120732 - 130389 – Propeller Clock – Construction Notes Revision E, December 2, 2013

Contents  Preparing  the  motor  ..................................................................................................................................................  2  

Winding  the  rotating  secondary  ................................................................................................................................  5  

Winding  the  primary  .................................................................................................................................................  8  

 

UltiProp  Clock  (Elektor  Dec.  2013  &  Jan.-­‐Feb.  2014  )  Preparing  the  motor  and  building  the  transformer    

Preparing  the  motor  1. The  motor  will  be  adapted  from  an  80  mm  fan  normally  used  in  personal  computers.  Choose  a  good  quality  

one,  preferably  with  ball-­‐bearings,  with  a  nominal  speed  between  2000  and  3000  rpm.  The  rotating  hub  must  have  a  diameter  of  between  35  and  36  mm.  Don’t  use  a  low-­‐profile  version  –  a  standard  25  mm  deep  type  is  ideal.  Check  that  the  hub  height  is  between  15  and  18  mm  to  allow  enough  room  for  winding  the  transformer.  

 2. Using  an  indelible  marker,  make  a  mark  on  each  of  the  four  arms  joining  the  motor  to  its  frame  at  25  mm  

from  the  center-­‐line.  

 

 3. Using  a  cutting  disk  on  a  multi-­‐purpose  modeling  drill,  cut  through  the  arms  at  the  marked  points.  Take  care  

not  to  damage  the  supply  cable.  

 4. You  won’t  be  needing  the  outer  frame  again;  you  can  discard  it.  

 5. Again  using  your  cutting  disk,  remove  the  fan  blades  completely.  Start  by  cutting  the  blades  off  one  at  a  time  

roughly,  then  go  back  and  tidy  up.  

 

 6. Remove  all  burrs  and  smooth  down  using  a  sanding  block,  file,  or  glass-­‐paper.  The  aim  is  to  obtain  a  perfectly  

cylindrical  rotor.  Take  care  to  vacuum  away  all  debris  and  dust.  

   

7. Nice  work  –  the  motor  is  now  ready  for  use.    

 

 

Winding  the  rotating  secondary  8. For  winding  the  transformer  secondary,  which  will  be  fixed  to  the  rotor,  get  yourself  some  double-­‐sided  tape  

that’s  strong,  but  as  thin  as  possible.  The  type  you  find  in  big  DIY  stores  typically  used  for  sticking  down  floor  coverings  is  very  suitable.  

 9. Wind  a  strip  of  double-­‐sided  tape  round  the  rotor,  avoiding  overlapping  the  two  ends.  If  necessary,  a  tiny  gap  

of  a  few  millimeters  between  the  two  ends  is  preferable  to  the  slightest  overlap.  

   

10. Cut  the  excess  tape  off  level  by  running  a  sharp  knife  flat  across  the  top  surface  of  the  rotor.  

 

 11. Remove  the  second  backing  film  from  the  tape.  Take  a  deep  breath—we’re  going  to  start  the  winding.  Arm  

yourself  with  at  least  12  meters  (37  feet)  of  0.56  mm  diameter  (approx.  24  AWG)  enameled  copper  wire.  Make  a  right-­‐angle  bend  at  about  5  cm  (2  inches)  from  one  end,  then  stick  this  angle  at  the  top  of  the  rotor.  The  winding  direction  (clockwise  or  anti-­‐clockwise)  is  unimportant.  

 12. Wind  on  a  first  turn  as  straight  as  possible,  as  close  as  possible  to  the  upper  edge  of  the  rotor.  If  necessary,  

start  again  from  scratch,  while  you  still  can.  Once  you’ve  got  the  knack  of  it,  continue  winding  the  other  turns,  touching  each  other,  all  the  way  to  the  bottom  edge  of  the  rotor.  Ideally,  you  want  to  wind  25  turns,  but  if  you’re  one  or  two  short,  this  won’t  be  a  problem.  

 13. The  final  turn  of  this  first  layer  is  also  the  most  tricky,  as  it  will  try  to  get  away  and  take  the  others  with  it.  A  

few  drops  of  cyanoacrylate  glue  (super  glue)  will  keep  it  in  place  once  and  for  all.  

 

 14. Now  let’s  start  the  second  layer  of  the  secondary.  As  in  step  9,  apply  a  strip  of  double-­‐sided  tape  round  the  

first  layer  of  the  winding,  remove  the  backing  film,  and  continue  winding  the  turns  on,  keeping  them  tightly  side  by  side,  in  the  same  clockwise  or  anticlockwise  direction  as  before,  but  this  time  working  upwards  from  the  bottom  edge  of  the  rotor.  

 15. This  second  layer  will  have  around  24  turns.  You  will  then  need  to  repeat  steps  9–14  in  order  to  end  up  with  

a  total  of  4  layers.  The  third  and  fourth  layers  will  consist  of  23  and  22  turns  respectively  for  reasons  explained  in  the  magazine  article.  

 16. The  last  layer  ends  at  the  top  of  the  rotor.  Cut  your  wire  off  at  around  5  cm  (2  inches),  then  twist  the  two  

ends  together  for  a  few  turns  to  hold  them.  Finally  fix  the  whole  winding  using  several  drops  of  cyanoacrylate  glue  at  various  locations  across  the  surface  of  the  final  layer.  

 

 17. This  step  is  vital.  After  all  the  trouble  you’ve  just  gone  to,  and  all  the  cursing  that’s  probably  gone  on,  you  can  

relax  again  for  a  bit.  The  secondary  is  finished!  

 

Winding  the  primary  18. Before  winding  the  primary,  you  need  to  create  a  gap  between  the  two  windings.  From  your  recycling  bin,  

scavenge  a  piece  of  very  thin  cardboard  (approx.  0.5  mm  /  20  mils)  –  the  sort  of  thing  used  to  encase  foodstuffs.  The  flavor  you  choose  will  have  no  effect  on  the  operation  of  the  clock.    

 19. Measure  the  height  between  the  top  of  the  secondary  winding  and  the  top  surface  of  the  four  fixing  arms  

you  cut  previously.  Here,  it’s  18  mm  (0.75  inch)  

 

 20. Cut  out  a  strip  of  cardboard  with  a  width  3  mm  (0.15  inch)  less  than  this  measurement  (so  in  our  case,  

15  mm  /  0.6  inch)  and  long  enough  to  just  go  right  round  the  winding  (i.e.  around  12  cm  /  5  inches).  

 21. Wind  this  cardboard  strip  around  the  secondary  and  keep  it  in  place  with  a  piece  of  single-­‐sided  Scotch  tape.  

Make  it  just  tight  enough  to  hold,  but  not  too  tight,  as  later  you’ll  need  to  be  able  to  slide  this  cardboard  ring  off  the  secondary.  

 22. As  in  step  9,  apply  one  turn  of  double-­‐sided  tape  to  your  cardboard  strip,  fitted  flush  with  the  top  of  the  

rotor.  

 

 23. The  winding  of  the  primary  starts  as  in  step  11,  once  again  using  0.56  mm  (24  AWG)  enameled  copper  wire.  

You’ll  need  a  little  bit  greater  length,  so  allow  15  m  (46  feet)  so  as  to  avoid  being  short.  The  direction  of  the  winding  with  respect  to  the  secondary  is  unimportant,  you  can  use  whichever  direction  you  prefer.  Start  winding  nice  and  regularly  near  the  top  edge  of  the  strip  of  cardboard,  proceeding  towards  the  bottom  edge  to  produce  around  26  closely-­‐packed  turns.    

 24. As  in  step  22,  next  apply  a  strip  of  double-­‐sided  tape  over  this  first  layer,  then  continue  winding  in  the  same  

direction,  but  this  time  from  bottom  to  top,  to  form  the  second  layer  of  25  turns.  

 25. When  you  get  back  to  the  start  position,  bend  your  wire  back  on  itself  for  about  5  cm  (2  inches).  This  is  going  

to  form  the  transformer  center  tap.  

 

 26. Still  smiling,  let’s  now  wind  the  third  layer,  towards  the  bottom  (around  26  turns),  then  let’s  add  a  layer  of  

double-­‐sided  tape  before  winding  the  final  layer  upwards  (around  25  turns).  

 27. Hang  in  there,  it’s  almost  over!  Cut  the  wire  off  at  about  5  cm  (2  inches)  from  the  end  of  the  last  turn.  A  few  

drops  of  cyanoacrylate  glue  will  hold  the  winding  in  place,  especially  that  wayward  last  turn.  To  keep  them  in  place,  twist  the  input  lead  to  the  first  layer  and  the  output  lead  from  the  final  layer  together  for  two  or  three  turns.  So  you  should  now  have  two  single  wires  from  the  two  ends  of  the  primary  and  a  loop  for  the  transformer  center  tap.  

 28. Once  the  glue  is  well  set,  you  can  easily  slide  the  primary  off  the  secondary.  

 

 29. All  that’s  left  for  you  to  do  now  is  carefully  remove  the  strip  of  cardboard  and  the  first  strip  of  double-­‐sided  

tape,  which  no  longer  serve  any  purpose.  You  will  now  be  able  to  hold  the  inner  layer  in  place  with  a  few  spots  of  glue.  

 30. The  motor/secondary  assembly  can  now  be  inserted  into  the  base  unit.  It  will  be  glued  using  a  few  drops  of  

epoxy  adhesive  on  the  four  legs.  Connect  up  the  two  motor  supply  wires  to  the  corresponding  solder  pads  (J6),  with  the  positive  pole  to  L4  and  the  negative  to  Q8.    

 31. The  transformer  primary  will  then  be  glued  to  the  board  on  the  other  side,  around  the  motor.  Before  

finalizing  the  epoxy  gluing,  first  check  that  the  motor  turns  freely  without  rubbing.  32. The  three  transformer  connections  will  be  connected  to  J4,  with  the  center-­‐tap  soldered  to  the  center  pin  of  

the  header.  Tip:  to  remove  the  enamel  from  your  copper  wire,  no  need  to  scrape  –  a  big  blob  of  solder  on  the  tip  of  your  iron  in  contact  with  the  wire  for  a  few  seconds  will  soon  burn  off  the  insulation,  leaving  the  copper  bare.  

 33. The  final  step  in  the  assembly  is  crucial,  and  consists  in  gluing  the  propeller  onto  the  motor,  inserting  the  

spacers  provided  on  the  PCB  panel.  The  stability  of  the  propeller’s  rotation  is  going  to  depend  on  how  accurately  it  is  centered.  Line  up  the  center  of  the  rotor  through  the  hole  drilled  in  the  middle  of  the  propeller,  then  keep  it  perfectly  centered  while  the  epoxy  adhesive  dries.    

34. Then  connect  the  two  secondary  wires  to  J1.  The  polarity  is  unimportant.  35. Finally,  one  last  tip:  if  balancing  proves  necessary  when  you  start  it  turning,  you  can  correct  the  imbalance  by  

adding  solder  to  the  pads  located  at  the  ends  of  the  blades.