Основные части коллекторного электродвигателя — статор, якорь, коллектор и щетки. Они показаны на рисунке 35.
Рис. 35. Электродвигатель и его основные части.
Сердечники статора и якоря сделайте из жести от консервной банки. Жесть необходимо отжечь, чтобы улучшить ее магнитные свойства. Разрежьте ее на полосы шириной 25 мм. Нагрейте полосы в печи или на открытом огне (примус, газовая горелка) до светло-красного каления и дайте им остыть на воздухе. Остывшие полосы очистите от окалины и грязи.
Для изготовления сердечника статора выпилите из фанеры шаблон (рис. 36).
Рис. 36. Изготовление сердечника статора.
На этом же рисунке дан чертеж пластины статора. Вырежьте четыре пластины с длиной средней части 55 мм, четыре — с длиной 54 мм и четыре — с длиной 53 мм. Соберите их на шаблоне.
Каждая четверть окружности статора состоит из трех пластин: короткой (внутренней), средней и длинной (наружной). Между концами пластин, загнутыми в пропилы шаблона, останутся свободные места. Пока забейте их щепочками.
Закрепленные в шаблоне пластины статора оберните четырьмя оборотами жестяной ленты шириной 25 мм. Из консервной банки вам не удастся вырезать целую ленту нужной длины. Придется взять несколько кусков, прикладывая их один к другому в стык.
Собранное кольцо статора крепко обвяжите проволокой или шпагатом, выровняйте края киянкой и напильником и пропаяйте. Снимите готовое кольцо с шаблона.
По рисунку 36 заготовьте четыре обжимки и наденьте их на полюсы статора. Только пока не обжимайте, это сделаете после изготовления полюсных башмаков.
Каждый башмак состоит из корпуса, обоймы и четырех сердечников. Согнув корпус, вложите внутрь сердечники. Обойму надвиньте на крылья корпуса и обожмите. Готовые башмаки вдвиньте между отогнутыми внутрь концами пластин статора и окончательно обожмите.
У настоящих электродвигателей корпус закрыт с обеих сторон крышками, в которых установлены подшипники вала. У нашей модели крышки имеют вид крестовин. Их устройство и крепление к статору показано на рисунках 37 и 38.
Материал для крестовин— листовое железо, черное или оцинкованное, толщиной 0,5–0,8 мм. Годится и латунь такой же толщины. У передней крышки, внутри которой помещены коллектор и щетки, ножки на 12 мм длиннее, чем у задней.
Для привинчивания крышек припаяйте внутри статора между полюсами четыре пары болтиков от «Конструктора», опилив их головки с одного бока. Если у вас есть четыре шпильки такого же диаметра, но длиной не менее 35 мм, то можете припаять их вместо болтиков.
Ножки передней и задней крышек изогните так, чтобы все они хорошо надевались на болтики статора. При этом отверстия в центрах крестовин должны возможно точнее приходиться против центра кольца статора.
Чтобы двигатель можно было крепить к подставке, сделайте две лапки по рисунку 37.
Рис. 37. Крепление крестовин к статору.
Материал для них тот же, что и для крышек. Поставьте кольцо статора на ровную доску. Один из винтов для крепления крестовин должен оказаться точно внизу. Лапки подогните так, чтобы они хорошо прилегали к кольцу статора и к доске. Обозначьте места лапок на кольце статора и припаяйте в найденном положении.
На рисунке 38 показаны части щитка для подключения двигателя.
Рис. 38. Устройство задней и передней крышек и клеммной панели.
Стойки щитка — из жести, а панель — из листового изоляционного материала (текстолита, гетинакса, плексигласа и т. п.). Для подключения проводов подберите маленькие болтики, каждый с двумя гайками и двумя шайбами. Согните стойки по чертежу и обожмите их вокруг концов панели. Приложите щиток к кольцу статора и обозначьте места для припайки стоек. Паять нужно, вынув панель; потом вдвинете ее сбоку.
На рисунке 39 показано устройство щеткодержателя и щеток.
Рис. 39. Щеткодержатель со щетками и сердечник якоря.
Выпилите щеткодержатель толщиной 1,5–2 мм из того же листового изоляционного материала, который брали для изготовления панели. Просверлите в нем отверстия. В боковые отверстия должны входить нарезанным концом ножки от штепсельной вилки. Центральное отверстие просверлите под размер штепсельного гнезда.
Ножки от штепсельной вилки укоротите на 10 мм. Вырежьте щетки из полоски листовой бронзы или латуни. Чтобы щетки хорошо пружинили, материал надо отгартовать, то есть проковать молотком. Изогните щетки по рисунку и припаяйте в разрезы ножек вилки.
На рисунке 39 показаны также части якоря и заготовки для них. Из отожженной жести от консервной банки заготовьте пять угольников, двадцать сердечников, пять обжимок, десять вкладышей и пять башмаков.
Угольники согните под углом в 72°. Лучше сначала начертите этот угол с помощью транспортира, а потом подгоняйте к нему угольники. Отогните наружные концы угольников и придайте им округленную форму.
Сложите угольники звездой, положив между ними по четыре сердечника, и плотно обожмите их обжимками. На болванке диаметром 34–35 мм выгните все вкладыши и башмаки. Сложив вместе два вкладыша, наложите их на середину башмака. Края башмака аккуратно загните вокруг отогнутых концов угольников.
Вал сделайте из стальной вязальной спицы. Легкими ударами молотка загоните спицу в центр якоря и продвиньте до середины. Оба конца спицы отломите, предварительно подпилив напильником. Вал должен выступать из якоря на 40 мм с каждой стороны.
Якорь при вращении не должен цеплять за полюсы статора. Для проверки сделайте контрольный станочек по рисунку 40.
Рис. 40. Контрольный станочек, коллектор, обмотки и подшипники.
Готовый якорь положите осью в выемки скобы станочка, а отогнутую пластинку-указатель подведите концом к одному из полюсов якоря.
Поворачивая якорь и по очереди подводя к указателю все его полюса, вы сразу увидите, какие из них получились длиннее других. Укоротите их легкими ударами молотка. Передвигая якорь на станочке вправо и влево, подгоните его по всей длине башмаков.
Изготовление коллектора показано на рисунке 40. Цилиндрик сделайте из писчей бумаги. Нарежьте несколько полосок шириной 20 мм. Приготовьте жидкий столярный клей, или БФ-2, или канцелярский казеиновый клей. Наматывайте бумагу на спицу, все время смазывая ее клеем. Старайтесь мотать плотно, а о краях не беспокойтесь— пусть получатся неровными, потом обрежете. Когда кончится одна лента, другую не накладывайте на ее конец, а приклейте в стык. Намотав цилиндрик диаметром примерно 10 мм, оборвите ленту. Обвяжите цилиндрик ниткой и положите сохнуть. Сырой он мягкий, а высохнет— станет крепким. Тогда острым ножом обрежьте его с обоих концов до длины 10 мм.
На цилиндрике нужно укрепить пять одинаковых пластин. Лучший материал для них — медь или латунь толщиной 0,3–0,5 мм. Длина широкой части пластин должна быть 10 мм, а ширина такая, чтобы между соседними пластинами на коллекторе остались промежутки шириной 0,5–1 мм.
Измерьте полоской бумаги длину окружности цилиндрика и рассчитайте ширину пластин и промежутков. Так, если диаметр высохшего цилиндрика стал равен 9 мм, то длина его окружности составит 28,3 мм. Можно сделать пластины шириной по 5 мм, тогда на пять промежутков останется 3,3 мм, то есть ширина каждого промежутка будет 0,6–0,7 мм.
Выгните пластины коллектора по дуге. Это удобно сделать легким молоточком на ученической ручке. Пластины должны точно прилегать к цилиндрику по всей длине. Их узкие концы залудите с канифолью. Приклеивать пластины к цилиндрику лучше всего клеем БФ-2.
Можете взять и столярный клей, и казеиновый, но они плохо держат металл. Придется внутреннюю поверхность пластин предварительно смазать луковым соком и просушить.
Намазав пластины клеем, наложите их на цилиндрик и подвиньте так, чтобы они нигде не соприкасались одна с другой, иначе двигатель не будет работать. Обмотайте их ниткой с клеем, как показано на рисунке 40.
Для обмотки якоря подберите медный изолированный провод диаметром 0,4–0,5 мм, Если нет нового, можете использовать старый провод, смотав его с электрического звонка, реле, трансформатора или дросселя от радиоприемника и т. п. Следите только, чтобы изоляция не имела повреждений. Тщательно осмотрев провод, аккуратно оберните все подозрительные места кусочками папиросной бумаги с клеем БФ-2.
Для якоря понадобятся пять кусков провода длиной по 2 м. Прежде чем мотать, оклейте тонкой бумагой все части якоря, которые будут соприкасаться с обмоткой.
Конец провода длиной 5 см закрепите, обернув вокруг вала, и начинайте обмотку первого полюса. Аккуратно укладывайте витки провода, двигаясь от вала к полюсному башмаку. Затем, продолжая мотать в ту же сторону, идите от башмака к валу. Так укладывайте ряд за рядом все 2 м провода. Конец обмотки длиной 5 см закрепите на полюсе ниткой и обмотайте вокруг вала. Таким же образом обмотайте остальные четыре полюса якоря. Смажьте конец вала, в сторону которого сделаны выводы обмоток, срезом луковицы и дайте высохнуть. После этого смажьте вал клеем БФ-2 и насадите готовый коллектор. Залуженные концы пластин должны смотреть в сторону якоря. Промежутки между пластинами должны приходиться как раз посредине промежутков между полюсами. Конец вала должен выступать из коллектора на 20 мм. Конец каждой обмотки соедините с началом следующей и припаяйте к залуженному концу соответствующей пластины коллектора.
Схема обмотки якоря показана на рисунке 40.
Для обмотки статора понадобится изолированный провод диаметром 0,5–0,6 мм. Каркасы катушек склейте из тонкого картона по рисунку 40. Размер гильзы нужен такой, чтобы она надевалась на полюс статора при вынутом полюсном башмаке. Заготовьте кусок провода длиной 3 м. Оставив 10-сантиметровый выводной конец, привяжите суровой ниткой начало обмотки к корпусу и мотайте в слой, ряд за рядом, пока не намотаете все 3 м. Конец обмотки также закрепите суровой ниткой, оставив вывод длиной 10 см. Таким же образом заготовьте и остальные три катушки статора. Все их нужно мотать в одну и ту же сторону.
Наденьте все катушки на полюсы статора началом обмотки к кольцу и вдвиньте на места полюсные башмаки. Якорь оберните поверх полюсов тремя оборотами бумажной ленты и вдвиньте внутрь статора. Отрегулируйте положение полюсных башмаков статора так, чтобы все они плотно прилегали к обертке якоря.
В переднюю крестовину вставьте штепсельное гнездо и наденьте на него щеткодержатель со щетками, как показано на рисунке 40. Из голой медной проволоки диаметром 0,5–0,6 мм сверните на валу двигателя спиральку в три-четыре витка и введите ее вместе с валом в канал штепсельного гнезда. Проверьте, как вращается вал в этом подшипнике. Если он слишком зажат, подберите проволоку потоньше, если болтается, — потолще. Заложите в штепсельное гнездо подобранную спиральку.
Наденьте на вал со стороны коллектора две металлические шайбочки. Установите крестовину со щеткодержателем и подогните ножки так, чтобы шайбочки не были зажаты, когда якорь стоит точно внутри полюсов статора. В таком положении привинтите крестовину. С противоположной стороны навейте на вал тугую спираль из проволоки. Она должна кончаться, не доходя 1–2 мм до задней крышки.
Подшипник задней крышки сверните на валу из четырех-пяти витков голой медной проволоки того же диаметра, какой шел для переднего подшипника. Осторожно закрепив спираль пайкой, впаяйте ее внутрь отверстия в задней крестовине. Делать это удобнее всего, установив крестовину на место и закрепив ее гайками. Поставьте ножки крестовины так, чтобы вал якоря, зажатого в статоре двигателя, проходил через центр отверстия в ней. Натрите вал графитом от мягкого карандаша, наденьте на него заготовленный подшипник и припаяйте его к крышке. Графит не даст припою пристать к валу.
Вытянув бумажную ленту из зазора, проверьте, легко ли вращается якорь и не цепляет ли он за башмаки статора. Чем тщательнее отцентрируете якорь, тем лучше будет работать ваш двигатель.
Выполните все электрические соединения по схеме (рис. 40). Обмотки статора можно соединять по любому из трех вариантов, показанных на том же рисунке. Выбор варианта зависит от напряжения источника питания. При напряжении 4–5 в постоянного или 6 в переменного тока применяется смешанное соединение полюсных обмоток, при более низком напряжении — параллельное, при более высоком — последовательное.
Еще раз проверьте вращение двигателя от руки и приступайте к испытанию его на пониженном напряжении. Если двигатель питается от батарей, включите сначала меньшее число элементов, если от трансформатора, возьмите отвод с более низким напряжением.
Если двигатель стучит, дребезжит и т. п., остановите его и проверьте, не цепляют ли полюса якоря за статор или за провода, не погнут ли вал. Когда двигатель начнет работать нормально, отрегулируйте прижим щеток и положение щеткодержателя, чтобы искрение было небольшим. После этого погоняйте двигатель минут 10–15 без нагрузки, чтобы дать щеткам хорошо притереться. Ни в коем случае не смазывайте щетки маслом. Затем приступайте к пробам и регулировке двигателя при нормальном напряжении.
На конце вала, выступающем из задней крестовины, сделайте шкив. Его можно намотать из бумажной ленты точно так же, как делали цилиндрик для коллектора.