Наглядное пособие. Электродвигатель.

Всех приветствую. Хочу немного отвлечь от Новогодних праздников. Представляю вам игрушку, которая является так же и наглядным пособием по урокам физики, раздел электричество. Содержит магниты, провода и потребляет электричество. Вы правильно догадались, это электродвигатель. Вещь настолько банальная и вхожая в нашу жизнь, что фактически не требует описания. Но тем, кто заинтересовался, прошу под кат.


В качестве пролога:
Когда выпала возможность выбрать что либо из товара, то я раздумывал недолго. Я давно точил зуб на это наглядное пособие, поскольку собирал аналогичное в детстве под руководством своего отца. И решил еще раз хоть на миг окунуться в детство.
Что и говорить, раньше и деревья были большие и трава зеленее, а вот с электрифицированными игрушками было не очень хорошо. Нет, безусловно в магазинах продавались, но гораздо приятнее было сделать своими руками. Поэтому очень популярны были различные технические кружки, где дети собирали вещи не похожие на магазинные, параллельно развивая различные творческие умения и навыки.
В конкретном случае с изготовлением электродвигателя в далеком 1986 году мне помогла

Немного теории:
Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.
В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение.
Принцип работы электродвигателя очень прост:
(нажмите на картинку, откроется анимация)

Вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.
Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.
В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

Вернемся к нашему наглядному пособию:

Открываем:
Внутри модель электромотора (Без батарей) и инструкция


Набор для самостоятельной сборки содержит:
Фактически собранный корпус (размеры 90х95х50мм)

Щетки необходимо будет подогнуть у основания что бы они слегка прижимались к коллектору

Магниты ферритовые


Якорь в сборе
2х полюсный с одной обмоткой, разделенной на две части

Концы обмотки припаяны к ламелям якоря.

В торцах есть центровые отверстия для фиксации в корпусе


Два провода длиной 20 см и разные цветом. Красный для подключения плюса, синий для минуса

На концах провода обжаты клеммы для облегчения монтажа

Почему красный и синий?
«Тёплые» цвета спектра (от красного до жёлтого) принято относить к положительным (+) потенциалам, холодные (от зелёного до фиолетового) — к отрицательным.

Гаечный ключ

Он пригодится для затягивания гаек при установке вала

Сборка проста:
Устанавливаем магниты как на картинке. Входят с натягом. При желании можно зафиксировать клеем

Устанавливаем якорь в сборе:
Для этого можно выкрутить регулировочный винт или поступить проще — слегка выгнуть рамку корпуса и вставить вал
Отрегулировать фиксацию вала регулировочными винтами и законтрить гайками. Вал должен свободно вращаться и не должен болтаться


Подсоединить провода и подать питание:
Якорь повернулся примерно на 45 градусов и встал. В инструкции указано что якорь надо повернуть на 90 градусов при запуске. Но это сделать затруднительно, поскольку железо якоря притягивает к магнитам.
Поэтому делаем так: Подсоединяем батарею и дергаем якорь рукой, помогая сделать ему пол оборота.
Ура, работает!


Потребляемый ток при напряжении 3.8В (один аккумулятор 18650) 1.6-1.7 А.
Обороты: нестабильные, около 2500.
После обкатки детали приработаются, снизится ток и слегка увеличатся обороты.



Выводы:
Полезное наглядное пособие. работает. Поможет школьнику 6го класса при изучении физики, раздел электричество. Лабораторные работы.
К сожалению конструкция не позволяет применить электромотор на практике.
Можно было бы порекомендовать сделать вал длиннее, как в обычных моторах, что бы можно с него было снимать мощность будь то винтом воздушным или например через ременную передачу.
Есть небольшая вибрация при работе — сказывается балансировка якоря. Но по столу не бегает, можно внимание не обращать.
Небольшой недостаток: «стартовать» двигатель приходится вручную, поскольку всего два полюса и одна обмотка. Если бы количество обмоток было три и более, то старт происходил бы автоматически. С другой стороны усложняется конструкция якоря, хоть и не сильно. Соответственно удорожание товара. Что в приоритете — решает производитель.

Для увеличения ресурса можно было бы проточить коллектор и смазать опорные винты смазкой. Для уменьшения оборотов можно добавить витков в обмотку. При этом уменьшится потребляемый ток.

upd Позже электромотор будет отдан в в центр детского творчества. Ну а я переключусь на что нибудь другое.