Строим соленоидный двигатель

«Сердце» любой движущейся модели — двигатель. В большинстве моделей используются электрические моторы постоянного или переменного тока. Вращение выходной оси такого мотора передается колесам модели через редуктор. Реже применяется двигатель с воздушной тягой. Это малогабаритные компрессионные моторы с пропеллером, устанавливаемые на быстроходных плавающих, летающих и гоночных моделях.

Существует и еще один тип двигателя — соленоидный, принцип работы которого основан на магнитном действии тока. Знают его немногие, в то же время он наиболее прост в изготовлении, и это его основное преимущество.

Катушка, это которой пропущен ток, втягивает железный сердечник — плунжер. Движение сердечника можно преобразовать во вращательное движение вала, применив шатунно-кривошипный механизм. Катушек следует брать одну, две, три и более, соответственно изменяя распределительный механизм для тока. Проще всего сделать двухкатушечный двигатель (см. чертеж).

Трехкатушечный двигатель несколько сложнее, зато мощность его больше и работает он равномернее (даже без маховика). Действует он так: ток от сети поступает через щетку одного из соленоидов к распределителю тока, затем идет в данный соленоид. Пройдя по обмотке, ток возвращается в сеть через общие кольца и щетку распределителя. Возникающее при этом сильное магнитное поле втягивает внутрь катушки плунжер, который стремится к середине катушки, а шатун и кривошип поворачивают коленчатый вал. Вместе с валом поворачивается распределитель тока, пускающий вход следующий соленоид.

Второй соленоид включается еще при работе первого, тем самым помогая ему в нужный момент, когда сила тяги первого плунжера ослабевает (при уменьшении длины плеча силы при повороте кривошипа). За вторым соленоидом включается третий. Далее все повторяется.

Лучшие каркасы катушек (соленоидов) получаются из текстолита, другой материал — крепкое дерево (размеры см. на чертеже). Наматываются катушки проводом ПЭЛ-1 диаметром 0,2—0,3 мм по 8—10 тысяч витков так, чтобы сопротивление каждой из них было 200—400 ом. Катушки нужно наматывать до заполнения каркаса, делая через каждые 500 витков прокладки из любой тонкой бумаги. Для более мощных двигателей нужны катушки с сопротивлением не ниже 200 ом.
Плунжеры изготовляются из мягкой стали (железа). Длина их 40 мм, диаметр 11 мм.

Шатун легко сделать из велосипедной спицы (см. чертеж). Длина его 30 мм (между центрами головок). Верхняя головка шатуна представляет собой кольцеобразное ушко с внутренним диаметром 3 мм. Нижняя головка имеет специальный захват для шейки коленчатого вала. К прямому концу шатуна нужно припаять две полоски жести — получится вилка, надевающйяся на шейку кривошипа. Чтобы вилка не соскакивала, на концах полосок предусмотрены отверстия под медную проволоку для стягивания вилки.
Вилки шатунов надеты на втулки, изготовленные из латунной, бронзовой или медной трубки с наружным диаметром 4 мм, внутренним — 3 мм.

Коленчатый вал (см. чертеж) делается из спицы колеса мотоцикла «К-58». Согнуть из спицы хороший вал довольно трудно, поэтому он делается из четырех частей, соединенных шейками кривошипов диаметром 3 мм и длиной 18 мм. Кривошипы вала расположены под углом в 120°. Концы спиц, уже имеющих нужную форму, сначала расклепывают, а затем сверлят отверстия диаметром 3 мм под пальцы кривошипов. Когда шейки кривошипов вставлены на место, их следует припаять с нерабочей стороны.
С одной стороны вала насаживается распределитель тока, а с другой — маховик диаметром 40 мм (он же и шкив с канавкой для ремня).
Распределитель тока напоминает коллектор электромотора.

Ток идет по катушке в течение поворота на 180°. Тем самым другой соленоид помогает первому в конце периода его работы. Распределитель тока изготовляется из латунной охотничьей гильзы любого калибра или любой другой трубки диаметром 15—20 мм.

Отрезав втулку, следует расчертить ее на четыре кольца шириной по 5 мм. Один конец в виде целого кольца, а остальные три — полукольца, повернутые относительно друг друга на 120°. Щетки делаются из стальной проволоки, немного расклепанной, или любых пружинящих пластинок шириной не более 3—4 мм.
Полукольца распределителя в изготовлении еще проще. Нужно опять взять втулку длиной 20 мм. Один конец тоже оставляется в виде кольца шириной 5 мм, а другой — в виде полукольца шириной 15 -мм. Но <в таком случае щетки следует изготовить или расставить так, чтобы места соприкосновения с полукольцом шириной 15 мм чередовались через 120°. Втулка распределителя тока в любом случае насаживается на текстолитовый валик, в свою очередь надетый «а конец коленчатого вала.

Насаживать эти детали следует с клеем БФ-2. Валик зажимается на валу гайками (предварительно в месте насадки нарежьте резьбу) или вкрепляется шпонкой (иглой).
Распределитель тока ставится на валу так, чтобы первая катушка включалась в тот •момент, когда ее плунжер находится в самом низком положении. Бели поменять местами два провода, идущие от катушек к щеткам, то получим вращение вала в обратном направлении. Схема включения — на чертеже.

Катушки устанавливаются вертикально и сжимаются двумя деревянными планками с углублениями под бока катушек. Перпендикулярно к планкам с обеих сторон укрепляются боковые стойки (фанера или листовой металл). В боковых стойках устанавливаются подшипники под вал или просто латунные втулки.

Если боковые стойки металлические, то подшипники припаиваются, а если фанерные — на места установки подшипников нужно приклеить фанерные кружки диаметром 20 мм для утолщения гнезд. Желательно установить подшипники -и в средней части коленчатого вала. Промежуточные подшипники укрепляются специальными стойками из дерева или жести.

Чтобы коленчатый вал не сдвигался в стороны, на его концах, с отступом по 0,5 .мм от подшипников, припаиваются кольца из медной проволоки. Обязательно защитите двигатель чехлом из жести, фанеры или органического стекла.

Рассчитан двигатель на сеть 220 в переменного тока, но может работать и от постоянного тока. Не трудно приспособиться -и к сети напряжением 127 в, уменьшив число витков катушек на 4—5 тыс. и увеличив сечение провода до 0,4 -мм. При аккуратном изготовлении двигателя гарантируется мощность в 30—50 вт на валу.
Изготовить такой двигатель может любой юный техник, лучше делать его в кружке или школьной мастерской.

Автор: В. НИРОШИН, Журнал Юный техник №4-65г.

2 комментариев для "Строим соленоидный двигатель"

G1359 | 4 ноября 2011 в 17:41

Рекомендую пересчитать данные через программу Coil – программу для расчета параметров и магнитного поля цилиндрического соленоида
http://imlab.narod.ru/M_Fields/Coil10/Coil10.htm

G1359 | 4 ноября 2011 в 21:29

А перед этим ознакомиться с нижеуказанным материалом:
:-)
____________________________________________________________
http://gauss2k.narod.ru/formid.htm
Формулы и идеи.

Хочу поделиться опытом и соображениями в области конструирования электромагнитных ускорителей масс,в просторечьи винтовок Гаусса или просто гауссовок.Во-первых,несколько практически проверенных формул,проверенных на одноступенчатой модели с силой тока в 100А.Эти формулы необходимы для расчета многоступенчатых систем,так что,я надеюсь,будут полезны.Кстати, эти формулы изначально для многоступенек,и длина снаряда считается равной длине катушки.При несложном преобразовании они подойдут и для других условий.

Обозначения:
O- плотность железа = 7500 кг/м3
B – индукция насыщения железа = 2 Тл
O1 – проводимость меди = 6*107 ом-1м-1
L – длина ступени (сердечника, катушки)
r1 – внутренний диаметр катушки
r2 – внешний диаметр катушки
s – площадь сечения провода обмотки
S – площадь сечения подвижного сердечника
N – число витков обмотки
D – длина провода обмотки
R – сопротивление обмотки
U – напряжение на обмотке
I = U / R – ток обмотки
C – емкость конденсатора
O2 = RC – постоянная времени разряда
Электрические формулы:
Число витков: N = (pi / 4) (r2 – r1) L / s (pi / 4 – учет круглого сечения провода)
Длина обмотки: D = (pi / 4) pi(r22 – r12) L / s = pi*N (r1 + r2)
Сопротивление обмотки: R = D / (O1 s) = pi N (r1 + r2) / (O1 s)
Магнитные формулы:
Магнитное поле идеального соленоида: H = N I / L
Втягивающая сила идеального соленоида: F = B H S
Втягивающая сила реального соленоида: F = B H S / 3 (тройка – грубый учет неидеальности. Точный учет весьма сложен и не требуется для наших целей)
Главная формула:
Ускорение сердечника: a = B N I / (3 O L2) = B U s O / (3 pi OL2 (r1 + r2) ) = K M U ,
Хочу сразу заметить, что ускорение является одним из основных параметров данной конструкции. От него зависит конечная скорость пули и длина ствола.

где K = B / (3 pi O) = 1700 [м2 В-1 с-2] (константа материалов)
Как правило, мы используем медные провода и железный сердечник, поэтому разумно обозначить величину,определяемую свойствами этих материалов, какой-нибудь буквой для краткости.

M = s / (L2 (r1 + r2) ) (коэффициент геометрии ступени)
Каждая ступень имеет свои размеры,а значит,и свойства,определяемые ими, постоянны для одной ступени. Их я тоже обозначил одной буквой.

Теперь вспоминаем, что U = U0 e (- t / O2)
Ускорение a(t) = K M U0 e (- t / O2)
Два интеграла:
Cкорость v(t) = v(0) t + K M U0 O2 (1 – e (- t / O2))
Координата x(t) = x(0) + v(0) t2 / 2 + K M U0 O2 (t – O2 (1 – e (- t / O2)))
Граничные условия : x(0) = 0, x(O2) = L
Это решалось уже численно, итерациями.
Вот, собственно, и все…
Эти расчеты появились в результате того,что я собрался конструировать многоступенчатую гаусску
Автор FEV,sazonov@svs.ru

Оставить комментарий:

XHTML: Вы можете использовать теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>