Маленькие вещи, которые я не знал о небольших двигателях постоянного тока

Мы все разобрали маленькую игрушку и вытащили один из этих маленьких моторчиков. «С этим! Я могу все!» мы провозглашаем, держа его ввысь. Десять минут спустя, после того как мы заставили его вращаться несколько раз, он уходит в ящик, и его больше никто не видит.

Всегда кажется, что они присутствуют во всем, но заставить их эффективно функционировать в проекте — глупая затея. Какого черта они нужны? Где люди учатся черной магии, необходимой для их функционирования? К ним достаточно легко вытащить спецификацию. Большинство из них производятся японской компанией Mabuchi Motor Corporation или созданы для имитации двигателей. Только эта компания производит более 1,5 миллиардов крошечных моторов в год.

В характеристиках вы найдете такие параметры, как рабочая скорость, напряжение, ток срыва и крутящий момент срыва. Но они не предлагают ничего, кроме убедительного руководства по применению или базового набора предположений, которые инженер должен сделать перед его использованием. Это ни в коем случае не полный список, и почти полностью мы опускаем электрику, поскольку этот аспект двигателей постоянного тока неоправданно хорошо задокументирован.

Первое, что следует отметить, это то, что они на самом деле не предназначены для прямого управления чем-либо. Они предназначены для изоляции от фактического движения с помощью зубчатой ​​передачи. Это происходит по многим причинам. Во-первых, они обычно вращаются очень быстро: 6000–15 000 об/мин не являются чем-то необычным даже для самого маленького мотора. Таким образом, хотя в техническом описании может быть указано что-то впечатляющее, например, двигатель мощностью 3 Вт, это не совсем так. Скорее, это 3 Н*м/с на 15 000 оборотов двигателя в минуту. Или всего лишь 1,2 милливатт на оборот, это странная единица измерения, которую я использую только для демонстрации, но она дает ощущение, что здесь нет тонны «мощности». Однако, если вы начнете комбинировать множество вращений вместе с помощью зубчатой ​​передачи, вы сможете получить от нее реальную мощность, даже с учетом потерь на трение.

Единственные потребительские товары, которые, на мой взгляд, регулярно нарушают это правило, — это очень дешевые детские игрушки, которые в любом случае не рассчитаны на длительный срок службы, а также электроластики и мешалки для кофе. Оба они считают само собой разумеющимся, что их потребности в крутящем моменте низкие, а потребности в скорости высоки, или что сгорание двигателя не является реальной потерей для мира (по крайней мере, в краткосрочной перспективе).

Это связано с тем, что мощность двигателей снижается почти мгновенно. Большинство этих двигателей представляют собой сотни витков очень тонкой эмалированной проволоки, обернутых вокруг пластин из кремнистой стали, сваренных точечной сваркой или иным образом скрепленных вместе. Это означает, что даже небольшого теплового воздействия в несколько миллисекунд может быть достаточно, чтобы прожечь покрытие толщиной 10 микрометров, изолирующее катушки друг от друга. Фактически, если вы заглохнете небольшой мотор несколько раз подряд, вы можете его выбросить, потому что уже невозможно угадать, какова его фактическая производительность. Аналогично, постоянные затруднения при запуске, перенапряжение, перегрузка по току и другие злоупотребления могут быстро вывести из строя двигатель. Поскольку производимая им энергия должна распределяться на множество оборотов, двигатель просто не предназначен (и не может быть разумно построен) для выработки всей этой энергии за один резкий толчок.

Это подводит меня к еще одной небольшой заметке об этих крошечных моторах. У большинства из них нет угольных щеток, которые можно ожидать от более мощных двигателей. В основном у них есть медная полоска, на которой отштамповано несколько пальцев, прижимающих к коммутатору. У этих металлических контактов есть много плюсов, и это не только экономия средств, но если вам не удалось прочитать «Электрические контакты» Рагнара Холма и действительно понять это, их трудно объяснить. Есть всякая магия. Например, формирование правильной оксидной пленки на поверхности коллектора — это отдельная битва.

Это странный компромисс. Например, вы можете удешевить двигатель, используя металлические контакты. Металлические контакты также имеют гораздо меньшее трение, чем угольные или графитовые щетки. Они тише, а также пропускают меньший ток, что может показаться плохим, но если у вас заглохший двигатель с волосоподобными прядями, то последнее, что вам хотелось бы сделать, — это передать как можно больший ток. через них. Однако тонкий, как бумага, лист меди тоже не прослужит долго.