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《自製電磁起重機》範例

原理

應用槓桿原理及電磁感應之安培定律

材料

主體部份：

1. 塑料棒，雪條棍(文具店有售)
2. 珍珠板(文具店有售)
3. 強力永久磁鐵：釹鐵錋稀土強磁(珠海吉大電子商店有售)
4. 螺絲，螺絲帽及墊片(俗稱戒指，五金行有售)
5. 鐵釘(五金行有售)
6. 直徑0.3至0.5mm之漆包銅線(電業行有售或從廢棄的變壓器中取得)
7. 白楊木條若干(俗稱飛機木，文具店有售)
8. 塑膠盒子(文具店有售或從某些包裝上取得)
9. 橡皮筋若干(文具店有售)

控制部份：

1. D型電池盒：2顆裝x2或4顆裝x1(電業行有售)
2. 控制盒(電業行有售)
3. 一般按鈕x2，自鎖式開關x1，雙向開關x2(電業行有售)
4. 接頭一組(電業行有售)

主體部份製作方法

1. 支架及吊臂之製作：

本製作使用空心的塑料棒(圖一)作為支架及吊臂之材料，選材需以堅固及輕巧為要。支架之接合方式主要是使用黏合劑接合，因為塑料棒若以螺絲鎖緊的方式接合的話，會破壞其結構。支架及吊臂結構請參考圖二至圖四。

吊臂使用槓桿原理來吊起物件。它的一端掛上電磁鐵，另一端則用橡皮筋與支架之底部連接(圖五)；吊臂之支點則以較硬之金屬線接於支架上，並使其可轉動(圖六)。

為了使支架可以左右轉動，本製作以鐵釘作為轉軸穿過支架的底部；而為了使轉動時不會向左或右邊傾側，支架底部也裝上兩枝穩定棒(圖七)。

2. 電磁鐵及磁組：

本製作電磁鐵部份使用螺絲、螺絲帽及墊片作為鐵芯，圖一展示各電磁鐵所在位置。根據安培定律，線圈所繞之匝數愈多，吸力及斥力就愈強。基於驅使起重機左右及上下活動需要較強之吸力及斥力，所以線圈匝數愈多愈好。

按圖三所示，電磁鐵A與底座之磁組配合控制起重機左右活動，因此底座的兩個磁組之間的距離不適宜太遠。為使左右轉動時有較大之活動範圍，電磁鐵A的長度應儘量較短的螺絲作為鐵芯(本製作之長度是43mm)，所繞之線圈匝數約為700匝。另外需注意的是，螺絲帽之直徑不足夠繞上700匝漆包銅線，故須在螺絲帽兩端加上墊片。

按圖四所示，電磁鐵B與吊臂之磁組控制起重機上下活動。為了能產生較大的吸力及斥力，建議儘量使用較短之螺絲(本製作長度是25mm)，線圈匝數約為250匝，也需要使用墊片。

按圖五所示，電磁鐵C沒有使用墊片。因電磁鐵B所產生之斥力有限，製作要時除考慮能夠產生足夠的吸力外，也必須考慮其上昇和下降活動的能力，須儘量減輕其重量。因此，建議使用較短之螺絲(約25mm)，匝數約為50匝(匝數愈少愈輕，吸力相對減弱)。

製作磁組的目的是為了固定電磁鐵與強力磁鐵之間的距離。大家都知道，螺絲含有鐵的成份，當螺絲愈接近強力磁鐵時，吸力會愈大。由於吸力與距離不成正比關係，所以電磁鐵與強力磁鐵間存在著臨界距離。該臨界距離為電磁鐵與強力磁鐵間之斥力大於強力磁鐵對鐵芯所產生的吸力之距離。本製作控制左右活動部份的左右兩邊均裝上兩塊強力磁鐵，其臨界距離約為15mm，並以白楊木及珍珠板來隔開，詳見圖六至圖十。

吊臂之磁組製法同上，本製作使用了三塊強力磁鐵，臨界距離為8mm，見圖十一。

3. 配重箱及可調固定座之製作：

於起重機支架上加上配重箱之目的是，利用槓桿原理調整支架的重心位置，減低它左右轉動時與底座的摩擦，並使轉動更加暢順。配重箱使用之材料為塑膠盒子(圖一，圖二)。

可調固定座由兩部份組成：其一是固定於起重機支架上的塑料棒，其二是與電磁鐵B接合之文件夾(圖三)，它的主要作用是調整電磁鐵B與磁組的距離。

控制部份製作方法

1. 電源部份之製作：

本製作之電源使用了兩個2顆裝之D型電池盒，它們分別給安裝於控制盒的內部及外部(圖一，圖二)，連接方式是把4顆D型電池串連。

2. 控制按鍵之製作：

本製作共使用了三種不同種類的按鍵來控制起重機的所有動作，三種按鍵分別是自鎖式開關、雙向開關及一般按鈕。自鎖式開關特點是按一下即接通電路，並一直維持通路狀態，只有再按一下才會斷路，適合用來控制電磁鐵C。而一般按鈕的特性是不按住的話，將無法維持通路狀態，配合雙向開關來控制電磁鐵A及電磁鐵B，見圖三。控制A,B,C三組電磁鐵之電路連接方式為並聯，主體部份與控制部份透過接頭連接，見圖四。