Если модель сделана из простых элементов
своими руками, это обладает существенно большим воспитательным
эффектом, так как дети убеждаются, что при некоторой сноровке
можно самому сделать множество технических устройств, к тому
же у них появляется иное отношение к миру техники - не как
к чему-то "запредельному", недоступному простому
смертному, а как к вполне постигаемой и потому подвластной
человеку "стихии".
Из небольшого деревянного цилиндра (палочки круглого сечения)
диаметром около 1 см и длиной около 10 см делается основание
ротора двигателя. Для этого его с двух сторон просверливают
в торцах и вставляют пару гвоздей, закрепляя их при помощи
клея - это будет ось ротора; во избежание неустойчивой работы
двигателя высверливать надо точно по центру, с большой точностью.
Затем надо нарезать четыре-шесть полосок из кровельной жести
шириной около сантиметра и длиною 10 см; эти полоски станут
сердечником ротора, для чего они должны обхватывать
его с двух сторон. После этого надо придать каждой пластинке
соответствующую форму; для этого их складывают одна к одной
плотной стопочкой и зажимают вертикально в тисках так, чтобы
наверх выступало 6 см. После этого берут стальной стержень
диаметром, совпадающим или лучше чуть меньшим диаметра деревянного
цилиндра, и, разогнув в разные стороны при помощи молотка
по три пластины, вставляют между ними этот стержень и начинают
огибать его пластинками так, чтобы они охватывали его целиком,
снова смыкаясь с другой стороны. Работать надо с каждой пластиной
по отдельности. Можно использовать и другой способ: просто
зажать стальной стержень немного меньшего диаметра, чем деревянный
цилиндр, в тисках таким образом, чтобы он выступал с одного
бока. Затем вручную загнуть каждую полоску, придавая ей точно
по середине соответствующее закругление при помощи этого стержня.
Затем в руки берутся плоскогубцы и с обеих сторон этого закругления
пластинка выгибается наружу, принимая форму полу-петли, напоминающей
гнездо для шпингалета (именно сюда будет вставляться деревянный
цилиндр ротора). После этого пластины собираются по две (три)
и деревянный цилиндр обкладывается ими с двух сторон по центру
и затем зажимается, сперва при помощи прочной нити. Теперь
концы каждой пластины отгибаются в стороны примерно на сантиметр,
так что сердечник с обеих сторон принимает т-образную форму,
удобную, помимо прочего, для намотки провода. Кроме того,
на деревянный цилиндр, неподалеку от одного из краев, наклеивается
пара кусочков тонкой меди шириной также около 1,5 см (это
будут контакты коллектора). Они должны, как и жестяные пластины,
охватывать цилиндр, однако между нимидолжен
оставаться зазор достаточной ширины (около 3 мм в зависимости
от толщины меди), чтобы не происходило замыкания обоих контактов
во время работы двигателя. Вдобавок, для автоматического переключения
полярности подаваемого на ротор напряжения нужно так расположить
эту пару контактов, чтобы она располагалась поперек стержня
ротора (линия, соединяющая зазоры между контактами, должна
быть параллельна стержню). Для верности следует закрепить
медь по краям той же крепкой нитью. Хорошо, если на медных
пластинках оставлены специальные ушки для подпайки проводов,
которые должны быть обращены в сторону ротора. Теперь наматываем
на сердечник около сотни витков изолированного провода толщиной
около 0,6 мм или немного более, чтобы выдерживал ток в несколько
ампер; можно для этой цели использовать и многожильный провод
в тонкой термостойкой оплетке. Нужно намотать примерно сотню
витков, плотно укладывая их рядом: распределив их пополам
между обеими половинами сердечника, обязательно сохранив при
переходе через деревянный цилиндр направление намотки. Удобнее
начинать и заканчивать намотку вблизи деревянного цилиндра.
Концы провода подпаиваются к медным контактам - ротор готов.
Остается сделать токоснимающие контакты из той же жести (лучше
подходит тонкая пружинистая сталь). Для этого нарезаются еще
две полоски длиной десять сантиметров. С одной стороны они
должны иметь ширину 3 мм, а с другой - 15 мм, чтобы удобно
было закреплять их на основании, представляющем собой дощечку.
На этом основании контакты закрепляются вертикально на расстоянии
равном толщине деревянного цилиндра; широкая сторона при этом
отгибается на 90° и прикручивается при помощи шурупчиков,
а можно сразу металлическим гнездом под штекер для дальнейшего
подключения. Далее на той же дощечке устанавливаются вертикально
два жестяных держателя ротора на таком расстоянии друг от
друга, чтобы ось ротора выступала с обеих концов примерно
на сантиметр. На подходящей высоте (чтобы при вращении ротор
не задевал дощечки) в обоих держателях должно быть просверлено
по отверстию под гвозди, вставленные с обеих
концов в деревянный цилиндр ротора. Теперь осталось подвести
к обеим концам стержня ротора полюсы большого подковообразного
магнита - и двигатель можно подключать к источнику тока, для
чего вполне подходит аккумулятор на 6 В или иной источник,
дающий ток до 10 А. Ширина зазора между полюсами магнита задает
необходимый размер стержня ротора - между его концами и магнитом
должно оставаться пространство не более двух миллиметров.
Если в распоряжении нет большого дугообразного магнита, можно
заменить его двумя мощными керамическими магнитами, разместив
их противоположными полюсами навстречу друг другу на том же
расстоянии от концов стержня ротора.
Для начала демонстрируют вращающее действие магнита на электромагнит
ротора, для чего его подключают напрямую, минуя токоснимающие
контакты (прямо к щеткам коллектора). При этом, в зависимости
от начального положения, ротор развернется таким образом,
что его северный полюс установится напротив южного полюса
постоянного магнита (статора). Для продолжения вращения необходимо
поменять местами подключение - новая остановка через пол-оборота.
И так надо сделать несколько раз подряд, добиваясь вращения
двигателя в одном направлении.
Теперь можно подключать электричество непосредственно к пружинящим
контактам - тогда после поворота электромагнита они сами будут
переключаться на противоположные контакты коллектора, поскольку
те установлены крест-накрест со стержнем ротора. Единственный
недостаток такого варианта (двухполюсного) конструкции ротора
состоит в наличии "мертвой точки" - после выключения
напряжения ротор зачастую останавливается точно напротив полюсов
постоянного магнита, а ведь именно в этом положении токоснимающие
контакты приходятся на зазор между контактами коллектора,
в результате напряжение на катушку электромагнита не поступает
и двигатель так и не начинает вращения. Чтобы избежать этого
недостатка, необходима конструкция ротора, содержащая не менее
трех полюсов электромагнита. Четырехполюсный электродвигатель постоянного
тока. В этой модели, сделанной по аналогии с предыдущей, используется
крестообразный сердечник ротора с четырьмя полюсами. Для этого
потребуется вдвое большее количество полос жести на сердечник
и удвоенное число контактов коллектора, которые будут располагаться
точно напротив каждого из четырех сердечников, но подключаться
точно по той же схеме, что и у двухполюсного двигателя (каждая
пара контактов подключаются к расположенному накрест сердечнику).
Кроме того, чтобы оба сердечника не мешали друг другу, еще
до придания пластинам соответствующей формы в середине каждой
надо сделать широкий прямоугольный выпил на половину ширины
пластины (по аналогии с крестовиной опоры для новогодней елки);
это удобно сделать крупным напильником, зажав все пластины
одновременно стопкой в тисках.
Все эти вещи можно в случае необходимости продемонстрировать
и на любой готовой модели электродвигателя.
|
Простейшая модель электродвигателя
|
 |
|
