なラジコンカー用のパーツなので、作りはしっかりしている。傘歯車も４つついてバランスが取れるようにしてあるし、スリップの調整用にオイルを入れるようになっている。そのために、軸のところにはゴムのリングがついているし、ケースの接合部分にはガスケットがついている。
ゴムのリングがついていたりするせいか、動きはかなり抵抗があり、モーターも強力なもので回す必要があると思われる。
車輪の軸や駆動用のベルトなどもこのシリーズ用のものを使う必要がありそうなことが判明した。これではコスト的に無理があるのであきらめる。

結局レゴのパーツを使うことにする。バギーのギアボックスの６角の軸にレゴの歯車を取り付ける方法を決める必要があるが、最悪接着剤を使えばなんとかなる。
ギアボックスからデフの駆動はレゴのチェーンを使えば取り付け位置なども楽になると思ったが、チエーンの値段がけっこう高いことが判明し、普通に歯車で駆動することにした。車輪の軸と車輪もレゴのパーツを使うことにする。
レゴのパーツをネットで探してみたところ、歯車や軸は調達できそうだが、車輪は在庫切れが多く、調達が難しいことがわかった。タミヤの車輪をレゴの軸に取り付ける、などの検討と、レゴの車輪の調達の両面で調査を進めることにする。

写真は上から、タミヤとレゴのデフ、タミヤのデフとダンパーオイル、デフの横面、４つの傘歯車、車輪の軸の傘歯車、レゴのデフ、楽しい工作シリーズのバギー。

４．４ ループアンテナ一体型ゲルマニウムラジオ

ものづくりの次のテーマでゲルマニウムラジオを作ることにしたので試作をしてみた。
構成は最もシンプルな、コイル・バリコン・ダイオード・イヤホンの４つとする。
回路図などはhttp://www.zea.jp/audio/ge3/ge3_01.htmなどで説明されている。

最初は、コイルは330μHのマイクロインダクタを使った。電灯線にアンテナ線を巻きつけて電灯線アンテナにし、アース端子を手で触ると、やっと１局（SBS,1404KHz）だけかすかに聞こえることが確認できた。

次に、コイルを自作してみようと思い、ガムテープの芯に0.32mmのエナメル線を60回巻いたものを作った。インダクタンスがどうなるかわからないので、10回ごとにタップを出してある。これで試してみたが、やはり電灯線アンテナをつけないと聞こえない。

もっと大きなものを作って見ることにして、100円ショップで適当なものを探し、A4サイズのケースを調達してきた。23cm*32.5cm程度の大きさ。ケーブルは太さ1mm程度のビニール線を使い、27回巻いた。9回ずつタップを出してある。
これで試してみたところ、家の２階のベランダに出てアース端子に1.5mくらいのビニール線をつけると、アンテナをつけなくてもSBSが聞こえることが確認できた。
これでいくことにして、ラジオ本体をコイルのケースにネジで取り付けておいた。

写真は上から、コイルとラジオの全体、ラジオ本体、ケースにコイルを巻いた様子、コイルとラジオ本体の接続、コイルの比較、イヤホンとアース線をつけた様子。

１１．１ ブラシレスモーター

ものづくりで３極モーターを作ったが、ブラシがこすれる音がうるさくて気になるのでブラシのないモーターを作ってみることにした。

ローターに永久磁石を使うので、街の文房具屋さんで棒磁石を調達し、まん中に軸を通す穴を開けてみることにした。知り合いにお願いしてドリルで試してもらったところ、磁石が割れてしまったということで失敗。
あれこれ探したところ、レゴのパーツに磁石があることを発見し、これを使うことにした。レゴのパーツに磁石を取り付け、軸を通して回るようにしてローターを作ったが、けっこう大きなものになってしまった。棒磁石と同じくＮとＳが１対。

ステーターは電磁石を使うので、ネットで探しマルツでソレノイドを購入した。試してみたところ、磁力はレゴの永久磁石よりかなり弱い。自分でコイルを巻いて作るとどの程度のものができるか試してみることにし、鉄芯に0.2mmのエナメル線を約200回巻いたものを作った。これを試してみたら、購入したソレノイドよりも磁力が弱いことが判明。自作はあきらめ、購入したソレノイドを使うことに決めた。ステーターもＮとＳの１対とする。
ボディはレゴで作ることにし、せっかくなので車輪をつけて走れるようにした。今回はモーターを動かすのが目的なので、車はまっすぐ走るだけとし、ステアリングはつけていない。

回転磁界を作るため、ローターがソレノイドに最接近したことをフォトインタラプタで検出するようにした。このタイミングでソレノイドの極性を逆に切り替え、回転磁界を作る。

これでモーターが回るようになった。静かに回ることを期待していたが、ローターの磁石がソレノイドに近付くと急激に力が働くため、そこでカタカタ音が出ることが判明。モノを動かせばなにがしかの音が出るのは仕方ないか。

車を動かすようチェーンをつないでみたところ、全く動かない。ステーターが１対しかないのが弱点だと思うが、なんとか車が動くように悪あがきしてみる。最初のものはローターの磁石はＮとＳ１つずつレゴの磁石を使っていたので、磁石をＮとＳそれぞれ４つずつ使って磁力と重さを強化してみた。これで試してみたところ、ゆっくりであるが車が動いた。
ステーターを２対とか３対に増やすのが最も効果的と思うが今回は車が動いたのでこれで良しとした。

動画は３つあり、最初がモーターの説明で次が車を走らせたもので最後がブラシ付きの３極モーターとブラシレスモーターの音の比較。

４．３ 回転数測定用ストロボ

静大の関係で、子供にものづくりを教えるボランティアを始めた。最初の教材としてコイルを巻いて３極モーターを作ったので、モーターの回転数を測定するためのストロボを作ってみることにした。
今回はLegoは関係ない。

まずLEDが光る懐中電灯を調達した。1WのLEDつきというもの。コントローラは数字表示がついたタイマー用のPIC基板を使うことにする。モーター駆動用のTA7291Pが電流を１A流せるので、これでLEDを駆動することにした。

懐中電灯の電池ホルダー部分を改造してPIC基板からLEDを点灯できるようにした。ボディの部分に穴を開け、そこからケーブルを通している。

回転数はRPM(Revolution Per Minute)で表示するようにした。自動車のエンジンの回転数などと同じで１分間の回転数で表す。表示が３桁しかないので240RPMから9990RPMまでの範囲とし、１の位は常に０として表示しないようにした。表示は24から999までとなる。
LEDの点灯時間は１回転の1/128の時間としてある。角度で約３度になる。

LEDに流す電流をどの程度にするか検討する。モーター用の電池をつければ1Aでも流せるはずだが、ロジック用の電源で出来る範囲でやってみることにした。ロジック用の電源は単４電池２ヶで3Vにし、これを昇圧して5Vを作っている。電流は200mAまで。
まず、10Ωの抵抗を直列に入れてやってみたが、まだいけそうなのでもう一つ10Ωの抵抗を並列につけ、5Ωにした。これで多分400mAくらい流れているはず。電源の容量をオーバーしている可能性が高いが、点灯時間のデューティーが1/128なので問題なく動いている。

ストロボを使った回転数の測定のやりかたを調べてみたところ、回転部分に１か所だけ線または点をつけ、その見え方で判断することがわかった。速い回転数から測定を始め、回転部分が停止して見えるところで、線または点がいくつ見えるかを確認する。３つ見えたら３倍の回転数、２つ見えたら２倍の回転数で、１つだけ見えるところが正しい回転数になる。

これで自分で作成した３極モーターの回転数を測定してみたところ、2420RPMであった。
LEDにもっと電流を流してもう少し広い範囲を照らしたい、とか回転数の設定の精度をもう１桁増やしたい、などの改善点が見えてきたが、とりあえず回転数の測定はできるので今回はこれでヨシとする。

今回は動画はうまく撮れなかったので写真だけである。
最後の３枚がストロボで回転数を測定しているもの。カメラのシャッターは1/4秒。
最後から３枚目がモーターが停止している状態、次が点が１つだけ見える状態で2420rpm、最後がその倍の回転数でストロボが光り、点が２つ見える状態。