フランクリンモーターで補助電極を円板の両面に配置

６本アームをディスクの両面に配置して、ちょうど円板をはさみ込むようにした場合に回転がどのように変化するかを確認してみた。

ディスク裏面にも電荷が生じているのは確認していたのだが、劇的に効果が上がるほどではなかったようだ。

ただ、全く効果がないわけじゃなく、上下の電極ではさみ込む場合の位置関係で下部電極が多少前に出るぐらいで回すと、再集電して先端針から再放射する際の効率は多少上がっているように見えた。

上下で３０度ずらして千鳥状態にすると、ほんの少しの回転を与えるだけで周り出すようになる。しかし、起動しやすくなる分、加速性も最高速度も極端に低下した。

フランクリンモーターの電極を６つにした

前作の中間電極アームは４本だったのだが、今度は６本に増やしてみた。

６本のうち、２本は通常のフランクリンモーターにもついている電荷放射針とする。先端部にビーズ玉がついているのがそれ。
残り４本が中間電極となる。全てL字型にして、針の部分はできるだけディスクの外周付近となるようにした。L字の針部とは反対側はディスク面に張り付いた電荷を集電しやすくするために銅メッシュにした。

前作よりも放射針をディスク面の外周近くに配置したこと、それと各電極と電極の間隔を均等に配置したことで、回転力の増加が見られた。

また、手で軽く起動させた後に、自力で回転し始めるまでの初動プロセスが早くなった。電極が60度間隔で配置されているので、起動も60度程度回ったら加速が始まる。ここから中間電極の効果が見て取れる。

フランクリンモーターに中間電極をつける

円板型のフランクリンモーターに中間電極を４本つけてみた。

４本ある腕の先にT字型の電極をつけて、ディスク面ギリギリに浮かしてある。

こちらは電極が見えるように裏返した状態の画像。

T字の上部横棒部分に当たるところには、銅メッシュを使い集電効果が上がるようにしてみた。

これを取り付けてみた感想は、増力感はあるものの、２倍、３倍という感じではなく、補助的なものという感じだった。

比較のために、電極部分を外してみた。

建てつけが悪かったのか、回転が継続できずに途中で止まってしまう状態だが、中間電極がある方が良いとわかる。

中間電極の角度を内向きや外向きなど変えてみたり、色々試みた。
そうしたところ、T字型の下部に当たる先端がディスクの周辺へいくほど力が強くなるので、次は電極をT字型からL字に変えてみたいと思う。

４本の電極を全てディロッド出力につないで、４極モーターのようにしてみたのだが、放射針が増えると極端に出力が低下してしまい、使い物にならなかった。２極モータータイプの放射針はプラス１本、マイナス１本、計２本が良いようである。

フランクリンモーターの増力

フランクリンモーターは円板でも回るが、円板の直径が大きくなると回りにくくなる。

想像するに、両電極間が広がりすぎると、電極から放出されて円板上に張り付いた電荷が自然消滅してしまい、電極と板上電荷の間に働く力が弱まるためだと思う。
板上電荷の作る力は、放出された電極との反発力だけでなく、反対極との引力も働いているのではないかと思う。

それでは、電極から電極に移動する間の電荷消滅を減らしてやれば、回りやすくなるのではないか。例えば、電極の間で円板すれすれに電線を配置すれば、見かけ上の電極間距離が短くなり、電荷の消滅も少なくなり、結果としてモータの回転力が増えるのではないだろうか。

そこで、早速簡単な実験を行なって見た。
画像のように、ペンチで電線の真ん中をつかみ電線の両端を円板の表面ギリギリに持っていく。すると、ゆっくり回転していた円板が少しずつ回転数が上がっていくことがわかった。

この結果を利用してもう少しフランクリンモーターを効率良く回るようにしてみたいと思う。

フランクリンモーター４

今度は、フランクリンモーターの針の部分を、櫛型に変えてみた。
これで回転力が大きくなるかどうか実験。

前の１本の時よりも櫛型の方が良く回るようになった。

フランクリンモーター３

アクリル板を円カットしてフランクリンモーターを作ってみた。

アクリル板を円形にカットするために、ミニルーターを利用。
ミニルーター支持ツールを３Dプリンターで出力。

アクリル板の中心を固定ボルトで留めて、ミニルーターでカットしながらアクリル板をグルグル回していく。

３Dプリンターで出力した部品と、アクリル円板。

組み立て完了。

実は、この縦型のままではフランクリンモーターとして回すことができなかった。
ベアリングの摩擦が大きく、重たくて回らないらしい。

バラして、アクリル板ローターを水平にして、２個あるベアリングを１個にした。

これでようやく回転するようになった。
ローターの直径が17cmあり、CDよりも大きいので、ゆっくりと回転している。
フランクリンモーターは、軸の摩擦抵抗にも注意が必要。

ベアリングの摩擦と書いたが、正確には３Dプリンターで出力したベアリング保持部分の仕上がりが悪くて、小さくて薄板で作られたベアリングに余計な力がかかって歪み、摩擦が増大しているということ。

この３Dプリンターは±0.1mm以上の誤差が出るので、最後の調整は手作業だ。

フランクリンモーター２

CDを使ったフランクリンモーターを回してみた。
円板状のものはあまり見かけないように思ったので。

中心にペットボトルのキャップをテープで止めただけのもの。CDの記録面の塗装は手を加えず残したままで、樹脂面に電極を近づけてみた。
アルミ箔などを貼り付けたりしなかったが問題なく回転した。