Владелец YouTube-канала Jamie’s Brick Jams собрал полностью рабочий электродвигатель, используя обычные детали LEGO и несколько базовых электронных компонентов: магниты, медную проволоку, транзистор и 9-вольтовую батарею.
Основу простейшего механизма составил ротор. В нем умелец использовал два неодимовых магнита размером 20 на 10 мм, установленных на оси друг напротив друга. Чтобы они не смещались во время испытаний, блогер зафиксировал их с помощью небольшого количества клея.
Рядом с ротором он установил приводную катушку — вручную намотал около 150 витков медного провода 27-го калибра на форму LEGO. Когда через эту катушку проходит электрический ток, она создает магнитное поле, которое притягивает магниты ротора, слегка толкая их.
Двигатель запускается с помощью одного импульса от 9-вольтовой батареи. Однако одного импульса хватает лишь на то, чтобы он покрутился несколько секунд. Как отмечает ютубер, в этом и заключается главная сложность работы с простыми двигателями: им нужна точная синхронизация. Если магнитный импульс поступит в неподходящий момент, ротор может замедлиться или остановиться.
Чтобы обеспечить непрерывное движение, Джейми добавил вторую катушку, которая служит датчиком. Она содержит около 100 витков более тонкого провода 32-го калибра. Когда мимо проходит один из магнитов ротора, в катушке датчика возникает слабый ток. Этот сигнал поступает в простую схему, состоящую из одного транзистора TIP31C и дополнительного светодиодного индикатора.
Транзистор работает как автоматический переключатель. При получении сигнала от катушки датчика он на короткое время включается и подает короткий импульс от аккумулятора на ведущую катушку. Этот импульс дает ротору еще один толчок в нужный момент. Каждый импульс также заставляет мигать светодиод, показывая, что время выбрано правильно. Этот непрерывный цикл и поддерживает вращение ротора.
Несмотря на то, что транзистор пропускает ток, превышающий его номинальное значение, в этой схеме он работает стабильно и надежно. В простейшей двухмагнитной версии двигатель развивает скорость около 1300 об./мин без редуктора. С дополнительными шестеренками LEGO, ременным приводом и старой системой рулевого управления из набора LEGO 1990-х годов двигатель может приводить в движение небольшой игрушечный автомобиль.
Собрав двигатель из видимых и понятных деталей, ютубер сделал электромагнетизм осязаемым. Благодаря его работе студенты и школьники могут наблюдать за синхронизацией, магнитным взаимодействием и управлением с обратной связью в режиме реального времени.
Ранее Наука Mail рассказывала, как устроен вентилятор и как он работает.
