Самодельный магнитный маятник. Что учесть, делая магнитный двигатель своими руками

На свойствах электромагнита основана работа огромного количества приборов и машин. Большинство маятников в современных электрических часах также работает под действием электромагнита. Попробуем разобраться в причинах, которые заставляют неутомимо раскачиваться электрический маятник, и сделаем сами его небольшую модель.

Для этого нам понадобятся: самодельный электромагнит, такой же, какой мы изготовили при устройстве электрического звонка, жесть, одна-две батарейки или понижающий трансформатор.

Маятник вырезывается из жести по выкройке, изображенной на рисунке 1. Внутреннее отверстие выбивают стамеской по линиям чертежа, ударяя молотком по ее ручке. Для этого жесть с нанесенным на ней чертежом кладется на ровную доску твердой породы дерева. Затем, зачистив напильником острые заусеницы отверстия, вырезаете всю фигурку маятника обычными ножницами по внешнему контуру. После этого снова прошлифуйте мелким напильником все края, а нижнюю полоску - язычок - сверните в небольшую трубочку. В свернутом виде она будет служить обычным утяжеленным концом маятника. В верхней части фигурки просверлите или пробейте стальным шилом маленькое отверстие, края которого надо тщательно зашлифовать мелкой наждачной шкуркой. Это небольшое отверстие служит для того, чтобы надеть маятник на стальную толстую иголку или отрезок вязальной спицы, забитый в верхнюю часть вертикальной стойки С (рис. 2).
Маятник надо повесить на иглу так, чтобы его нижняя часть, свернутая трубочкой, приходилась как раз над концами выступающих полюсов магнита, почти касаясь их, но
при раскачивании не задевала бы выступающие концы сердечника.
Чтобы избежать трения маятника о деревянную стоечку, наденьте на ось небольшой отрезок медной трубочки с хорошо отшлифованными краями. По бокам верхнего выступа маятника надо установить два медных гвоздика. Они будут удерживать маятник от слишком больших размахов.
Электрический ток подводится от батарейки или трансформатора (4 - 6 вольт), по схеме, указанной на рисунке 2. Все места соединений проволочек должны быть хорошо зачищены и припаяны.
На рисунке 2 вы видите тоненькую, упругую проволочку-прерыватель П. Прерыватель обеспечивает беспрерывное раскачивание маятника. Первый размах маятника надо сделать легким движением пальца, доведя его боковую часть до прерывателя. При этом электрическая цепь замкнется через один из верхних шпеньков, ток побежит по обмотке электромагнита, и его сердечник мгновенно притянет нижний утяжеленный конец якоря. Как только нижняя часть маятника потянется вниз, цепь разомкнется и маятник перейдет на противоположную сторону. Здесь другую боковую сторону маятника снова встретит прерыватель, который заставит магнит притянуть маятник вниз.
Так будет раскачиваться маятник до тех пор, пока вы не отсоедините всю модельку от источника тока - трансформатора или батарейки.
Очень занятную модель электромаятника можно сделать в виде качелей, а на сиденье их укрепить фигурку Буратино, вырезанную из бумаги или пробки. Маленький человечек - любимый герой ребят - будет взлетать и опускаться вниз самым загадочным образом.

На свойствах электромагнита основана работа огромного количества приборов и машин. Большинство маятников в современных электрических часах также работает под действием электромагнита. Попробуем разобраться в причинах, крторые заставляют неутомимо раскачиваться электрический маятник, и сделаем сами его небольшую модель.

Маятник надо повесить на иглу так, чтобы его нижняя часть, свернутая трубочкой, приходилась как раз над концами выступающих полюсов магнита, почти касаясь их, но
при раскачивании не задевала бы выступающие концы сердечника.

Чтобы избежать трения маятника о деревянную стоечку, наденьте на ось небольшой отрезок медной трубочки с хорошо отшлифованными краями. По бокам верхнего выступа маятника надо установить два медных гвоздика. Они будут удерживать маятник от слишком больших размахов.

Электрический ток подводится от батарейки или трансформатора (4 - 6 вольт), по схеме, указанной на рисунке 2. Все места соединений проволочек должны быть хорошо зачищены и припаяны.

На рисунке 2 вы видите тоненькую, упругую проволочку-прерыватель П. Прерыватель обеспечивает беспрерывное раскачивание^ маятника. Первый размах маятника надо сделать легким движением пальца, доведя его боковую часть до прерывателя. При этом электрическая цепь замкнется через один из верхних шпеньков, ток побежит по обмотке электромагнита, и его сердечник мгновенно притянет нижний утяжеленный конец якоря. Как только нижняя часть маятника потянется вниз, цепь разомкнется и маятник перейдет на противоположную сторону. Здесь другую боковую сторону маятника снова встретит прерыватель, который заставит магнит притянуть маятник вниз.

Так будет раскачиваться маятник до тех пор, пока вы не отсоедините всю модельку от источника тока - трансформатора или батарейки.

Очень занятную модель электромаятника можно сделать в виде качелей, а на сиденье их укрепить фигурку Буратино, вырезанную из бумаги или пробки. Маленький человечек - любимый герой ребят - будет взлетать и опускаться вниз самым загадочным образом.

Основный элементом обычных механических часов является маятник или баланс, которые приводятся в движение гирей или пружиной. Такие часы требуют регулярного и частого подзавода, что создает определенные неудобства.

Многие конструкторы долгое время работали над проблемой создания часов без гири и пружины, в результате появились электромеханические часы. В них маятник приводится в движение электромагнитом, который питается от источника электрического тока. Когда маятник приближается к положению равновесия (рис. 1), контакты, связанные с ним, замыкаются, и по обмотке электромагнита протекает ток. На маятнике укреплен якорь из мягкого железа, который притягивается неподвижным электромагнитом.

Рис. 1. Устройство электрических контактных часов.

Электромеханические часы очень экономно расходуют энергию батареи и обладают хорошей точностью хода. Но и у них есть слабое место - контакты, замыкающие цепь электромагнита. Ведь только за один год им приходится замыкаться миллионы раз, поэтому через некоторое время электрические часы начинают работать неточно. А если часы совсем маленькие, например наручные, то миниатюрные контакты в них работают еще более ненадежно.. С появлением транзисторов оказалось возможным создать бесконтактные электрические часы.

Схема электрических бесконтактных часов на транзисторе показана на рис. 2. На маятнике укреплен постоянный магнит, при движении которого в витках неподвижной катушки наводится эдс. Одна из обмоток катушки включена между базой и эмиттером транзистора, вторая -- в цепь коллектора.

Рис. 2. Электрическая схема часов на транзисторе.

Центр маятника (магнита) пересекает ось катушки в положении равновесия. При колебаниях маятника в катушке L1 наводится эдс, форма которой иллюстрируется кривой 1 (рис. 3). На этом рисунке кривые, проведенные сплошной чертой, представляют эпюры напряжений и токов, возникающих при движении маятника слева направо, а пунктиром - справа налево. Концы обмотки катушки L1 включены так, что, когда маятник подходит к положению равновесия, на базе транзистора появляется отрицательное относительно эмиттера напряжение. Оно возникает при приближении магнита к катушке, вследствие увеличения магнитного потока, пересекающего ее витки. В положении равновесия магнитный поток через катушку достигает максимума. В этот момент напряжение становится равным нулю. Далее магнитный поток начинает уменьшаться и эдс меняет знак на обратный. Когда магнит отходит далеко от катушки, напряжение на ее концах почти исчезает. Во время второго полупериода картина повторяется: при приближении магнита к катушке в обмотке L1 наводится такая эдс, что на базе напряжение отрицательно. Под действием этого импульса напряжения в цепи базы проходит ток (кривая 2) и транзистор отпирается (рис. 3).

Рис.3. Эпюры напряжения, тока а анергии маятника для схемы часов, приведенной на рис. 2.
А - амплитуда колебаний маятника,
О - положение равновесия.

Направление витков катушки L2, включенной в цепь коллектора, таково, что, когда по ней проходит ток коллектора (кривая 3) магнит притягивается к катушке. Его движение ускоряется.

Частота колебаний маятника как и в обычных часах почти полностью определяется его физическими параметрами: длиной и распределением массы. Масса маятника в основном определяется магнитом и деталями его крепления. С маятником связывают стрелочный механизм с циферблатом, и часы готовы.

Конструкция часов. Для изготовления часов на транзисторе вполне пригодны любые маятниковые часы или "ходики". В них необходимо лишь переделать спусковое устройство и, конечно, удалить пружину или гирю; их функции будет выполнять батарея.

В обычных часах спусковое устройство, приводящее в движение маятник, имеет вид, показанный на рис. 4,а. Его надо переделать так, как показано на рис. 4,б. На ось 1 напаивают коромысло 2, на котором свободно подвешена серьга 3. При движении маятника влево серьга скользит по скошенной стороне зубца храпового колеса 4 и под действием своей тяжести соскакивает с его вершины в промежуток между зубцами. При движении маятника вправо серьга упирается в крутую сторону зубца и поворачивает храповое колесо влево на один зуб. Чтобы зафиксировать положение колеса и не дать ему поворачиваться вправо, на нем сверху лежит одним краем лепесток-собачка 5. Второй край лепестка свободно поворачивается вокруг оси 6. При вращении храпового колеса влево лепесток скользит по скошенным краям зубцов и, соскакивая с их вершин, упирается в крутые края зубцов.

Рис. 4. Устройство спускового механизма обычных часов (а).
Устройство механизма часов на транзисторе для преобразования колебательного движения маятника во вращательное движение стрелок (б).

Собранный механизм часов, изготовленных из обычных "ходиков", показан на рис. 5. Коромысло, серьга и лепесток-собачка в этих часах изготовлены из жести. Магнит может быть использован любой. Его объем не должен быть менее 3-4 см 3 , так как он должен удерживать груз 100-200 г. В описываемой конструкции использован кольцевой магнит от громкоговорителя диаметром 35 мм. Для регулировки хода часов крепление магнита должно предусматривать его перемещение вверх и вниз. Если часы спешат, то маятник (магнит) необходимо опустить.

Рис.5. Собранный механизм часов.

В часовом генераторе (рис.2) могут работать любые сплавные транзисторы, например, типа П13-П15. Работа генератора не зависит от величины коэффициента усиления транзистора по току. Диод Д1 можно применить типа Д7Б-Д7Ж. Вместо диода можно использовать эмиттерный или коллекторный переход германиевого сплавного транзистора, у которого оторвался вывод эмиттера или коллектора. Если в генераторе (рис.2) применен транзистор с проводимостью n-p-n, то полярность включения батареи и диода Д1 следует изменить на обратную.

Катушку электромагнита можно намотать на пластмассовом или бумажном каркасе с внутренним диаметром 20, наружным 48 и шириной 8 мм. Наматывать катушку нужно в два провода внавал до заполнения. Диаметр провода - 0,09-0,15 мм. После намотки необходимо проверить нет ли замыканий между полученными двумя обмотками. Начало одной обмотки соединяют с концом другой и к этой точке подключают вывод эмиттера транзистора.

Смотрите другие статьи раздела .

Другие оригинальные виды часов. Предлагаемые в этой инструкции часы хоть и тоже электронные, но используют для отсчёта времени колебательное движение маятника. Это так называемые часы со свободным маятником.

Точность таких часов зависит от конструкции его маятника, от минимизации влияния температуры, от способа подвода энергии, поддерживающей колебательное движение маятника и получения энергии от маятника. В классических механических часах отвечает за это механизм захвата и набор зубчатых колес.

Чтобы точность часов была как можно лучше, маятник должен колебаться абсолютно свободно, не обременённый механизмами. А энергия передаваться очень маленькими порциями в момент, когда маятник находится в нижнем положении и только в том случае, когда амплитуда колебаний маятника уменьшается ниже допустимой величины. Передача энергии в слишком больших дозах, вызывает увеличение амплитуды колебаний, что приводит к снижению точности. Амплитуда колебаний маятника не должна превышать нескольких градусов.

Принципиальная схема часов

Основой маятниковых часов выступает конструкция с прикрепленным на конце подшипником с неодимовым магнитом. В основании размещена индукционная катушка. В результате движение маятника непосредственно над катушкой, в катушке индуцируется напряжение, которое передается в микропроцессор PIC12F683, что анализирует наведённое напряжение и в нужный момент подает на катушку импульс напряжения, поддерживающий движение маятника.

Когда магнит на конце маятника приближается к катушке — в катушке наведенное напряжение отрицательное,
когда он проходит над серединой катушки — напряжение имеет нулевое значение,
когда отходит — положительное значение.

Амплитуда импульсов индуцированных в катушке зависит от скорости перемещения магнита над катушкой, а, следовательно, и от амплитуды колебаний маятника. Путем измерения напряжения после строго определенного времени прохода через маятник точки равновесия, можно оценить какова амплитуда колебаний, а следовательно, следует ли предоставить импульс стимулятору колебаний, или нет. Чем выше будет добротность системы, тем реже будет нужно создавать этот импульс.

Для отображения времени применён кварцевый механизм часов, приводимый в действие батареей 1,5 В. В нём снимаем пластину с кварцевым резонатором и схемой, используя только сам механизм. Выводы двигателя-катушки подключаем к портам микроконтроллера. МК генерирует импульс каждую секунду по очереди то на одном, то на втором выводе катушки.

Всего было сделано несколько разных часов с различной длиной маятника. Самый большой был маятник с длинной 1000 мм, где полупериод колебаний составлял ровно 1 секунду. Еще были с полупериодом колебаний 1/3 секунды (110 мм) и 1/4 секунды (60 мм). Таким образом, импульс для шагового двигателя был сформирован, соответственно, на первое, третье или четвертое прохождение маятника над точкой равновесия.

Часы питаются литий-ионным аккумулятором типа 18650, их хватит на несколько месяцев работы. Для процессора используется стабилизатор LM385-1.2, дающей напряжение 1,2 вольта. Когда процессор обнаруживает, что напряжение аккумулятора упало ниже 3,28 В, это сигнализируется каждые две секунды. Таймер может работать и с батареей севшей до 2 В, но следует избегать такого глубокого разряда из-за возможности порчи батареи.

Индукционная катушка должна иметь несколько тысяч витков. В данных часах мотали 2000-3000 витков провода 0,12. Катушки не имеют сердечника и намотаны на каркасе диаметром 6 мм. Стержень маятника необходимо выполнить из материала с возможно малым коэффициентом теплового расширения, хорошо подходит удилище из углеродного волокна. Длинну маятника следует подобрать так, чтобы получить требуемый период колебаний. Следует учитывать возможность точной настройки периода колебаний, чему служит дополнительный груз размещенный на маятнике — латунная гайка, поворот которой меняет распределение массы на маятнике.

Внимание: рядом с магнитом на конце маятника не должны находиться ферромагнитные материалы — стальные гвозди и винты. Также будьте осторожны с латунными и медными элементами. Движущийся в их непосредственной близости магнит возбуждает в них вихревые токи, которые тормозят движение магнита. Поэтому основу часов стоит делать из дерева, пластика, ламината, мрамора и т. д.

Электронная схема содержит только процессор в подставку, стабилитрон через резистор 100 ком и разъемы для батареи, катушки и шагового двигателя. Собрана схема на небольшой печатной плате, вырезанной из универсальной пластины. Файлы hex, содержащие прошивку процессора — .

Самодельный магнитный маятник. Что учесть, делая магнитный двигатель своими руками

Принципиальная схема часов

Новые статьи

Популярные статьи