電算部開発一課のバックアップ(No.17)

電算技術部開発一課 †

ここはcapの独断でいろんなこと（大体想像付くでしょ？）をやるページです。

お知らせ †

第２回楽しい実験教室 †

自称年度末恒例、危ない実験今年もやります。
クラスマッチ辺りに開催予定。
主に高電圧実験の予定。コイルガンかそれに近いものも作るかも。去年のリフターはリベンジ計画があるが望み薄。
ただ今、10kV級フライバック型高電圧発生装置、高圧コンデンサ、440V高電圧発生装置２型改、高周波高電圧発生装置を製作中。

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更新履歴 †

09/01/15 誘導モーター原理追加
09/01/11 小ネタ追加
09/01/22 目次追加（自動で目次作れるんだね・・・知らんかった）
09/02/06 テスト終了。内容修正。お知らせ追加。
09/02/22 微妙にお知らせ更新

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目次 †

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活動 †

AMラジオ遠距離受信に関する研究（未公開）
次世代駆動装置に関する研究
- 単極モーターに関する研究開発（ほぼ終了）
- インバーターの研究開発（予定）
- 誘導モーターに関する研究開発（凍結）
- リニア駆動に関する研究（予定）
  - 実験用鉄軌道・車両開発（予定）
  - 同期型リニア駆動に関する研究（予定）
  - 誘導型リニア駆動に関する研究（予定）
（レールガン用）400V級高圧発生に関する研究開発（終了）
リフターに関する研究開発（無期限凍結）
- 10kV級超高圧発生に関する研究開発（フライバックトランス入手困難につき凍結）

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誘導電動機に関する研究 †

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誘導電動機とは †

回転子に磁石や電磁石を使った直流電動機や同期電動機、直巻・分巻電動機と異なり、回転子は磁性体でない導体だけで作られたもの。固定子の回転磁界によって回転子に誘導電流を発生させ、誘導電流による磁界と固定子の回転磁界の反発・吸引力で回転する。交流でのみ動作する。
利点は、構造が簡単で、整流子が無いので長寿命、保守が簡単であること。
欠点は、回転させるために三相交流か位相が90°違う２つの交流が必要。単相で回転させるためにはコンデンサを用いなければならない。

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理論 †

３相と単相のがあるけど、簡単な単相誘導電動機について。簡単のため、回転子から生じた磁束はコイルに影響を与えないと仮定。
導体でできた回転子の周りに、９０度の角度をあけて２組のコイルが置いてある。（別に90°じゃなくてもいい。）

で、コイルA,Bに図1,図3のような位相の90度異なる電流を流す。すると、電流に比例した磁束が発生する。

すると、コイルAの直下の回転子A地点には図2のような電流が、コイルB直下の回転子B地点には図4のような電流が流れる。（コイルに生じる起電力は-(磁束の微分)である。導体に変化する磁束を与えると、コイルと同じく起電力が生じるが、インダクタンスが小さいため起電力とほぼ同位相の電流が流れる。）
で、コイルAと回転子A地点は、それぞれから発生する磁束の位相が90度ずれているので、吸引と反発を繰り返す（図５のような感じ、コイルBと回転子B地点）。
一方、コイルBと回転子A地点は、磁束の位相が同じなので、図6のように強弱が変化するものの吸引しあう。また、コイルAと回転子B地点は、磁束の位相が180度違うので、反発しあう。
結果的に、回転子は右回転する。

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予備実験 †

アラゴの円盤みたいな実験をやってみたが、ほとんど動かず。
やっぱ相当強力な電磁石を作らないと無理っぽい…。

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単極モーターに関する研究開発 †

注意：capの物理の知識は浅いので、間違ったことを書いている可能性もあります。
参考ページ：単極モーター
↑こんなものすごく気になるものを発見したので、実際に作ってみる予定。（このページを作った理由だったりする）
誰か電磁気と力学に詳しい人、理論を説明してくれ…（どこが不思議か分からない人は諦めてくれ。）

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何が不思議なのか †

分からんなら諦めろとか言っておきながら、説明。
普通、物体は作用と反作用があって動く。車輪は地面を蹴ってその反作用で前に進むし、ジェットエンジンは排気の反動が推進力となる。モーターも磁石と回転子の間で押したり引いたりして動いている。
ところが、単極モーターはどこかを押したり引いたりして回転している訳ではない。周囲に何も無くても回転してしまう。そこが不思議ということ。

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振り子式でやってみた(08/12/24) †

上の参考ページでは動かないと書いてある振り子式。でもフレミングの法則だけでいったら動きそう…（だけっていうのはかなり問題あると思うが）。
10分ぐらいでてきとーに作ってみた。
写真じゃ分かりにくい…。
単純に言うと、磁石は銅線を挟んでて、その挟んだ銅線で磁石が水平に吊り下げられている状態。
これに大電流を流す。それも破壊的な大電流を。
こんな仮配線だと２秒ぐらいで煙が出る。こわっ。
んで、結果はと言うと、ごくわずかに揺れる。
これが例の単極モーターとかの原理で動いてるのか何なのかは不明（多分違う）。
単に大電流によるジュール熱で金属が変形して動いてる可能性もあるし、電流や磁界のバランスの違いとかで動いてる可能性が高い。

ちなみに、振り子を銅線だけにして、磁石を下に置くと、理科や電磁気のフレミングの法則の問題でよく見かけるやつになる。これだと普通に振り子が動く。

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単極モーターやってみた(08/12/24-25) †

上の参考ページはガッチリとした構造で作っているが、面倒なので、とあるページの簡単な構造をパクった。
回る回る
銅線の接触している部分がネオジウム磁石（らしきもの）。その上は尖った木ネジで、さらにその上のネジに磁力でぶら下がっている。磁石の下は錘としてのネジで、そのさらに下とは接触していない。
電流は上のネジからネオジウム磁石に接触した銅線へ流れる。
上手く調整すると結構な勢いで回る。だが、上の木ネジの接点がすぐにジュール熱で焼けて止まってしまう。
トルクはものすごく弱く、重心がずれたり銅線の接触による抵抗が大きいと止まってしまう。
このモーターの反作用の問題は、やはり電流の流れる経路に反力が掛かっているという説明だと納得できるが、参考ページのリニア単極モーターは説明できない。
ちなみに、一仕事終えた後のクリスマスケーキは旨い。

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次はリニア単極モーターだが…（08/12/26） †

どうやって作るか非常に問題。摩擦が非常に少ないスライド機構を作る必要があるし、接点の銅が溶けるほどの大電流を流さないと動かないらしいし…。
めんどくさっ。

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単極リニアレールガン †

リニア単極モーターを高圧コンデンサで駆動する計画。
通常のレールガンと違い、磁石をレール上に並べる必要がない。
難点は弾丸として磁石が必要なこと（重くなる）。
………多分ちょっとしか動かないだろうな…。
今のところ実験予定なし。

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原理を紐解くかもしれないメモ †

単極モーターの回転方向はフレミング左手の法則に従う（電流の流れる位置が固定されているために磁石が反作用で動かされているわけではない）
この点でgoogle検索でトップに出る某ページは間違っている。てか左手の法則を使う場所を間違ってるっぽい。
角運動量は保存されないらしい（回転運動においては作用反作用がないと回転しないわけではない？）
ファラデーの単極モーターで、回転子を磁石だけにして、銅線は固定にしても磁石は回転するように思えるが、実は回転しないらしい。（元々、ファラデーの単極モーターは作用反作用で動いていない）
同じく、銅線の上に磁力線が銅線と直角になるように磁石を置いても、横に動いたりしないはず（電流の周りの磁力線に沿って９０度回転はしようとする）。
どうやら、電流の通り道が反力を受けているらしい。
だとしてもリニア単極モーターは説明できない。

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小ネタ †

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100均の密閉型イヤホン高音質化 †

100円ニッケル水素充電池でお馴染みのSeriaでイヤホン買ってみた。
激しく音が悪い…。音がカサカサしてイコライザーでもどうにもならない。
というわけで、スピーカーボックスと同じ要領で背面に1.5mmの穴を開けてみた。すると、大きく音質が変わった。カサカサした音は無くなったが、（勘で）1kHz～5kHzあたりで共鳴しているらしい。低音もあまり出ない。
イコライザーをかけるとそこまで悪くはない音に改善。さらに、穴をセロテープで塞ぎ、針で小さい穴を開けると共振は大体収まった。
その後、穴に管を入れてみたりしたが、大きく改善はせず。それでも未改造よりかなりマシで、あくまで主観だが、使えないほどの悪い音質ではなくなった。
ちなみに、穴を開ける位置をイヤホンの側面部分（スピーカーと直交する面）にすると、高音がつり上がるだけで使えない。
ヒマ人はやってみよう。

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ご意見 †

最後なので細かい質問でも受付中。お気軽にどうぞ～。

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