Электродвигатель своими руками. Обучающее пособие по основам.

Привет, товарищи, друзья и недоброжелатели! Небольшой кит для построения (досборки) коллекторного электромотора. Так как это предназначено для детей (неустановленного возраста), мотать проволоку не придется, все будет весьма лайтово, но для ребенка интересно. Под катом — сборка, эксплуатация и замеры.


Сразу дисклеймер — этот конструктор был прислан мне на обзор Banggood по пункту 18. Т.е. я за него и за пересылку не заплатил не копейки. Вы же заплатите реальные деньги, прошу это учитывать в формировании собственного мнения о товаре.

Итак, второй конструктор дождался участи быть собранным. Как и предыдущий он просто пришел в пакете.
Упаковка — достаточно плотная коробочка, почти не пострадала. Вес его конечно гораздо выше.



Коробочка обильно снабжена изображениями собранного изделия, на одной из грани крупные иероглифы — решили с дочерью считать что там написано поздравление с Новым Годом


Нужно заметить, что тут предполагается куда меньше рукоделия чем в предыдущем конструкторе. Но, собственно, и инструкция тут куцая, и абсолютно китайская по диалекту,


а изображения на коробке так вообще откровенно дезинформируют!

(посмотрите как на принте на коробке установлены магниты. Ничего не смущает? Ох уж эти «штатные фотографы» производителя. Кроме того, установка изображена коллектором вверх. Как покажет дальнейшее, в данном устройстве «вверх и низ имеют значение».

Отметим, что на сайте BangGood изображения (фотографии) корректны — магниты установлены разнополюсно, коллектор с щетками внизу.

Внутри нашей коробчонки расположено:



Два магнита в форме параллелипипеда. Достаточно тяжелые, но не сверхмощные для такого-то размера.

Каркас, выполненный из пластика. Уже закреплены «щетки» и там же болтовые зажимы для проводов

Ротор с коллектором на оси.

Два проводка с обжатыми концами под болты.

Жестяной ключик, под зажим провода

Ну и вышеупомянутая невнятная инструкция.

Ну слава богу, мы в общих чертах знаем что сие такое ), поэтому после небольшой лекции переходим к сборке и закреплению урока.



Сборка не вызывает особых проблем, но весьма смущает что на коробке собранное устройство изображено с магнитами установленными симметрично (т.е. N к N) — что противоречит инструкции, изображению на сайте, а главное физическому смыслу. Это печально.Так как ребенок, предоставленный самому себе естественно пытается собрать так как изображено на коробке, не дожидаясь тезисов про полюса магнитов.




Также, на коробке и в инструкции установка изображена вверх коллектором, а на сайте картинки наоборот.
В общем неразбериха.
В итоге самостоятельная сборка дала такой результат:




Пытаемся затянуть пластиковыми зажимами вилки проводков и сталкиваемся с тем, что черный зажим наотрез отказывается закручиваться до состояния прижатия. Не упорствуем, при помощи комплектного ключа зажимаем провод между каркасом и прижимной гайкой.




Теперь немного переделываем установку, параллельно объясняя, что было сделано не так )))

Устанавливаем магниты, следуя инструкции. Устанавливаем ротор с коллектором, ось аккуратно входит острыми концами в выточки на верхнем и нижнем зажимно болтике. Заводим коллектор между «щетками» так, чтобы они внатяг прижимались к коллекторы выштамповками.


Итак, все собрано, подтянуто, ось вращается.

Берем аккумулятор Eneloop (2000мАн, напряжение на момент подключения 1,31Вольт) и…
ничего не происходит. Покручиваем ротор в разные стороны. Ноль реакции.

Ну чтож, пойдем по экстенсивному пути — берем литий-ионный аккумулятор с напряжением 4,15Вольт. Аккумулятор «походивший», поэтому не ожидаем что он отдаст большой ток, что могло бы вызвать спец.эффекты.
Зажимаю контакты пальцами на аккумуляторе (да, согласен, это формирует неправильно восприятие техники безопасности у ребенка, будем исправлять) и чувствую — ток идет… и немалый, судя по тому как быстро нагреваются контакты под пальцами.
Крутнули ротор и «все же она вертится» ©.






С снопиками искр из под «щеток», наш моторчик набирает обороты, наглядно демонстрируя, как ток с аккумулятора генерирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем стационарных магнитов.
Количество оборотов весьма приличное. Снимаем с замедлением 1/4х в надежде потом посчитать обороты.


Ребенок в восторге и много раз просит повторить «на бис», то сам прокручивая мотор, то прижимая контактики.

Еще раз пытаемся запустить от аккумулятора АА


Собственно уже тут можно заметить, что цель конструктора достигнута — немного теории, немного практики руками и большое удовольствие для закрепления материала. Теперь она каждый день просит у меня «поиграть в моторчик с агрессивными магнитами».

Изымаем собранное изделие у ребенка, когда он наигрался и проводим замеры и улучшения.

К сожалению, пока не удалось добиться автозапуска моторчика, только с ручного толчка. Вероятно, будь здесь трехполюсной якорь, такой проблемы бы не было. А это на самом деле насущно, потому что нежный детский пальчик может пострадать при ручном запуске.

Ток, протекающий на незапущенном моторчике, достаточно большой, больше ампера (1.21А) от литий-иона, это значит что больше 3 ватт уходит в прямом смысле в воздух.
После запуска ток немного падает и стабилизируется в районе 0,8-0,82А


Замена аккумулятора на свежий защищенный Panasonic 3400мАн приводит лишь к тому что каждый второй раз защита аккумулятора отрубает питание. Ток же сильно не возрастает. (1.1А). Но обороты возрастают (меньше падение напряжения под нагрузкой чем у старого Ли-Иона)


Замедленная съемка. Верхнее крепление затянуто несильно, видно биение.

Число оборотов не превышает 40 оборотов в секунду.

Берем смазку для подшипников и смазываем конусные пары трения оси ротора. Немножко переподтягиваем. Вращение становится более ровным и стабильным (уходят биения) и вроде даже возрастают обороты.

Но в любом случае обороты не выше 40 оборотов в секунду при токе 0,95А

Хорошо, берем теперь аккумулятор АА.
Пара неудачных попыток и двигатель запускается и на нем. Но работает слабо, неуверенно и затихает.
Ток при незапущенном двигателе составляет 0,46А

А что если мы перевернем нашу конструкцию, чтобы коллектор был внизу — и о чудо, работа от АА куда как увереннее. Возможно дело в меньшем трении в этой конусной паре при работе опорником…


Замеряем ток, опять же в состоянии «не запущен» и в состоянии «запущен». Опять снимаем замедленное видео с целью приблизительно определить количество оборотов.

Здесь уже можно более менее точно сказать что на элементе АА количество оборотов в районе 10-12 оборотов в секунду.

Тем не менее на аккумуляторе наш мотор все норовит остановится, хотя кушает 0,6А


Также замеряем сопротивление обмотки. Приблизительно 2.5Ом


Ротор удалось запустить от руки на манер юлы, т.е. он достаточно сбалансирован относительно оси.
Вот на этой фото можно заценить качество намотки


Так как наши «щетки» — просто металлические выштамповки, коллектор они царапают дай боже




Сопротивление предложенных проводков составило у минусового 0,2Ом и 0,2Ом у плюсового.



Я вообще заметил, что на муське особый оргастический восторг комментаторов вызывает измерение всего что только можно измерить, даже если это не принципиально для товара, или его стоимость никак не оправдывает такую детализацию.
Я было подумал наведаться в лабораторию альма-матер и исследовать магнитные поля, генерируемые магнитами и моторчиком в сборе, провести исследование материалов из которых сделан каркас (нет ли там вредных примесей в пластике), уточнить, не бескислородную ли медь пустили на намотки. Кроме того, меня заинтересовала величина светового потока генерируемого искрами от щеток, елозящих по коллектору (естественно в боксе). Были еще интересные идеи замера звукового давления. Один из моих друзей серьезно утверждал, что я должен исследовать, как проглатывание магнита скажется на пищеварительном тракте («ты обязан»- кричал он, «вдруг кто-то из твоих читателей купит такое, но недосмотрит и ребенок проглотит магнит!»), но по здравому размышлению я отказался от такой проверки на себе. Поэтому, не обессудьте, что нет анализа кардиограммы моего сердца в момент запуска двигателя когда я пальцем прижимаю контакты (а какие там должны быть колебания… от восторга...).

Подводя итоги хочу заметить следующее:
1) Инструкция бессмысленна и неполноценна. Нет ни подробной информации, ни предупреждений о применимых источниках питания. Более того, картинки на коробке (неправильные) напрямую контрастируют с картинками в инструкции.
2) Комплект не совсем полон, нет источника питания. Если у людей нет фонарикофилии (запасов литий-иона/полимера), то скорее всего возникнут проблемы при запуске от элемента питания АА, или запуск будет не зрелищным (затухающим). А кто-то от особого ума может решить подключить на вход раздербаненный провод USB от сетевого источника питания или вообще подключить 220вольт. Предупреждающих же надписей ни на коробке ни в инструкции на понятном английском языке нет
3) Косяк с минусовым зажимом.
4) Скопидомство на третьем полюсе на якоре. Лучше бы на бакс дороже, но с нормальным автозапуском, а не риском получить по пальцу или зажать палец между ротором и магнитом
5) Вообще необъяснимое скопидомство на щетках. Поверхность коллектора очень быстро износится от такой эксплуатации, щетки стоят копейки. Придется искать что-то подходящее, иначе игрушка тоже быстро станет одноразовой.

Теперь о плюсах, и помним, что я это получил бесплатно, а вы заплатите что-то в районе 500 рублей (!)

1) Игрушка-конструктор достаточно габаритная и наглядная. Возможно часть цены ушла в большие магниты и медь на якоре)))
2) При наличии аккумулятора 4.2 вольта запустить ее можно легко, равно как и собрать. Фейла не будет (если конечно установите магниты по инструкции, а не как на коробке нарисовано).
3) Вокруг нее можно выстроить целую лекцию, как по глубине для дошкольников, так и школьников среднего возраста (с которыми уже углубляться в детали относительно намоток, количества полюсов у якоря, уменьшения трения в конусных парах и т.д.)
4) у ребенка 4 лет она вызвала интерес, радость, и желание повторять и повторять опыты.

Замечу, что вы можете сами соорудить что-то подобное, раздербанив какой-нибудь не нужный небольшой электромотор. Так что эта трата не является незаменимой подсобными средствами.
Однако, если BangGood будет делать скидки на эту модель, или у вас там образуются какие-нибудь пойнты или что у них там — можно упростить себе жизнь, заказав и собрав эту модель, так как она все же наглядна.

Надеюсь, что по факту обзора вы сможете сформировать собственное мнение, нужен ли вам такой обучающий конструктор за такие деньги.

Всем спасибо.