[blog-日々のこと] 磁気浮上のキット

こんにちは しばらく更新を怠っていました。

やりたいことは一杯あるのですが、体と気力が追いつかない

といったところでしょうか。

興味を持ったのは「磁気浮上」です。youtubeなどで沢山紹介されています。

数年前にglobeを浮かせている製品をみて購入したいという欲はあったのですが、価格が高くて購入するのを躊躇していました。

最近は中国製でしょうか、価格も下がっていて沢山の製品が出ています。

実は調べてみるとキットが出ているんですね。 そこで早速1台購入してみることに。

100gを浮上させるものが多い中、300gを浮上させるキットがAliExpressにありました。

既に発送済みですが、いつもの通り2〜3週間ほどかかりますので忘れた頃に届くということで、まだ到着していません。 製作の様子も含めていずれ紹介したいと思います

同様に手作りで浮上ではあるのですが、吊り下げ型?のものが紹介されています。

これはホール素子があれば作れそうなので一度試して見たいと思っています。

制御にはArduinoが使われていました。アナログではないので作りやすいかもしれません。

あとはネオジム磁石を使った実験も多く紹介されています。これも面白そうですね。 アマゾンさんでも沢山の製品が出品されています。

いということで今回は内容は全くないのですが、興味を持った磁気浮上についての話でした。

やっと届きました。やっぱり図面なんて入っていないんですよね。 基板に値が書いてあるので少しはマシですが。初心者には荷が重すぎるようです。現在部品の取り付け中です。もう少し時間がかかるかも。youtubeに一つだけ組み立ての様子の映像が公開されていました。これが多少参考になるかな。

キット到着

aliexpressに発注していたキットがやっと届きました。300gのタイプです。YouTubeなどで紹介されているのは100〜150gタイプのものが多いのでちょっと心配していたのですが、やっぱり回路図なんて入っていないんですよね。 基板に値が書いてあるので少しはマシですが。初心者には荷が重すぎるようです。現在部品の取り付け中です。もう少し時間がかかるかも。youtubeに一つだけ組み立ての様子の映像が公開されていました。これが多少参考になるかな。

組み立て開始

さて届いた部品と基板の情報から組み立てを始めました。

図面ですが、幸いなことに以下のサイトに情報があり、この回路図が正確なのかどうかはわかりませんが、この回路図に沿って組み立てを始めました。

回路図を発見

MAGNETIC LEVITATION KIT

このサイトの2/2に回路図(PCB 1 Magnetic Lavitator Analog  ELECTRONOOBS 2019-05-05)が出て来ます。これが参考になるかと思います。非常に有意義なサイトです。助かりました。

2枚の基板の取り付けの向きはこのサイトで紹介されているのと同じではありませんでしたが。

以下の商品の紹介で組み立てた結果が紹介されていますので、この通りに組み合わせてください。

https://ja.aliexpress.com/item/33056731499.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.ff8718e8TFcFad&algo_pvid=a127a389-a16b-4b2a-bac3-64ba325be157&algo_expid=a127a389-a16b-4b2a-bac3-64ba325be157-48&btsid=9c616d6e-bca3-4823-89cb-49d7a526046e&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_2,searchweb201603_55

なお私の手元に届いた商品と、ここ(上)の商品紹介で紹介されている基板のコネクタのピン数が違いました。これにも悩んだのですが、結局基板の接続を調べることで解決しました。というか何もせずに組み立てたということです。

動作を理解する

で組み立ては終わったのですが、回路図で理解できない部分がありました。

+5V、GND、+、ー の関係です。 

これで悩んで2週間 と行ったところ。 やっと理解できたのはコイル(4個)とネオジウム(8個)が乗った基板に磁気ホールセンサを3個を取り付けます。 これらの電源は+5Vなのですが、そのうちの1個が基板に対して垂直方向の磁場を検出するために使用しています。このセンサには常時+5Vの電源を供給しているのですが、他の2個には直接+5Vの電源を供給していません。 というのが疑問で完成までに時間がかかった理由なのです。これは何故だろう?

結論としては基板に対して垂直の磁場を検出している磁気ホールセンサーには常時電源を供給しておき、フロート用マグネットを検出すると、他の回路全体に電源が供給されるということがわかりました。 つまりフロート用マグネットを検出しないと全体の電源が供給されない これを理解するのに時間がかかったということです。 

回路図の中でU5(LM393P)という8pinのOP-Ampがあります。これが垂直方向の磁場を検出した信号を増幅しているのですが、この出力がQ5(2SB772)のトランジスタのベースに接続されています。 このトランジスタのエミッタ側には+12Vが印可されているため、ベースに電圧が印可されると、コレクタ側に電圧が出力(op+)されるということになります。 op+はOp-Amp(LM324)2個を含むほぼ全体の回路に電源として使われているため、これで回路全体が動作を始めるということになります。

+との関係ですが、+は、180Ωの抵抗を通してop+に接続されています。したがってop+に電圧が印可されると+にも電圧が印可されて、残りの回路(U4(TL431AIZT))も動作し、かつ残りの2個の磁気ホールセンサも動作することになります。

回路図から+とop+の関係はR18(180)がとりもつということになります。

一度理解すれば問題ないのですが、ここに来るまでには相当悩まされてしまいました。

なお部品用の基板に取り付けてあるLED(青)は、電源(op+)が供給されないと点灯しません。フロート用マグネットを近づけるとLEDが点灯するため電源が供給されたことがわかります。なお一番明るく点灯したところが安定点のようです。

サイトで示されている回路図はほぼ正確

なおサイトで紹介されている回路図は、私の購入したキットの基板の接続を調べたところほぼ同じであることがわかりました。 基板から図面を作るのは昔一度経験済みのためそれほど面倒ではありませんでしたが、延べ3日ほどを要してしまいました。

ということでフロート用マグネットがないと回路全体に電源が供給されないので、調整が大変面倒になります。

でも20分程度の調整で無事にフロート用マグネットを浮遊させることに成功しました。

調整(感覚の世界)

調整ですが、フロート用マグネットを手に持って、基板の上にかざすとフロート用マグネットの振動が手に伝わってきます。

基板上にあるコイルに沿って(XとY方向に1個づつあり、X方向の2個が直列接続、同様にY方向の2個が直列接続)フロート用マグネットを動かすと、最初にネオジウムに惹きつけられる力が、次に振動が、次に静かになります。多分これが中心だと思います。さらに進めると振動が、次にネオジウムに惹きつけられる力が感じされます。

これが感じられるようにトリマポテンショメータ(トリマー抵抗とします)を動かします。XとY用のトリマ抵抗がどちらかわからないのも困ったものです。

トリマー抵抗を回して行くとフロート用マグネットの感じ方が少し変わるのでといった感覚の世界での調整となりました。

つまりネオジウムで下に惹きつけられる感覚、次にコイルで上に上がる感覚(ここで振動が感じられました)次に下に惹きつけられる感覚、ここが中心付近。さらに進むと上に上がる感覚(振動が感じられ)、さらに進むとネオジウムに惹きつけられる感覚 ということになります。山を登り谷になりさらに山を登るという感覚でしょうか。

中心付近で少し惹きつけられる感覚がありますが、これが安定点のようです。

これがXとYの調整が進むとより感じられるようになります。

やっと浮遊

安定点付近でゆっくりと手を離すと浮遊するのが確かめられます。

なお基板の上からみてフロート用マグネットの位置が4個のコイルの中心付近になるようにXとYのトリマー抵抗をさらに調整します。

うーん なんだか感覚の世界になってしまいすみません。でもオシロやデジボルを使うよりも手の感覚は重要だなと思ってしまいました。というかデジボルなどで測定した電圧がどこにもないので(つまり説明書が全くないので調べようがありませんでした。サイトの記事が非常に役立ちましたし、中国語ですが説明書もこのサイトで見つけることができます。しかし動作原理までは書いてないようで)

基板周りにLEDが接続してありますが、これは、表面実装タイプのLEDがなかったため手持ちの青のLEDを取り付けたものです。なおワイヤの付いているLEDは、フロート用マグネットが周りにあるネオジウムに惹きつけられた時に壊れたためワイヤーを使って接続したものです。なおこのLEDには+12Vが印可されています。したがって電源を接続すると点灯します。

手元にルービックキューブがありましたのでフロート用マグネットにのせて見ました。

1cmほど下がりますが、無事にのせることができました。

ふーむ

不思議な感覚です。見ていても飽きないですね。キットを使ったということと、動作に悩んだこともあり苦労したことを忘れさせてくれます。

多分沢山の方がこのキットを作られたと思いますが、私の健忘録を兼ねて紹介させていただきました。 最後に調整が感覚の世界になってしまったのは残念です。

なお動作している時のデータを取得しておけば役立つかもしれませんので、いずれここにデータを示したいと思います。

おまけ

キットを発注するときに

DIY H3-004 とfinished H4-001の2つがあります。理解していなかったでのでよくわからなかったのですが

DIY H3-004は本当にキットで写真にもある通り電源は含まれていますが回路図はありませんし説明書もありません。

finished H4-001は完成品のようです。

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