В свят, изпълнен с високотехнологични роботизирани комплекти и програмируеми джаджи, един сръчен мъж реши да се върне към основите на физиката.

Джейми от YouTube канала Jamie’s Brick Jams построи напълно функциониращ електрически мотор, използвайки предимно обикновени LEGO тухли, няколко основни електронни части и прости електромагнитни принципи. Без усъвършенствани моторни модули и без сложни контролни платки: само магнити, медна тел, транзистор и 9-волтова батерия.

„Повечето мотори се нуждаят от контролер, но не и този. Той няма микроконтролер, няма регулатор на скоростта и няма механичен комутатор“, казва Джейми във видеото си.

Резултатът е един от най-простите мотори, които светът е виждал. Чрез този проект Джейми показва, че основните идеи, стоящи зад съвременните машини – автомобили, вентилатори и дори индустриални роботи – могат да бъдат разбрани с прости компоненти и малко търпение.

Електрическите двигатели обикновено изглеждат сложни, защото основните им части са скрити в метални корпуси. Всъщност обаче те се основават на един прост принцип: когато електричеството преминава през намотка от проводник, се създава магнитно поле. Ако това магнитно поле взаимодейства с постоянен магнит, се получава движение.

Двигателят на Джейми започва с ротор – въртящата се част. Роторът използва два неодимови магнита, монтирани един срещу друг по оста. Те са внимателно балансирани, така че роторът да се върти плавно, без да се клати. За да се поддържат магнитите стабилни по време на тестването, беше необходимо малко количество временно лепило.

„Използвах два от тези силни неодимови магнита с размери 20 x 10 mm. Можете да използвате повече от два, но тези два трябва да ни осигурят добра скорост на ротора“, добавя Джейми.

До ротора се намира задвижващата бобина. Джейми намотава на ръка 150 пъти меден проводник около изработената от LEGO структура. Когато електричеството преминава през тази бобина, тя създава магнитно поле. Това магнитно поле тласка или дърпа магнитите на ротора, като им дава лек тласък.

Моторът стартира с един импулс от 9-волтова батерия. Един импулс обаче го поддържа да се върти само за няколко секунди. Инерцията бързо изчезва. Това е основното предизвикателство при простите мотори: те се нуждаят от прецизно синхронизиране. Ако магнитното тласкане се случи в неподходящ момент, роторът може да забави или да спре.

За да поддържа непрекъснато движение, Джейми добави втора бобина, която действа като сензор. Тази сензорна бобина има около 100 навивки от по-тънък проводник с дебелина 32. Когато един от магнитите на ротора мине покрай нея, той индуцира малък ток в сензорната бобина. Този малък сигнал се изпраща в проста верига, съдържаща един транзистор TIP31C и опционален LED индикатор.

В най-простата си форма с два магнита, моторът достига около 1300 оборота в минута преди предавката. Когато Джейми добавя редуктор 3:1, скоростта спада, но въртящият момент се увеличава значително. С допълнителни LEGO зъбни колела, ременен привод и дори стара система за управление от LEGO комплект от 90-те години, моторът може да задвижва малка LEGO кола по повърхността.

На пръв поглед това може да изглежда като обикновен хоби проект. Неговата важност обаче се крие в яснотата. Eлектродвигателите захранват голяма част от съвременния свят – от домакински уреди до електрически превозни средства. Въпреки това много хора никога не виждат как функционират те в действителност. Чрез конструирането на двигател от видими и разбираеми части Джейми прави електромагнетизма осезаем. Благодарение на неговата работа учениците и студентите могат да видят в реално време как протичат синхронизацията, магнитното взаимодействие и обратната връзка.

Снимка: Pexels/Jamie's Brick Jams, YouTube

Виж още: Компресирането на GTA V от 120GB в 2.5GB е едновременно техническа магия и безсмислено упражнение