Двигатель постоянного тока из киндер-сюрприза

Вступление

Меня зовут Константин, и я — студент Новосибирского государственного технического университета. Так случилось, что учусь я на физика, но теоретик из меня вышел не ахти, так что теорий в моих публикациях будет очень мало или даже будут вовсе отсутствовать.

Как видно из названия, мы будем собирать с вами двигатель постоянного тока.
У меня в детстве была книга, где была инструкция как его сделать из коробка спичек, соломинки и 2х магнитов, но мы такой не будем делать, как и не будем делать что-то типо такого:

Я думаю, то, что я покажу, не окажется новым, но беглый поиск в гугле дал только результаты, которые выше, так что начнем, а для тех кто не знает про что речь: Двигатель постоянного тока

У меня получилась такая штука:

Приготовление

Сначала определимся, что нам нужно (я использовал все, что смог найти в комнате, так что особо не пинайте):

• Пластиковый футляр от киндера, причем я нашел такой, который поперек открывается.
• 2 небольших магнита, которые легко разместить внутри. Я использовал неодимовые 5x8x8мм, 35р штука.
• Проволку, гвоздь или палочку сечения 1-1.5 мм в качестве оси. Я нашел трубку подобного диаметра, сначала хотел ватную палочку, но она оказалась толстой и мягкой.
• Клей. Я использовал цианокрилат и термоплавкий.
• Проволка для намотки коллектора. Я взял из наушников, она сразу лакированная и без изоляции.
• Проволка, пластинки или другие магнетики или феромагнетики в качестве сердечника. Я взял гвозди на 30мм.
• Мозг, руки и добрые соседи. если в общаге, как я.

Список не полный, остальное мелочёвка и взаимозаменяемо.

Сборка

Вначале я приклеил магниты к футляру, так как на дне половинок оказались пипки, то я их сместил. Клеил термоклеем, но так как они очень сильные, после n закрываний/открываний футляра, они вылезли (я даже вокруг обмазал — не помогло), и я подлил на дно суперклея.


Далее нужна ось. Я взял стальную трубку (не знаю от чего она, нашел в коробке) и надел на нее стопарные кольца из ватной палочки, дырки уже были в самом футляре и ось идеально подошла. Получилось вполне симпатично:


Это все занимает не более 5 минут, самое веселое начинается с изготовлением ротора. Было целых 3 варианта ротора: немагнитный сердеченик, стальной, стальной с проводом 0.5 мм. Для первого я взял палочку из икеи и сделал 2 кусочка по 2 см. В центре их я вырезал желобки под ось, что бы она туго туда входила, а затем склеил. Думаете эта конструкция поместилась и вращалась? Нет, оказалось что магниты стоять чуток на разной высоте, да и сами кусочки палочек были длинноватые. Мне минут 20 пришлось куском точильного камня их подгонять так, что бы ротор не задевал магниты. Намотка его велась жилой из кабеля наушников, точно не знаю как такие провода называются. Сама намотка в первоначальном варианте состояла из 24 витков в 2 слоя — на сколько хватило провода.

Беда такого типа электромагнита — маленькая индуктивность, следственно и маленькая напряженность магнитного поля. Я это понял, когда пытался замерить напряженность такого ротора.


Второй вариант ротора я сделал из гвоздиков — 2 ряда по 4 штуки в шахматном порядке. Соединял я их термоклеем, получилось что-то в виде чокопайки, только вместо суфле — термоклей. У этого ротора была такая же проблема, как и у первого — как бы я не вымерял, он задевал магниты. Помог тот же шлифовальный диск, только шлифовать грани понадобилось дольше. Намотка производилась таким же проводом, так и провод от витой пары — медь 0.5 мм, правда 0.5 мм проволки я намотал всего 1 ряд по 6 витков на плечо, так как она толще и ее было меньше.


Дурная была затея. Так как у меня были довольно сильные магниты, а просвет между магнитом и сердечником был около или меньше 1мм: ротор нельзя было провернуть за вал — вал прокручивался, а ротор оставался между магнитов. Так как я даже вручную не смог провернуть стальной ротор, то и мои электромагниты не смогли продавить магнитное поле между магнитами своим полем, и при подключении питания (такой полярности, что бы магнитная индукция была противонаправленной индукции между полюсами магнитов) начинали сильно нагреваться (если моя теория не верна, поправьте).

Так что решением стало остаться на роторе первого типа, без магнитопроводящего материала, но с увеличенным числом витков в 2 раза (намотка кривовата, так как я скреплял концы суперклеем, и намотка на капельках расползалась, а потом я просто забил на ровность).


Для проверки на работопригодность, я запихал этот ротор в корпус, подцепив к проводам. При подключение к батарейке он провернулся и встал перпендикулярно оси магнитов.

Токосъемники

Согласно схеме мотора нам нужно сделать токосъемные контакты.



Я решил особо не замарачиваться с этим, взял проволку 0.5мм с бывшего неудачного ротора, согнул несколько раз и приклеил к трубке и самому ротору перпендикулярно, как на рисунке. Затем зачистил все тем же точильным камнем и припаял выводы катушки ротора. Получилось симпатично.


Все, по хорошему на этом все, осталось только сделать щетки, что бы подвести ток к токосъемники, но я решил сильно не думать, и попытался сделать как на рисунке:



Просто перекинул один зачищенный в месте соприкосновения провод под токосъемником, а один над ним, и зажал края корпусом. Вроде идея хороша, но если сильно натянуть, то сильно тормозит вал.

Пуск

Собрал, подцепил батарейку и… ничего, решил провернуть вал — туговато. Расслабил немного провода-щетки, подцепил снова — ничего, только лишь некоторый писк в определенных положениях, если крутить вал вручную, и проскок ротора, когда он рядом с магнитом.

Тогда я решил честно сделать: сбалансировал ротор, что бы биения стали минимальными, смазал вал литолом в местах соприкосновения и сделал нормальные щетки. После этого он заработал, но не без проблем, все же пришлось питать от +5в 1А, как и советовал ftp27, так же, Как писал radiolok, то у такого мотора есть мертвые зоны, вернее одна — когда ротор поперек оси магнитов, из-за этого мне приходилось стартовать мотор вручную, немного прокручивая его (в моей конструкции угол, когда щетки не касаются, больше из-за большой неточности при изготовлении щеток и токосъемников).


Спасибо что прочли мой пост, на этом он закончен, но если вам охота, то я могу попытаться проверить некоторые характеристики, такие как: скорость вращения, момент силы и может что еще.