Cambios

En la Figura 2 se ilustra el uso de estas propiedades para hacer andar el motor. Los imanes permanentes están fijos y paralelos de modo que el polo magnético Norte (N) de uno de ellos se enfrenta al polo magnético Sur (S) del otro. El electroimán puede girar alrededor de un eje perpendicular al eje de la bobina por su centro, eje que en la figura es perpendicular al papel por el punto central. En la parte izquierda de la figura el polo S del electroimán es atraído por el N del imán de la izquierda y el N por el S del imán de la derecha. Ésto hace girar el electroimán en el sentido indicado por la flecha central. Si se invierte la corriente del electroimán cuando éste pasa por la posición horizontal, sus polos magnéticos se invierten pasando a ser los de la parte derecha de la figura. Ahora se produce una repulsión que tiende a alejar los polos del electroimán de los iguales de los imanes, lo que refuerza la fuerza de rotación en el sentido inicial. Esta configuración de polos se mantiene hasta que, por el impulso adquirido, el electroimán completa media vuelta. Se vuelve entonces a repetir la atración, comutación de corriente y repulsión recién descriptas, manteniendo de modo continuo la rotación de la bobina.

Es fácil ver que la inversión del sentido de circulación de la corriente ~~—que~~ —que transforma, en el electroimán, los polos magnéticos N en S y ~~viceversa—~~ viceversa— invierte el sentido de rotación de la bobina. En efecto, en la figura izquierda el reemplazo de los polos magnéticos hace que la atracción se transforme en repulsión, tendiendo a hacer girar la bobina en el sentido opuesto al de la flecha. Lo mismo sucede en la figura derecha, donde la repulsión se transforma en atracción. El cambio del sentido de giro al invertir la alimentación ~~—intercambio~~ —intercambio de borne positivo con ~~negativo—~~ negativo— es común a todos los motores de corriente continua con escobillas (ver sección Colector y escobillas), no en aquellos donde la conmutación de corriente se hace electrónicamente, caso de los ventiladores de PC.

==Materiales y útiles==

Los imanes son esenciales para el funcionamiento del motor pero, aunque pueda parecer extraño, el uso de imanes demasiado poderosos puede hacer que el motor funcione mal. La razón es la atracción permanente que ejercen sobre los núcleos de hierros de la bobina (los trozos de perno) que debe ser, como mínimo, cancelada por la bobina. Se puede verificar ésto levantando clavos con el imán, cuyo número no debe exceder al de los levantados por la bobina. Para nuestro diseño el imán de un parlante de 2” o 3” (pulgadas) es suficiente si se lo usa del lado de menor atracción, el opuesto al cono de papel que por vibración genera el sonido. Un experimento muy instructivo es usar el lado opuesto de los imanes, verificando cómo funciona entonces el motor. El momento oportuno para hacerlo es en la etapa final de su montaje.

Pueden obtenerse de parlantes descartados por mal funcionamiento ~~—los~~ —los talleres de reparación de artefactos electrónicos suelen ~~regalarlos—~~ regalarlos— ya que sus imanes no pierden sus propiedades magnéticas y los desperfectos son usualmente de los conos y bobinas móviles. Si se compran, conviene elegir un par cuyas polarizaciones magnéticas sean opuestas, para lo que basta verificar que sus partes traseras (las que se enfrentarán al rotor) se atraigan. Si ya se tienen dos parlantes cuyas partes traseras se repelen, hay que desmontar con cuidado el anillo magnético de uno de ellos y darlo vuelta, sujetándolo nuevamente con resina epoxi. Usualmente están montados con una resina frágil que se desprende si se deforma levemente el recipiente en que están embutidos. El diagrama de la Figura 2 muestra la distribución de polos magnéticos que debe tener el motor para funcionar correctamente. Si el imán con su entrehierro (la pieza metálica que va dentro del anillo de material magnético) no pueden separarse del parlante, hay que recortar su soporte metálico con una sierra para metales de modo de conservar sólo estas dos partes.

Ambos imanes se sujetarán provisoriamente, con cinta de enmascarar, en un extremo de la cara de 6 cm x 3 cm de los bloquecitos de madera, en la posición que se ve en la Figura 1. En el otro extremo de la misma cara se coloca un esquinero de 25 mm x 25 mm con tornillos Parker cabeza plana de 6 x 3/8, sin fijarlos todavía a la base. La razón del montaje provisorio es que la altura final de los imanes se determinará recién después de hacer el montaje de la bobina, con cuyos núcleos deben quedar bien alineados.

Archivo:circuito inversor A.jpg

Archivo:circuito inversor B.jpg

Para asegurar la buena circulación de la corriente eléctrica y la buena fijación, todas las conexiones a la caja de pilas y a la llave inversora deben soldarse con estaño del usado en trabajos de electrónica, pero con una recomendación especial para los novatos. Las llaves (así como otros tipos de conectores) que se consiguen en Argentina están hechas con materiales termoplásticos que se ablandan con el calor. El excesivo calentamiento de los terminales las inutiliza, por lo que hay que tomar precauciones especiales para evitarlo, como las que se usan para soldar transistores (que también se arruinan con el excesivo calor, aunque por otras razones). Los diestros en soldadura pueden evitar el problema haciendo una aplicación rápida de soldadura. Los menos diestros necesitarán la ayuda de alguien para que sujete la base del terminal que va a soldar (es decir la parte donde el terminal se inserta en la llave) con una pinza de puntas finas. El metal de la pinza recibirá la mayor parte del calor del terminal, evitando que se transfiera al plástico, lo que permite hacer aplicaciones más prolongadas de calor y mejores soldaduras.

[[Archivo:Motor eléctrico distribución componentes.jpg|300px|right|thumb|<small><center>'''Figura 9. Distribución de partes en la base.'''</center></small>]]Se da a continuación el orden de preparación y montaje de las diferentes partes del motor, orden que es crucial respetar para poder hacer un buen ajuste que optimice el funcionamiento. En ningún caso debe pegarse ninguna pieza a la base: puede ser necesario cambiarla de posición o reemplazarla, por lo que todas deben ser desmontables.

Los tres bloques de madera deben lijarse y también barnizarse si se quiere mejorar su duración (humedad y rayaduras) y estética (manchas). El barniz más apropiado es uno brillante y resistente al maltrato, como los barnices marinos o para pisos. La lija a usar depende de la dureza de las maderas, pero en todos los casos debe usarse primero una de grano grueso (como la Nº 120) para eliminar las asperezas principales y luego una de grano más fino para completar la terminación (como la Nº 180). Es recomendable dar tres manos de barniz, dejando pasar 1 día entre 2 manos sucesivas y lijando suavemente con una tercera lija de grano bien fino (Nº 220) antes de aplicar la mano siguiente.

El fácil giro del rotor —sistema formado por la bobina, el eje y el colector— se logra soportando sobre piezas metálicas ambos extremos del eje. El medio más simple es usar dos esquineros metálicos de 50 mm. Estos esquineros son usualmente simétricos y cada brazo tiene 2 agujeros para los tornillos de sujeción. Basta usar un tornillo para el extremo que irá fijado a la base, por lo que conviene cortar el exceso con una sierra de metales de dientes finos. En la parte superior del extremo largo de cada uno se hace un agujero de 2 mm para el pasaje del eje. Conviene hacer este agujero pasante con el taladro de banco para garantizar su perpendicularidad.

Los esquineros se montan sobre la base cerca del borde, como se indica en la Figura 9, donde los cuadrados corresponden a las partes recortadas de los esquineros y los brazos verticales no recortados está ubicados del lado exterior. Se marca la posición de los agujeros (los círculos blancos de la figura) con un punzón y se perfora el agujero guía de los tornillos Parker con una broca de 2,5 mm. Se fija primero un esquinero, se introduce en él el eje del rotor y luego se coloca y atornilla el segundo esquinero, sin apretar demasiado. Si los soportes están bien alineados el rotor debe girar con facilidad; de lo contrario, se corrige la posición de los soportes hasta lograrlo.

El rotor debe balancearse, tal como se hace con las ruedas de los automóviles, para disminuir sus vibraciones cuando gira a alta velocidad. Para esto se introducen primero ambos núcleos hasta el fondo de la bobina, el punto donde tocan al eje. Se pone luego la bobina horizontal y se la libera. Si está bien balanceada, mantendrá su posición. Si uno de sus extremos desciende, hay que extraer poco a poco el núcleo del otro extremo, hasta lograr el equilibrio.

La fuerza de los imanes y la centrífuga generada en la rotación del motor pueden sacar los núcleos de su posición, por lo que hay que aplicar un filete de resina epoxi que fije los trozos de bulón al carretel. No se necesita una capa gruesa, sólo la necesaria para redondear el ángulo de encuentro entre cada núcleo y el carretel. Ésto debe hacerse antes de que endurezca la resina, pasando suavemente por dicho ángulo el dedo mojado con un poco de detergente.

El rotor requiere algún tipo de topes para que no se desplace lateralmente durante la rotación. Un método simple es usar pequeñas 2 arandelitas de plástico que calcen bien apretadas sobre el eje, por dentro o por fuera de los soportes. Estas arandelitas se recortan del extremo vacío de un tanque de bolígrafo, para lo que hay que probar varias marcas hasta encontrar la que da la medida adecuada (existen, sólo hay que tener un poco de paciencia en la búsqueda).

Para las escobillas hay que usar lámina de cobre más bien gruesa para que combinen suficiente rigidez con elasticidad. Una chapa de 0,4 mm probó ser suficiente, chapa que podría ser también de aluminio o bronce de otros espesores. Para hacer bien el corte, fotocopie el patrón en tamaño natural de la Figura 5 y péguelo con adhesivo de contacto sólido soluble en agua. Haga el recorte con una tijera chica de cortar metales, ya que una mucho más cara de costura se arruinaría en la tarea. La contigüidad de las escobillas en el patrón tiene por objeto minimizar la cantidad de cortes y el desperdicio de material.

La parte inferior de la Figura 5 sugiere la forma aproximada de las escobillas terminadas, pero su ajuste final debe hacerse una vez que están montadas sobre la base. Antes de montarlas sobre ellas, para facilitar la posterior soldadura de los cables de alimentación, conviene estañar con el soldador los extremos contiguos a los agujeros de los tornillitos de sujeción de bronce de 14 x 10, cabeza redonda.

Los extremos angostos de las escobillas, que harán contacto con el colector, deben quedar perfectamente verticales y paralelos entre sí. La presión con que se asientan sobre las delgas es crítica para el buen funcionamiento del motor. La razón es que a la gran velocidad de giro del rotor, cualquier pequeño rebote puede interrumpir el contacto eléctrico, el que debe ser constante y uniforme en todo momento. Para evitar este problema se usa una gomilla común, del tipo usado para sujetar rollos de papel, la que se corta, se pasa por las muescas de las 2 escobillas y se ata como se muestra en la Figura 1. El punto óptimo de atadura (es decir, la tensión de la gomilla) se regulará en la etapa final de afinación del funcionamiento.

Es difícil conseguir una llave doble inversora miniatura de montaje superficial que se pueda fijar a cualquier superficie con un par de tornillos. En general habrá que usar una de montaje pasante, la que usan la mayoría de los aparatos electrónicos, y fabricarle un montaje, como fue mi caso. Para ello se puede usar un trozo de chapa de aluminio de 1 mm de espesor o (más fácil de conseguir) una chapita de transformador. En la Figura 14 se da la forma del montaje, no las dimensiones, las que deberás fijar de acuerdo con tu llave particular.

Se sueldan todos los cables de la llave inversora según el circuito de la Figura 12. Aunque es obvio para los que saben del tema, hay que aclarar a los novatos que los cables no se disponen como en esa figura sino con las longitudes mínimas indispensables para efectuar la conexión más un margen de 1 o 2 cm para los cables largos en caso de que alguno se corte y haya que reconectarlo. La fotografía de la Figura 15 muestra las conexiones terminadas.

Pruebe ahora el funcionamiento del sistema verificando si circula corriente por la bobina y si se invierte su sentido con la llave inversora. Para ello, acerque uno de los imanes a un extremo de la bobina, verificando la atracción y repulsión según la posición del rotor.

El montaje de los imanes con sus soportes debe hacerse de modo que no toquen los núcleos que sobresalen de la bobina. Por la misma razón que imanes demasiado potentes pueden hacer que el motor funcione mal, su colocación a la mínima distancia posible no necesariamente optimiza el funcionamiento. En efecto, si la magnetización que los imanes inducen en los núcleos de la bobina es demasiado grande para ser revertida por el bobinado, es conveniente aumentar la separación. Esto debe verificarse experimentalmente, para lo cual necesitarás ayuda de otra persona de modo que uno se ocupe de mantener los imanes en posición verificando que estén bien centrado con la bobina, y otro de dar el envión inicial a la bobina. Se prueba luego de alejarlos, simétricamente, comparando la velocidad de rotación con la previa. Los imanes deben fijarse a la base en la posición en que la velocidad de rotación es máxima. Si no notas diferencia, colócalos de modo que cuando la bobina esté horizontal queden a 1 mm de distancia del núcleo más cercano (si se desplazaron para hacer el balanceo, uno de ellos estará más cercano que el otro).

Una vez determinada la posición hay que proceder a la fijación definitiva de los imanes a sus soportes, hasta ahora provisoriamente sujetos con cinta de enmascarar. Deben quedar bien centrados respecto de los núcleos cuando la bobina está horizontal. Marque la posición de los tornillos del esquinero primero con marcador y luego con el punzón, haga los agujeros guía de 2,5 mm y coloque los tornillos verificando la buena alineación del soporte antes de ajustarlos a fondo (siempre hay un margen de rotación de los esquineros). Para evitar las vibraciones de los imanes cuando el motor está en funcionamiento (las fuerzas son bastante grandes) el soporte de madera debe estar bien asentado en la base. Verifique si es así mirando por el costado en dirección rasante a la base. Si hay una pequeña luz entre la madera o el hierro ángulo y la base, verifique si el ángulo es recto y si no suplemente con trocitos de carton hasta hacerla desaparecer.

La afinación y puesta en marcha siguiente requiere numerosas pruebas que pueden tanto agotar como dañar las pilas. Verifique continuamente su temperatura palpándolas: deben estar a lo sumo tibias; si se calientan más, desconecte el motor y déjelas enfriar.

El contacto de las escobillas y la presión que hacen sobre el colector son factores críticos para el buen funcionamiento. Las superficies de las escobillas deben ser paralelas a la del colector, lo que puede verificarse mirando si las chispas que se generan durante el funcionamiento están distribuidos uniformemente sobre el área de contacto o están concentradas en un punto. En el último caso corrija la falta de paralelismo torciendo el colector suavemente con una pinza.

Si la presión de las escobillas es insuficiente, el motor no alcanzará su velocidad máxima por mala transmisión de la corriente. Si la presión es excesiva, tampoco la alcanzará por exceso de roce. Hay un punto medio óptimo que puede verificarse apretando ambas escobillas con los dedos y variando la presión hasta encontrarlo. Ajuste la tensión de la gomilla, corriendo el nudo, hasta obtener la tensión óptima.

Si se invierte la polaridad es probable que que el motorcito funcione más rápido en un sentido de giro que en el opuesto. Ésto se debe a que las ranuras del colector no han quedado bien alineadas con el eje de la bobina. Puede corregirse girando el colector con los dedos o usarse esta propiedad para obtener la máxima velocidad posible de giro en un sentido privilegiado, que debería entonces marcarse en la llave inversora con un punto rojo usando esmalte para uñas.

Cómo armar un motor eléctrico

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