Κινητήρας DC χωρίς ψήκτρες: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ας φτιάξουμε έναν ηλεκτροκινητήρα που περιστρέφεται χρησιμοποιώντας μαγνήτες νεοδυμίου και σύρμα. Αυτό δείχνει πώς ένα ηλεκτρικό ρεύμα μετατρέπεται σε κίνηση.

Χτίζουμε έναν πρωτόγονο κινητήρα DC χωρίς ψήκτρες. Δεν πρόκειται να κερδίσει κανένα βραβείο απόδοσης ή σχεδίασης, αλλά μας αρέσει να πιστεύουμε ότι ένα απλό παράδειγμα διευκολύνει να δούμε τι συμβαίνει.

Χρειαζονται ΥΛΙΚΑ:

-(2) μαγνήτες νεοδυμίου

-Rotor (χρησιμοποιήσαμε ρουλεμάν 608ZZ)

-Μαγνητικό σύρμα

-Χαλύβδινο μπουλόνι

-Breadboard

-Ηλεκτρονικά - Διακόπτης καλαμιών, τρανζίστορ, δίοδος flyback, αντίσταση 20ohm, LED, τροφοδοτικό 6V DC. Χρησιμοποιήσαμε μπαταρίες 4AA σε μια μπαταρία

Βήμα 1: DIY Rotor

Το περιστρεφόμενο μέρος ενός ηλεκτρικού κινητήρα ονομάζεται ρότορας. Οι περισσότεροι κινητήρες χωρίς ψήκτρες έχουν μόνιμους μαγνήτες στο ρότορα.

Ο ρότορας μας περιστρέφεται χάρη σε ένα ρουλεμάν 608ZZ κολλημένο σε μολύβι. Αυτό το ρουλεμάν χρησιμοποιείται συνήθως σε πράγματα όπως τροχούς skateboard και fidget spinners.

Κολλήσαμε δύο μαγνήτες νεοδυμίου 1/4 "x 1/4" x 1/8 "B442 στην εξωτερική άκρη του ρουλεμάν, 180 μοίρες μεταξύ τους. Και οι δύο είναι προσανατολισμένοι με τους βόρειους πόλους προς τα έξω. Αυτό είναι διαφορετικό από τα περισσότερα Κινητήρες BLDC που έχουν εναλλασσόμενους πόλους προς τα έξω. Αυτή η απλοποίηση έκανε τα ηλεκτρονικά μας κυκλώματα λίγο πιο εύκολα.

Βήμα 2: Μετακινήσου

Πώς μπορούμε να γυρίσουμε αυτό το πράγμα; Θα μπορούσαμε απλά να το κτυπήσουμε με το δάχτυλό μας, αλλά ψάχνουμε για μαγνητική ώθηση. Φέρτε έναν άλλο μαγνήτη κοντά σε έναν από τους μαγνήτες του ρότορα, με τον βόρειο πόλο να βλέπει στον βόρειο πόλο του μαγνήτη του ρότορα. Αυτό θα κάνει τους μαγνήτες να απωθούν ή να σπρώχνουν, ρυθμίζοντας την περιστροφή του ρότορα.

Εάν πιέσουμε τον μαγνήτη αρκετά δυνατά για να περιστρέψει τον ρότορα στη μέση, μπορούμε να το κάνουμε ξανά στον επόμενο μαγνήτη. Αν ήμασταν αρκετά γρήγοροι, θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε να βάζουμε τον μαγνήτη κοντά και να τον αφαιρούμε, περιστρέφοντας συνεχώς τον ρότορα.

Εδώ μπαίνουν τα ηλεκτρονικά. Πρέπει να δημιουργήσουμε έναν ηλεκτρομαγνήτη που απενεργοποιεί, ωθώντας τους μαγνήτες του ρότορα.

Βήμα 3: Ηλεκτρομαγνήτης

Ένας απλός ηλεκτρομαγνήτης αποτελείται από ένα πηνίο από σύρμα μαγνήτη τυλιγμένο γύρω από έναν χαλύβδινο πυρήνα. Χρησιμοποιήσαμε καλώδιο μαγνητικού χαλκού μονής αλυσίδας 24 μετρητών με λεπτή μόνωση σμάλτου. Ένα μπουλόνι έγινε ο χαλύβδινος πυρήνας.

Όταν εφαρμόζουμε μια τάση σε αυτό, γίνεται μαγνήτης. Με τον ηλεκτρομαγνήτη τοποθετημένο ακριβώς δεξιά, θα πρέπει να απομακρύνει τον μαγνήτη του ρότορα. Τώρα το μόνο που έχουμε να κάνουμε είναι να το ενεργοποιήσουμε και να το απενεργοποιήσουμε την κατάλληλη στιγμή.

Θέλουμε να ενεργοποιήσουμε τον ηλεκτρομαγνήτη αμέσως μόλις ένας από τους μαγνήτες του ρότορα περάσει το μπουλόνι, για να τον απομακρύνουμε. Μετά από λίγο ταξίδι, ας πούμε 30 μοίρες περίπου, θα πρέπει να απενεργοποιηθεί. Πώς μπορούμε να κάνουμε αυτήν την εναλλαγή ηλεκτρονικά;

Βήμα 4: Μαγνητικός αισθητήρας

Επιλέξαμε έναν διακόπτη καλαμιών για να μας πει πότε οι μαγνήτες βρίσκονται στη σωστή θέση. Ένας διακόπτης καλαμιών είναι ένας αισθητήρας με γυαλί, όπου δύο σιδηρομαγνητικά καλώδια αγγίζουν σχεδόν το ένα το άλλο. Εφαρμόστε ένα μαγνητικό πεδίο στον αισθητήρα με τη σωστή μαγνητική ισχύ και κατεύθυνση, και προκαλεί αυτά τα δύο καλώδια να αγγίζουν το ένα το άλλο, δημιουργώντας ηλεκτρική επαφή και ολοκληρώνοντας το κύκλωμα.

Με τον διακόπτη καλαμιού τοποθετημένο όπως φαίνεται, έρχεται σε επαφή μόνο κατά τη διάρκεια του σωστού τμήματος περιστροφής του ρότορα.

Βήμα 5: Τελικό κύκλωμα - Βελτιωμένο

Ενώ η απλή ρύθμιση του διακόπτη καλαμιού λειτούργησε για λίγο, αντιμετωπίσαμε γρήγορα προβλήματα. Περάσαμε πολύ ρεύμα μέσω αυτού του διακόπτη καλαμιών και ένωσε τις δύο επαφές μεταξύ τους. Αυτό συμβαίνει επειδή ουσιαστικά βραχυκυκλώναμε τις μπαταρίες.

Για να διορθώσουμε αυτό το πρόβλημα, προσθέσαμε ένα τρανζίστορ. Αντί να περάσει όλο το ρεύμα του ηλεκτρομαγνήτη από τον διακόπτη καλαμιών, χρησιμοποιήσαμε τον διακόπτη καλαμιών για να ενεργοποιήσουμε και να απενεργοποιήσουμε το τρανζίστορ, οπότε το ρεύμα περνά μέσω του τρανζίστορ. Ένα τρανζίστορ είναι βασικά ένας διακόπτης on-off που μπορεί να χειριστεί λίγο περισσότερο ρεύμα.

Η τελική ρύθμιση περιλαμβάνει επίσης μια δίοδο για την αποτροπή της αντίστροφης ροής από τον ηλεκτρομαγνήτη. Αυτό ονομάζεται "Flyback Diode", το οποίο εμποδίζει το ρεύμα να τηγανίσει το τρανζίστορ όταν απενεργοποιηθεί.

Βήμα 6: Παρακολουθήστε το να τρέχει

Με τον ηλεκτρομαγνήτη να ενεργοποιείται μόνο μέσω ενός μικρού τμήματος της περιστροφής, ο ρότορας περιστρέφεται συνεχώς! Δείτε το στο βίντεο.

Προσθέσαμε ένα LED που ανάβει όταν ο ηλεκτρομαγνήτης είναι ενεργοποιημένος για να σας βοηθήσει να απεικονίσετε τι συμβαίνει.

Στο γράφημα, μπορείτε να δείτε τη μετρημένη τάση στο πηνίο, να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται!