Arduino：电磁执行器的自制方法

第1篇：用Arduino控制曲别针电动机
第2篇：非接触式开关的制作与控制

我们推出了一项新计划，即通过使用了Arduino的简单制作来学习电子制作的原理和基础知识。此次为我们分享的嘉宾是伊藤尚未先生，他活跃于媒体艺术领域，并且在书籍领域以讲解“更深入的情节”而闻名。第三篇将介绍电磁执行器的自制方法。

目录

前言

电磁执行器的自制方法

享受用Arduino控制的乐趣

1. 前言

大家好！我是伊藤尚未。

我最喜欢的东西之一是电磁铁。“磁力”本身虽然存在，但是却看不见，即使有一定距离也能相吸相斥，拥有简直像魔法一样移动物体的力量，这些都让人着迷，让人觉得不可思议。

过去，我曾在1993年在名古屋举办的国际双年展上，凭借名为“MY CASTLE”的发声物体的作品赢得了头奖，该作品也使用了电磁铁。

虽然已经是30多年前的作品了，但时至如今还偶尔有机会展出。当时控制用的是MSX，但其实这种MSX到如今也在用，是非常出色的电脑。

顺便提一下，这个连载系列的第1篇中出现的曲别针电动机也同样利用了电磁铁的力量，而这次我们将尝试使用线圈并使其具有电磁铁的作用。

2. 电磁执行器的自制方法

说到电磁铁，可能有些人小时候做过一种简易作品：将漆包线缠绕在合适的钉子上，然后将其与电池连接起来。这是一个测试可以连接多少个曲别针的实验。令人遗憾的是，如今的孩子们很难玩到这样的游戏。在实验课上让孩子们制作时，有些孩子因为绕线很费劲，或者线搅在一起，就不喜欢而放弃了，但一旦做成功之后就玩得很开心。

数字化教材固然好，但不碰实物就无法亲身感受电线的硬度和体验处理的难度。制作的乐趣和难度，只有在实际动手去做、去尝试才能有切身体会。

那么我们进入正题，只将线圈缠绕在钉子上的电磁铁就足够了，但这次我想让磁芯可移动，所以将线圈缠在了吸管上。这样，只要通电，线圈就变成了电磁铁，就能够制作磁芯可移动的制动器了。

如果做成产品，称之为“螺线管”，日本的“TAKAHA机工”在该领域很有名。

在线圈中心插入一个可动铁片，当电流通过线圈时，会产生磁力，铁片就会被吸上去。就像一块磁铁吸上铁一样，不会相斥。

螺线管的目的就是利用这种磁力“吸引可动的铁片”，因此在框架或内部放置一个固定铁芯，使其成为一个有效的运动部件。

我想自己简单地制作一个螺线管，所以我将线圈缠绕在吸管上，用钉子当作可动的铁片。当我将其连接电池通电时，可以看到它确实动起来了！

接下来，我为大家介绍一下它的实际制作方法。首先，在绕线之前，我想在一定程度上确定线圈尺寸，所以我用纸板制作了一个垫圈，并用环氧树脂粘合剂固定。

用圆刀将纸板切割成直径约15毫米的圆盘。

再用单孔打孔器打一个孔，然后将其穿过吸管。孔的直径为5.5毫米，和我在DAISO买的吸管完美吻合。

吸管的材料是聚丙烯，所以用环氧树脂粘合剂是无法粘牢的，但我想哪怕粘得不是很牢，在缠绕漆包线期间暂且粘合也可以，所以还是涂了粘合剂。

将漆包线缠绕在这个吸管上。漆包线我用的是ELPA生产的0.4mm直径10m规格的产品，一般都可以在家装用品店买到。

我很有耐心地缠绕了大约320圈。

最好将绕组末端与绕组开始端的漆包线合在一起稍微扭两下，这样就不会散开了。

用砂纸或刀具去除漆包线末端的外涂层。把少量焊料轻轻涂上可以将其插入面包板（如果焊料太多太厚就很难插入面包板了）。

现在，一个执行器制作完成。当我将钉子放入吸管中并直接连接电池通电时，钉子动起来了，所以我按照这个方式制作了4个执行器。

3. 享受用Arduino控制的乐趣

为了能够用Arduino控制它们，就需要连接电路，使这个线圈可以被晶体管驱动。

我使用的晶体管是具有达林顿结构、集电极电流高达2A的“2SD1866”。技术规格书上写着“电机和继电器驱动用”。电机和继电器都有线圈，继电器也可以说是一种用电磁铁打开和关闭触点的执行器，所以我觉得这种晶体管也适用于这次的电磁铁。面向文字显示面，从左到右依次是E、C、B。

电路从Arduino的每个输出引脚分别通过20kΩ的电阻器，连接到“2SD1866”的基极，并将自制线圈串联到集电极。线圈侧电源为3V，即两节干电池串联。

这样，通过打开和关闭引脚10～13的输出，线圈中的钉子应该会上上下下运动。

将电路组建在面包板上，样子如下：

由于是４个相同电路并联，所以排成一列的样子还是很有美感的。

我将钉子尖朝上插入的线圈并列固定在硬纸板上，并制作了如图所示的底座。底座上还组装了面包板。为了减少噪声，我在可动钉子的底部铺设了毛毡。

Arduino的草图可为每个线圈通电0.1秒，然后用Delay调整通电时间点。

void setup() {

  pinMode(13, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(10, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);  
  delay(100);               
  digitalWrite(13, LOW);    
  delay(500);               
  digitalWrite(12, HIGH);  
  delay(100);             
  digitalWrite(12, LOW);  
  delay(500);               
  digitalWrite(11, HIGH);  
  delay(100);          
  digitalWrite(11, LOW); 
  delay(500);           
  digitalWrite(10, HIGH); 
  delay(100);                
  digitalWrite(10, LOW);   
  delay(500);              
     
}

当我迫不及待地打开电源时，它开始有节奏地动起来了。

我暂且设置为按顺序依次通电，但当我尝试同时为几个线圈通电时，它们不动。我想这大概是因为干电池侧可以通过的瞬时电流达到极限了。

这真是太有趣了，所以我就尝试修改了草图，试着呈现出了下面这样的动作。

像这样制作实际运动的作品时，会让人觉得可以实现各种可能性。其实，并不是所有的制作都需要像这次一样必须用专用的部件，还有很多可以利用现有部件制作的、潜在着各种可能性的装置等待发掘，只要我们用心去找，精彩多多。盼望大家也试着用自己的独特创意来制作各种作品！

本系列连载一览

第1篇：用Arduino控制曲别针电动机
第2篇：非接触式开关的制作与控制
第3篇：自制电磁执行器的制作方法（本章）
第4篇：享受控制RGB LED灯的乐趣
第5篇：用Arduino控制伺服电机来演奏乐器！

审核编辑黄宇