この記事はShiftallのプロジェクトに関わるメンバーが日替わりでブログを更新していくアドベントカレンダー企画の21日目です。その他の記事はこちらのリンクからご覧下さい。
アドベントカレンダー2019
https://blog.shiftall.net/ja/archives/tag/adventcalendar2019/
こんにちは、電気エンジニアのすんです。
アドベントカレンダー21日目は磁気浮上モジュールを使って遊んでみるというお話です。今年もJavasparrowの稲田氏とコラボでお送りいたします。
アドベントカレンダーは自分にとって年末のかくし芸的な立ち位置であり、自分で考えて何かを作るいいきっかけになるイベントであります。
今年も何を作ろうかとAliexpressを眺めていたところ、興味深いモジュールが僕の目に入ってきました。それが今回紹介する磁気浮上モジュールです。
数年前に宙に浮く電球が製品化され世の話題をさらいましたが(？)、このモジュールを使うことで同じように誰しもが科学の力を使ってモノを宙に浮かせられるという、非常に’そそる’製品であります。
今回はそのモジュール仕組みを理解しつつ、実際に使ってみて遊んでみることにしました。
入手方法について
まず、このモジュールの入手方法についてから説明します。
Aliexpressのサイトへ行き「磁気浮上」と検索しましょう。たくさん候補が挙がってきますが、売り手が違うだけで同じモジュールの場合が多く、だいたい3～４種類ぐらいの磁気浮上モジュールが主流のようです。
今回私はUSB電源でも動く5V駆動タイプのものを選びました。
なお、Amazonでも「磁気浮上 モジュール」と検索すればいくつか候補が出てきますので、種類は少なそうですがそちらから選んでもいいでしょう。
仕組みについて
次にこのモジュールはどのような仕組みでモノを浮かせているのかざっくり解説したいと思います。
外周の銀色の円柱は磁石です。全て表面側にS極が向けられています。
そしてその内側にあるのは電磁石で、鉄芯にコイルが巻かれています。鉄芯は外周の磁石によって磁化され、表面側がN極の磁石になっています。
モジュールの中心にN極を向けた磁石を近づけると、水平方向は磁力、垂直方向は重力と磁石の反発力がそれぞれ上の磁石を引っ張り合います。そしてその力が全て釣り合う位置に持っていくと、磁石は宙に浮くというわけです。
ただ、そのままではちょっとしたブレで釣り合いは崩れてしまい、磁石は簡単に落ちてしまいます。
そこで電磁石と中心にある3つの磁気センサーの出番です。磁力によって電圧が増減する磁気センサーを使ってx,y,z軸の磁力変化を検知し、それに応じて基板裏側にあるICが電磁石の磁力を調節することで、浮いている磁石の位置を中心にとどめておくよう補正するのです。
原理が何となく分かったところでさっそく遊び方を紹介したいと思います。
遊び方その1 実は不安定…を利用したブロックゲーム
ここからはJavasparrowの稲田が説明します。
今回は、「磁気浮上 モジュール」を使って何か面白いものを作りましょうということで「何を作りましょうか」というところからのスタートになりました。
ネットをみると、スピーカーを浮かしたり、植物を浮かす商品が出ているようです。
SenseAbility 宙に浮くスピーカー マルチカラーLED ワイヤレス 日本仕様 Black
売り上げランキング: 329,489
売り上げランキング: 290,645
まずは試しに届いたものを電源ONしてみました。すると、、、
不安定でゆらゆら・・・。ということで今回は、購入前の製品写真からはわからなかった、この不安定な性能とを活かすようなモノを作ってみようと思います。
積めば積むほどゆらゆら…ブロック積みゲーム作成
前述のように、磁気浮上モジュールは実際使ってみると不安定だったことが分かったので、それを活用した、ブロック積みゲームを作ってみようと思います。
1. まずは計測
モジュールを計測します。あろうことか、その時メジャーしかなく、真剣にメジャーで計測します。
2. モデリング
モジュールのマグネット部分がむき出しですと危険なので、計測した寸法情報をもとにそれを覆うケースを作成します。モデリングはFUSION360を使用しています。
3. ブロックの作成
ただのブロックを作ってもつまらないので、形状を複数種類作ろうと思います。
ブロックのディテールは、「つかむ」ところにゲーム性を持たせたかったので、ピンセットでつかめるような処理を施してみました。
4. 完成予想図の作成
いわゆる「レンダリング」というやつですが一応どのようなイメージになるか作成しました。レンダリングもFUSION360を使用しています。
5. 3Dプリント出力
今回もいつもお世話になっている。DMM.make 3Dプリントさんに発注させていただきました。
6. 到着
大体6日程度で届きました。早いです。
7. 組見立て後
それでは遊んでみましょう
どうでしょうか。
30代半ばのさえないおっさん二人が、手に汗握るバトルをしています。
これもモジュールが到着してから分かったことですが、時間がたつと、だんだん揺れが強くなってきます。なので後になればなるほ難易度も上がっていきます。
ピンセットをお箸に変えると、お子さんのお箸の勉強にもなるのではないでしょうか。
遊び方その２ SNS映え…!? 宙に浮く電球
ふたたびすんです。
おまけという感じで宙に浮く電球も自作してみることにしました。
用意するもの
- 磁気浮上モジュール
- ワイヤレス給電モジュール
- 12V昇圧モジュール
- DC12Vで光る電球
磁気浮上モジュールと浮遊する側の磁石にワイヤレス給電モジュールを取り付けて、電球にワイヤレスで電力を供給します。
ただ、ワイヤレス給電は5V供給だったので、12Vの昇圧モジュールを電球の間に取り付けています。
電球は通常AC100Vを使って光らせるものが一般的ですが、DC12V対応のものが売っていたので、それを選びました。フィラメントLEDタイプのものを選んだのは、単に映えると思ったからです。
これがワイヤレス給電モジュールです。
電球の口金を外し、口金につながっていた電源ケーブルを昇圧モジュールの出力側につなげます。
磁石の裏には受電用のコイルを付けます。
磁気浮上モジュール側の筐体にも送電用のコイルを貼り付けておきます。
電球を浮遊側の筐体にのせます。稲田氏の作った筐体をそのまま使わせていただきました。
電球を固定する＆基板とケーブルを隠すために白いテープをベタベタと貼りました。これが電気エンジニアとしてのデザイン力の限界です。
これで準備はOK。早速光らせてみます。
映えました。
この方法で電球ではなく小さいクリスマスツリーなどをのせて光らせてみるのも良いかもしれませんね。
以上
まだまだこのモジュールを使った遊び方は色々あると思います。
来年の夏休みの自由研究などで是非利用してみてください。
【人材募集中！】
Shiftallでは現在プロダクトマネージャーを募集しています。ご興味をお持ちの方は下記URLから募集要項をご覧下さい。Recruit – 株式会社Shiftall
https://ja.shiftall.net/recruit/