Розгін до 4000 обертів за хвилину. YouTube-блогер зібрав електродвигун із LEGO

Про це пише видання Interesting Engineering.

У своєму відео автор пояснив, що більшість двигунів потребують контролера, але цей працює без нього. За його словами, у конструкції немає ні мікроконтролера, ні регулятора швидкості, ні механічного перемикача струму.

Читайте также: Тривале і різке згасання. Зірка, у 13 разів важча за Сонце, зникла без вибуху і залишила після себе чорну діру

Основою двигуна є ротор — частина, що обертається. Джеймі використав два неодимові магніти розміром 20×10 мм, закріплені навпроти один одного на осі. Магніти потрібно було добре збалансувати, щоб обертання було рівним. Для фіксації під час тестів він застосував невелику кількість тимчасового клею. Автор зазначив, що можна використати більше двох магнітів, але й двох достатньо для хорошої швидкості.

Поряд із ротором розміщена котушка, яка створює магнітне поле. Джеймі вручну намотав приблизно 150 витків мідного дроту на основу з LEGO. Коли через котушку проходить струм, виникає магнітне поле. Воно взаємодіє з постійними магнітами на роторі та штовхає їх, змушуючи обертатися.

Запуск відбувається від батарейки на 9 вольт. Але одного імпульсу струму недостатньо, щоб підтримувати рух довго — обертання швидко сповільнюється. Проблема простих двигунів у тому, що імпульс має подаватися точно в потрібний момент. Якщо поштовх відбудеться невчасно, ротор може зупинитися.

Щоб забезпечити безперервне обертання, автор додав другу котушку, яка виконує роль датчика. Вона має приблизно 100 витків тоншого дроту. Коли повз неї проходить магніт, у котушці виникає слабкий струм. Цей сигнал надходить у просту схему з одним транзистором TIP31C і світлодіодом.

Транзистор у цій схемі працює як автоматичний перемикач. Коли він отримує сигнал від датчика, то короткочасно пропускає струм із батарейки до основної котушки. Так утворюється точно розрахований імпульс, який знову підштовхує ротор. Світлодіод блимає щоразу під час імпульсу, показуючи, що система працює правильно.

Джеймі звернув увагу, що важливо правильно підключити котушки. Якщо поміняти полярність, двигун може працювати некоректно або не запускатися. У такому разі достатньо змінити дроти місцями.

Читайте также: Контракт для зеленої енергетики. Google отримає 1 гігават сонячної енергії для дата-центрів у Техасі

У найпростішій версії з двома магнітами двигун розвиває приблизно 1300 обертів за хвилину без редуктора. Після додавання зубчастої передачі зі співвідношенням 3:1 швидкість зменшується, але зростає крутний момент, тобто сила обертання. Завдяки додатковим шестерням і ремінному приводу двигун зміг рухати невеликий автомобіль із LEGO по поверхні.

Пізніше автор протестував іншу версію ротора з вісьмома магнітами, розміщеними на диску. Котушки залишилися ті самі, але характеристики змінилися. Швидкість знизилася приблизно до 480 обертів за хвилину, зате крутний момент суттєво зріс, а рух став плавнішим. Це пояснюється тим, що магніти проходять повз датчик частіше, імпульси подаються швидше й рівномірніше, тому сила обертання розподіляється стабільніше.

Автор зазначив, що йому подобається, як двигун працює завдяки власній системі саморегулювання.

У відео Джеймі показує принцип роботи електродвигуна на простому прикладі. Електродвигуни використовують у побутовій техніці, транспорті та промисловості, але їхня будова часто прихована всередині корпусу. У цьому випадку всі процеси — створення магнітного поля, взаємодія магнітів і подача імпульсів — видно наочно.