Basit Elektrik Motoru

Bu yazıda, piyasadan kolayca bulunabilen malzemelerle basit bir elektrik motorunun nasıl yapılabileceği anlatılıyor. Elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştüren elektrik motorları elektromanyetizmanın temel ilkelerine göre çalışır. Bilindiği gibi, akım geçen bir iletken, manyetik alan içerisinde bulunuyorsa iletkene bir kuvvet etkir. Bu durum şekil l'de görülüyor, iletkene etkiyen kuvvetin şiddeti, akım değerinin, manyetik alan büyüklüğünün ve iletken uzunluğunun çarpımı ile hesaplanır. Kuvvetin yönü ise akım yönü ile manyetik alan yönünün vektörel çarpımı yapılarak belirlenir.

Şekil 1: iletkene etkiyen manyetik kuvvet
Elektrik motorunun tasarımı uygun şekilde gerçekleştirildiğinde, iletkene etkiyen bu manyetik kuvvet motorun dönmesini sağlar. Akım geçen iletken ile manyetik alan kaynağı arasındaki etkileşim, iki mıknatısın birbirine etkisine çok benzer. Şekil 2 ve 3'den görüldüğü gibi, mıknatısların zıt kutupları birbirini çekerken, aynı kutupları birbirini iter. Mıknatısın akım geçen iletkene uyguladığı kuvvet de aynı şekilde düşünülebilir.

Şekil 2: çekme kuvveti

Şekil 3: itme kuvveti
Bir doğru akım motoru, stator ve rotor olarak adlandırılan iki kısımdan oluşur. Düşük güçlü motorlarda stator olarak genellikle sabit mıknatıs kullanılır. Rotorda ise sarımlar yer alır. Akımın sargılardan geçişini sağlamak üzere motor üzerinde fırça-kollektör yapısı bulunur. Bu yapı, motorun dönüşü sırasında sarımlardan geçen akımın belirli zamanlarda yön değiştirmesini de sağlar. Böylece rotordaki iletkenlere etkiyen manyetik kuvvet hep aynı yönde olur. Şekil 4-8'de bir doğru akım motorunun çalışma prensibi görülüyor.

Şekil 4
Statorda yer alan mıknatıslar manyetik alan sağlar. Manyetik alanın yönü N kutbundan S kutbuna doğrudur.

Şekil 5
Fırça-kollektör yapısı sayesinde iletken çerçeveden akım geçer

Şekil 6
Manyetik alan içinde akım geçen iletken çerçeveye bir kuvvet etkir. Bu kuvvet, çerçevenin bir tarafında yukarı doğru iken, diğer tarafında aşağı doğrudur.

Şekil 7
Manyetik kuvvetin etkisiyle, iletken çerçeve dönmeye zorlanır.

Şekil 8
Fırçalara gerilim uygulandığı sürece dönme hareketi devam eder. Bu temel bilgilerin ardından basit bir elektrik motoru yapımına geçebiliriz. Gerekli malzemeler şunlar:
Malzeme Listesi
1 adet Mıknatıs
1.5 m Emaye kaplı bakır tel
1 adet 1.5V'lukpil (AA veya C türünde)
2 adet Çengelli iğne
2 adet Boncuk
1 adet Maket bıçağı, tahta plaka
Mıknatıs olarak şekil 9'da görülen yuvarlak veya dikdörtgen prizma şeklindeki ferrit mıknatıslar kullanılabilir.

Şekil 9: Mıknatıslar
Sarımlar için emaye kaplı bakır tel gerekli. Bu teller, bobinaj işi yapan yerlerden temin edilebilir. Motorun dönen kısmının sağlam olması için telin çapı çok ince olmamalı. 0.65mm, 0.80mm veya lmm çaplı emaye kaplı bakır teller kullanılabilir. Sarım sayısı çok önemli olmamakla birlikte en az 10 sarım yapılmalı. Sarım yapılırken kolaylık sağlaması için kalem pil kullanılabilir. Şekil 10'da görüldüğü gibi 0.65mm çaplı bakır tel ile pil üzerine 10 tur sarılır. Ardından sarımlar pilin üzerinden dikkatlice çıkarılarak şekil ll'deki hale getirilir. Sarımların her iki tarafında 2-3 cm'lik düz iletken parçası olmalı.

Şekil 10: Sarım işlemi

Şekil 11: 0.65mm çaplı telden sarımlar
Farklı çaptaki tellerden yapılan sarımlar ise şekil 12 ve 13'de görülmekte.

Şekil 12: 0.80mm çaplı telden sarımlar

Şekil 13: lmm çaplı telden sarımlar
Bakır telin üzeri emaye kaplı olduğu için yalıtkan özellik gösterir. Elektrik akımının iletilebilmesi için, bir maket bıçağı yardımıyla sarımların uç kısımlarındaki emaye kaplama kazınır. Bu işlem sırasında önemli bir noktaya dikkat etmek gerekir. Şekil 14'den görüldüğü gibi, iletkenin sol tarafındaki kaplama tamamen kazınır. Sağ tarafta ise sadece iletkenin üst kısmı kazınır. Alt yarısında emaye kaplama aynen kalır. Yapılan bu işlem motorun dönmesini sağlamak için mutlaka gerekli.

Şekil 14: Emaye kaplamanın kazınması

Şekil 15: Yalıtkanın altındaki bakır iletken
iki adet çengelli iğne veya ataç kullanılarak sarımların oturtulacağı destekler hazırlanır.

Şekil 16: Çengelli iğne
Bir tahta plaka üzerine pense yardımıyla iğneler şekil 17'deki gibi sabitlenir. Sarımların her iki ucuna birer boncuk ya da tespih tanesi geçirilir. Ardından, sarımlar çengelli iğne üzerindeki halkalara yerleştirilir.

Şekil 17: Motorun son hali
Zil teli veya timsah uçlu kablo yardımıyla motorun uçları pile bağlanır. Pil olarak 1.5V'luk AA boyutunda kalem pil kullanılabilir. Sarımların direnci çok düşük olduğu için motor birkaç amper seviyesinde akım çeker. Bu nedenle pil bağlantısı yapılırken kıvılcım oluşabilir. Motorun daha hızlı dönmesi istenirse yüksek akım verebilen C veya D boyutunda piller kullanılabilir.
Şekil 18 ve 19'da dikdörtgen mıknatıs kullanılarak yapılan motorlar görülmekte.

Motorun dönüşü esnasındaki görüntü şekil 20'deki gibi.

Şekil 20: Motorun dönüş hareketi
Yapımı gerçekleştirilen basit elektrik motoru, manyetizma ilkelerinin anlaşılması için oldukça yararlı bir uygulama özelliği taşıyor, internette erişilebilecek kaynaklarda rastlanan farklı tür motor örnekleri şekil 21-24'de görülmekte.