При постройке мотора можно использовать замечательное свойство магнитов притягиваться разноименными полюсами и отталкиваться — одноименными. Попробуйте свести одноименными полюсами два подковообразных магнита, наложите на них листок бумаги и с помощью железных опилок посмотрите силовые линии магнитного поля. Вы увидите, как расходятся друг от друга линии поля одноименных полюсов (рис. 16). Теперь сведите магниты разноименными полюсами и посмотрите, как тянутся линии поля от полюса к полюсу.
Второй мотор можете сделать почти так, как первый, нужно только добавить обмотку на полоски ротора. Этот мотор показан на рисунке 17.
В первом моторе у нас только электромагнит статора тянул к себе полоски, а здесь и они еще намагничиваются током и поэтому гораздо сильнее притягиваются магнитом статора. Получается гораздо лучше.
Второй мотор должен так работать: ток проходит по обмоткам подковообразного электромагнита статора и по обмотке электромагнита ротора; ротор намагничивается так, что, скажем, ближайший к нам полюс его (рис. 18, вверху) становится северным, дальний — южным, а в это время правый полюс магнита статора тоже становится северным, а левый — южным.
Получится очень хорошо: левый, южный полюс статора оттолкнет дальний, тоже южный полюс ротора и потянет к себе ближайший, северный полюс; а правый полюс статора, наоборот, потянет к себе дальний полюс ротора и оттолкнет ближний. Значит, все четыре полюса вместе заставят ротор быстро повернуться. В тот момент, когда полюсы ротора станут над винтами, нужно мгновенно перемагнитить ротор (рис. 18, в середине).
Дело в том, что головки винтов становятся северными или южными полюсами в зависимости от того, в какую сторону протекает ток по обмоткам винтов. Если посмотреть на полюс магнита сверху и если при этом ток протекает по направлению вращения часовой стрелки (рис. 19, вверху), то этот долгое всегда становится южным, а если ток идет против часовой стрелки, полюс становится северным. Поэтому полюсы подковообразных магнитов всегда обматываются в разные стороны. Но можно, не меняя направления обмотки, намагнитить полюсы наоборот: северный сделать южным, а южный — северным. Это очень просто: нужно поменять присоединение концов обмотки к батарейке (рис. 19, внизу).
Так вот, если в тот момент, когда полюсы ротора станут над полюсами статора, переключить концы обмотки ротора, он перемагнитится. Одноименные полюсы' ротора и статора окажутся вместе, снова станут отталкиваться друг от друга, и вращение ротора не прекратится (рис. 18, внизу). Ротор будет продолжать двигаться в ту же сторону, а не пойдет обратно, потому что он успел немного разогнаться, и концы его обязательно проскочат над винтами дальше. Если каждый раз, когда полюсы ротора будут проходить над винтами, перемагничивать их, мотор будет работать.
Примерно так же был устроен самый первый в мире электромотор, изобретенный русским ученым Якоби. Больше ста лет назад, в ноябре 1834 года, он построил мотор, показанный на рисунке 20. Только ось ротора была не вертикальной, как у нас, а горизонтальной, и магнитов было не два, а восемь — по четыре подковообразных на статоре и на роторе. Свой мотор Якоби установил в 1838 году на большой десятивесельной шлюпке и — тоже впервые в истории — поплыл с электрическим двигателем по реке Неве. Двенадцать пассажиров помещались в шлюпке. Батарея в,320 элементов давала ток мотору.
Наша конструкция хоть гораздо проще, но работает хорошо. Можете изготовить этот мотор так же, как и первый. Добавить нужно только обмотку на якорь, сделать другой подшипник, уже не прерыватель, а так называемый коллектор, и пружинки — щетки. Ведь тут надо не прерывать ток, а переключать концы обмоток якоря. Это и делает коллектор, а как — дальше разберетесь.
В этом моторе ток включен без перерывов, все время. Благодаря этому мотор получается - гораздо сильнее первого, а поэтому перекладина-подшипник должна быть попрочнее. Она может быть жестяной, но чтобы не гнулась, сделайте, как на краях ведер: подложите с боков проволоку толщиной примерно 2 мм, и загните жесть (рис. 21). Проволока закладывается в виде двух П, сходящихся „ножками“.
При этом удобно надевать подшипник: вытяните немного проволоку, наденьте на стойки и вдавите обратно—проволока войдет в канавки стоек, и подшипник окажется крепко установленным.
Длину обмотки якоря рассчитайте так, чтобы она поместилась между катушками статора. Не забудьте сначала оклеить якорь бумагой, затем приклейте с обеих сторон картонные „щеки“ и лишь тогда обматывайте. „Щеки“ поставьте так, - чтобы они свободно проходили между катушками статора, и тогда будете спокойны, что не намотаете дальше, чем нужно. Концы якоря оберните полосками жести.
Проволока нужна диаметром 0,3 мм. Обмотку начните с середины, от того места, где проходит ось. Намотайте аккуратно, виток к витку, один ряд проволоки до „щеки“, не разрывая проволоки, намотайте сверху второй ряд в том же направлении обратно до середины; затем третий ряд и обратно четвертый (рис. 22). Не обрывая проволоки, в том же направлении обмотайте другую половину якоря и завяжите конец, чтобы обмотка не разошлась.
На каждую половину якоря должно улечься по 120-130 -витков (всего около 12 м провода на всю обмотку).
На винты статора намотайте по 200 витков такой же проволоки.
Для коллектора нужно изготовить правильный цилиндрик с отверстием в центре точно по толщине оси. Мы перепробовали много способов: брали кусочек карандаша и выталкивали из него графит, пробовали выстрогать палочку, просверлить отверстие для оси, — все плохо получается. Легко сделать правильную палочку на токарном станке, а без него — никак. Лучше всего выходит цилиндрик из... бумаги.
Нарежьте из старого чертежа несколько полосок шириной 2 см. Приготовьте жидкий столярный клей или хороший конторский и наматывайте бумагу на ось, все время, смазывая ее клеем. Старайтесь мотать плотно, а о краях не заботьтесь — пусть получатся неровными, потом обрежете. Когда кончится одна лента, вторую не накладывайте на конец первой, а приклейте встык, иначе получится бугорок. Намотайте цилиндрик диаметром примерно 1 см, оборвите ленту, обвяжите цилиндрик ниткой и положите высохнуть. Когда он высохнет, обрежьте острым ножом с обоих концов. Длина цилиндрика должна быть равна 1 см.
На цилиндрике нужно сделать две обкладки. Хорошо, если достанете для них тонкую латунь. Попробуйте раздобыть кусочек старой, так называемой бергмановской трубки, в которой часто помещают проводку к электромоторам или осветительную проводку. В крайнем случае, можете взять кусочки жести.
Измерьте ниткой длину окружности цилиндрика, разделите пополам и вырежьте две обкладки шириной чуть меньше подсчитанной. Длина обкладки должна быть такой же, как длина цилиндрика. Обкладки похожи на лопаты (рис. 23, слева); к их ручкам присоединятся потом провода.
Готовые обкладки должны плотно прилегать к цилиндрику. Согните их и привяжите ниткой с клеем к цилиндрику точно одну против другой. Между обкладками должны остаться узенькие щели. Если где-нибудь обкладки коллектора касаются одна другой, мотор совсем не будет работать, а присоединенная батарейка испортится.
Вот и готов коллектор. Наденьте его на ось и прикрутите к ручкам очищенные от изоляции концы обмотки якоря (все равно, какой конец, к какой ручке).
Теперь можете собрать весь мотор и изготовить щетки. Их лучше всего делать так, как показано на рисунке 24, внизу. Они простые и пружинят хорошо.
Изогните их из медной проволоки диаметром примерно 1 мм.
Для удобного присоединения к мотору проводов сделайте по рисунку 24 (вверху) пружинящие клеммы. Их конструкция понятна по рисункам. Лучше всего, если достанете пружинящую латунь; можно использовать жесть.
Остается теперь правильно установить коллектор и присоединить концы обмоток статора.
Задача коллектора — переключать ток в обмотке якоря. К обкладкам коллектора присоединены концы обмотки якоря, а к щеткам подводится ток. На рисунке 25 видно, что получается при вращении. Как только якорь становится над винтами, щетки переходят с одной обкладки на другую (рис. 25, внизу слева). Значит, направление тока в обмотке якоря меняется и он перемагничивается.
Ясно, что коллектор должен быть установлен так, чтобы как раз тогда, когда якорь станет над винтами, щетки перешли на другие обкладки. Тут надо очень внимательно все сделать: небольшая неправильность установки коллектора сильно ухудшает работу мотора.
Концы щеток присоединяются к клеммам. Они просто зажаты под ними. К клеммам же присоединяются и концы обмоток - статора. Можете сначала попробовать работу мотора, включив обмотку одного винта, а затем второго, как делали в первом моторе. Можете сразу соединить обмотки обоих винтов, рассчитав, чтобы направление тока в обмотках было разным (рис. 26).
Если оба винта обмотаны в одну и ту же сторону, их легко включать. Начала обмоток обоих винтов присоедините к клеммам, а концы обмоток соедините вместе. Можете наоборот: концы обмоток присоединить к клеммам, я начала — между собой. Это все равно.
Когда все сделаете, проверьте; не торопитесь — в спешке легко ошибиться. Приключите батарейку, и ротор сразу сам сдвинется с места и пойдет все быстрее и быстрее. Этим мотором можете приводить в движение самодельные механизмы. Включите его от хорошего, сильного трансформатора или от трех-четырех больших элементов, и он будет приводить в движение разные модели, сделанные из „конструктора“.
Мотор такого же типа можно сделать по-другому.