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《自制电磁起重机》范例

原理

应用杠杆原理及电磁感应之安培定律

材料

主体部份：

1. 塑料棒，雪条棍(文具店有售)
2. 珍珠板(文具店有售)
3. 强力永久磁铁：钕铁錋稀土强磁(珠海吉大电子商店有售)
4. 螺丝，螺丝帽及垫片(俗称戒指，五金行有售)
5. 铁钉(五金行有售)
6. 直径0.3至0.5mm之漆包铜线(电业行有售或从废弃的变压器中取得)
7. 白杨木条若干(俗称飞机木，文具店有售)
8. 塑胶盒子(文具店有售或从某些包装上取得)
9. 橡皮筋若干(文具店有售)

控制部份：

1. D型电池盒：2颗装x2或4颗装x1(电业行有售)
2. 控制盒(电业行有售)
3. 一般按钮x2，自锁式开关x1，双向开关x2(电业行有售)
4. 接头一组(电业行有售)

主体部份制作方法

1. 支架及吊臂之制作：

本制作使用空心的塑料棒(图一)作为支架及吊臂之材料，选材需以坚固及轻巧为要。支架之接合方式主要是使用黏合剂接合，因为塑料棒若以螺丝锁紧的方式接合的话，会破坏其结构。支架及吊臂结构请参考图二至图四。

吊臂使用杠杆原理来吊起物件。它的一端挂上电磁铁，另一端则用橡皮筋与支架之底部连接(图五)；吊臂之支点则以较硬之金属线接于支架上，并使其可转动(图六)。

为了使支架可以左右转动，本制作以铁钉作为转轴穿过支架的底部；而为了使转动时不会向左或右边倾侧，支架底部也装上两枝稳定棒(图七)。

2. 电磁铁及磁组：

本制作电磁铁部份使用螺丝、螺丝帽及垫片作为铁芯，图一展示各电磁铁所在位置。根据安培定律，线圈所绕之匝数愈多，吸力及斥力就愈强。基于驱使起重机左右及上下活动需要较强之吸力及斥力，所以线圈匝数愈多愈好。

按图三所示，电磁铁A与底座之磁组配合控制起重机左右活动，因此底座的两个磁组之间的距离不适宜太远。为使左右转动时有较大之活动范围，电磁铁A的长度应尽量较短的螺丝作为铁芯(本制作之长度是43mm)，所绕之线圈匝数约为700匝。另外需注意的是，螺丝帽之直径不足够绕上700匝漆包铜线，故须在螺丝帽两端加上垫片。

按图四所示，电磁铁B与吊臂之磁组控制起重机上下活动。为了能产生较大的吸力及斥力，建议尽量使用较短之螺丝(本制作长度是25mm)，线圈匝数约为250匝，也需要使用垫片。

按图五所示，电磁铁C没有使用垫片。因电磁铁B所产生之斥力有限，制作要时除考虑能够产生足够的吸力外，也必须考虑其上升和下降活动的能力，须尽量减轻其重量。因此，建议使用较短之螺丝(约25mm)，匝数约为50匝(匝数愈少愈轻，吸力相对减弱)。

制作磁组的目的是为了固定电磁铁与强力磁铁之间的距离。大家都知道，螺丝含有铁的成份，当螺丝愈接近强力磁铁时，吸力会愈大。由于吸力与距离不成正比关系，所以电磁铁与强力磁铁间存在著临界距离。该临界距离为电磁铁与强力磁铁间之斥力大于强力磁铁对铁芯所产生的吸力之距离。本制作控制左右活动部份的左右两边均装上两块强力磁铁，其临界距离约为15mm，并以白杨木及珍珠板来隔开，详见图六至图十。

吊臂之磁组制法同上，本制作使用了三块强力磁铁，临界距离为8mm，见图十一。

3. 配重箱及可调固定座之制作：

于起重机支架上加上配重箱之目的是，利用杠杆原理调整支架的重心位置，减低它左右转动时与底座的摩擦，并使转动更加畅顺。配重箱使用之材料为塑胶盒子(图一，图二)。

可调固定座由两部份组成：其一是固定于起重机支架上的塑料棒，其二是与电磁铁B接合之文件夹(图三)，它的主要作用是调整电磁铁B与磁组的距离。

控制部份制作方法

1. 电源部份之制作：

本制作之电源使用了两个2颗装之D型电池盒，它们分别给安装于控制盒的内部及外部(图一，图二)，连接方式是把4颗D型电池串连。

2. 控制按键之制作：

本制作共使用了三种不同种类的按键来控制起重机的所有动作，三种按键分别是自锁式开关、双向开关及一般按钮。自锁式开关特点是按一下即接通电路，并一直维持通路状态，只有再按一下才会断路，适合用来控制电磁铁C。而一般按钮的特性是不按住的话，将无法维持通路状态，配合双向开关来控制电磁铁A及电磁铁B，见图三。控制A,B,C三组电磁铁之电路连接方式为并联，主体部份与控制部份透过接头连接，见图四。