如何制作一个简易的直流脉冲电动机模型？.doc

如何制作一个简易的直流脉冲电动机模型？这个小电动机模型的原理非常简单，它利用了2个最基本的物理学原理：1、通电线圈会产生磁性，变成电磁铁；2、相同磁极会互相排斥，异性磁极会互相吸引；因此即使小学生也能很容易地理解它的工作原理，而且制作起来也不复杂，非常适合业余科技小制作活动。直流脉冲电动机模型整个装置如下图：最左边是2节5号电池，作为直流电源。木板上用螺丝钉固定了2个铜片做的支架，铜片上对应地有2个小凹坑，两端削尖的铅笔做转轴，2个铅笔尖分别放在2个凹坑里，铅笔可以自由转动。铅笔上穿了一块塑料泡沫，泡沫两端各粘了一块小磁铁，这是电动机的转子。转子正下方是一个漆包线圈做成的电磁铁，转子通过电刷，控制电磁铁的电流的通断，让它在适当的时候排斥（或吸引）转子上的磁铁，从而让转子持续转动。原理简介：下面是它的原理图：铅笔转轴上贴有铝箔，铝箔是导体，所以当2根铜丝做的电刷同时与铝箔接触时，电磁铁的电路接通，电流方向如上图红色箭头所示。此时电磁铁产生磁性，假设它与正上方的磁铁磁性相同，它就会排斥磁铁，让转子开始转动。当转轴转过90度角以后，电刷下面没有铝箔了，电路就断开，转子依靠惯性转动，等上面那块磁铁转下来，到达同样位置的时候，又有一条铝箔让电路接通，它同样被电磁铁排斥，如此电动机就循环转动起来。因为电磁铁的电流是时断时续的（脉冲式的），所以这个小电动机模型被叫做“脉冲电动机”。套件包含的材料有：漆包线、木板、磁铁、塑料管（绕线圈用）、铜片支架、螺丝钉、泡沫塑料、铅笔、铝箔胶带、焊接了鳄鱼夹的5号二节电池盒，共10样。需要您自备的材料和工具：2节5号干电池、十字口螺丝刀、剪刀、小刀、双面胶带、透明胶带等。制作步骤：一、首先制作支架：1、把铅笔两头削尖，达到你平时写字的程度就可以了；2、把削好的铅笔放在木板正中；3、用螺丝刀和螺丝钉紧贴着铅笔的两端，把铜片支架固定紧；二、再来制作转子：1、把铅笔从泡沫的正中穿过，穿在铅笔的1/3位置；2、用双面胶带把一块磁铁粘在泡沫的一端正中位置；3、泡沫另一端粘另外一块磁铁。注意两块磁铁相对的面磁性相同，如下图所示，N极都是N极，S极就都是S极。可以用第二块磁铁与粘好的第一块试一下，确定极性以后再粘牢；4、小心地把铝箔胶带上的铝箔揭开；所谓铝箔胶带，与常见的不干胶是一样的，只不过铝箔很薄很脆弱，可以用刀尖小心地揭开，小心别弄破弄皱。5、把转子平放，铝箔粘到铅笔长的一端；上图那条蓝色的细线是中心线，铝箔边缘要略微超过它。6、逆时针旋转铅笔90度角，让铝箔在上面粘过1/4个圆周。然后用剪子把它剪断；注意铝箔的边缘也要略微超过中心线。注意：在使用剪子剪断铝箔的时候，一定要防止它被磁铁吸引。其实应该先做加工铝箔的步骤，再粘磁铁的。教程里先把磁铁粘上，是为了叙述方便。所以如果你看明白了教程的话，最好在制作转子的最后一步再把磁铁粘上去。9、把粘上了铝箔的转子平放，用小刀切下1小条铝箔，把切断的铝箔轻轻揭下来。铝箔的边缘略小于中心线，小0.5毫米就足够了。下图是最终的样子，铝箔边缘略小于中心线0.5毫米。10、垂直面上的铝箔也是这样加工，这样就得到一条覆盖面积小于1/4圆周的铝箔；您也许觉得我教的方法有些复杂，不就是贴一小条铝箔吗？直接贴上去不就行了吗？您试一试就会知道，直接贴一条铝箔上去，往往不是很精确，所以贴大一些，再用小刀修剪是比较把握的方法。11、重复步骤510，在转轴（铅笔）的另一面同样粘一条铝箔，这样转轴上就有了轴对称的2条铝箔；到这里，转子制作完成了。三、制作电磁铁线圈部分：1、打开漆包线圈，截取10厘米长的一段。如果你家里没有钳子，用剪刀也能剪断漆包线。因为所谓漆包线，就是表面有一层绝缘漆的细铜丝，很软的；2、用小刀把10厘米长的漆包线的两端的绝缘漆，各刮掉2厘米左右；刮掉绝缘漆之后，露出里面闪亮的铜丝，就能够导电了。上面2步我们制作的是电刷。3、把剩下的漆包线在塑料管上绕线圈，大约能绕5、6十圈，两端各留出15厘米长的线头；4、把线圈从塑料管上取下，线头分别在线圈两端缠绕固定，就剩下10厘米左右了，两端的绝缘漆再分别用小刀刮掉2厘米左右；到这里电刷和电磁铁就制作完成了。四、把各个部件组装到一起：1、把转子两端的铅笔尖放进支架上的凹坑，调节铜片的松紧度，要轻轻一碰转子就能自己转动很多圈，但又不会掉下来。如下图：因为铅笔芯是石墨做的，而石墨是很好的润滑剂，所以你可以让转子多转动几圈，一些铅笔屑摩擦下来，会让转子转动得更顺滑。2、在木板的边缘，对着铝箔中线的位置，用螺丝刀拧一个螺丝钉，但不要拧紧；3、电磁铁线圈放在转子正下方，一端的线头在螺丝钉下绕一圈，留出5厘米长做电刷；4、单独的那根电刷也在螺丝钉下绕一圈，留出5厘米，然后拧紧螺丝钉，把这两根线都固定住；5、用双面胶带或透明胶带把电磁铁线圈固定在转子正下方；6、让两根电刷刮掉绝缘漆的部分都压在铝箔上；转动转轴，电刷要始终压在转轴上，而且要保持一定的压力。有时候肉眼看起来它们接触在一起了，但是实际上并不能导电，这时候要调节铜丝，让它们以一定的压力压在上面。事实上这个电动机的主要阻力就来自这里。7、在电池盒里装上2节5号干电池，一个鳄鱼夹夹住电磁铁线圈的一头，另一个夹住电刷的一头，整个电动机模型就组装完成了！轻轻用手推动一下转子，就能看到你亲手制作的小电动机开始旋转起来！改变电源的方向，可以看到转子的转动方向也随着发生变化。转动过程详细分析：下面我们来详细分析一下转子的转动过程。我们先假设电磁铁线圈通电以后，与磁铁相互吸引的情况。1、初始状态，1块磁铁在最下方，正对着电磁铁；注意上图中铅笔上红色的中线。因为我们开始制作的时候，铝箔是边缘是略小于中线的，所以此时电刷并未与铝箔接触，此时电磁铁线圈中没有电流通过；2、逆时针转动磁铁，这时候2根电刷同时与铝箔接触，它们之间短路，电磁铁中有电流通过。电磁铁产生的磁力与磁铁相互排斥，推动磁铁向上，转子开始逆时针转动；注意观察上图中的电流方向，电流从电源过来（红色箭头），经过电刷、铝箔、另外一根电刷（蓝色箭头），然后通过电磁铁线圈，最后到达电源的负极。3、转子转过90度之后，电刷离开铝箔，电磁铁不再排斥磁铁，此时转子开始依靠惯性继续转动；4、转子继续依靠惯性转动，下面的磁铁开始转到上边来；5、上面的磁铁转到正下方，达到步骤1里面的状态；于是电路再次导通，这块磁铁开始被电磁铁排斥，转子得到持续的动力，越转越快。改变电流方向，电磁铁变成会吸引磁铁。下图是它们互相吸引时的初始状态，此时转子反向旋转，具体情形请您自己分析。这个电动机模型的缺陷：电动机转动一段时间以后，你会发现它的速度会明显变慢。下图中能在铝箔上看到明显的黑色压痕。因为铝箔很软，它与铜丝电刷摩擦会产生黑色的粉末，影响导电性。把电刷换一个位置，电动机转速会重新提高。整片铝箔用旧之后，可以在上面再贴一张新的。如果有条件的话，把铝箔换成铜皮，就不存在上述缺陷了。我的小电动机为什么不工作：1、检查电池是否安装正确，是否使用新的电池；2、电刷与铝箔接触不足，增加电刷的压力；3、电刷压力太大，导致转子阻力太大；4、电路连接的地方，是否有漆包线上的绝缘漆没刮干净；友情提醒：这个制作里粘接工作一般建议使用双面胶，因为这样方便修改。可是双面胶的强度不是很高，您也可以使用万能胶、快干胶等，这样就不会存在开胶的问题了。短路警告：这个电动机模型的电磁铁线圈匝数较少，存在短路危险，请不要使用干电池之外的任何其它电源！包括充电电池、直流电源等都不要使用，使用干电池则是安全的。