Magnetisera svänghjul – bygg en magnetiseringsapparat

Magnetism är en fascinerande företeelse i naturen. Parallellt med elektriciteten har den alltid varit föremål för människans experiment och nyfikenhet. Vi ska börja med att reda ut hur en magnet ”fungerar”.

En del metaller, i synnerhet järn, har förmågan att låta sig magnetiseras. Man brukar tala om elementarmagneter vilka kan tänkas som miljontals pyttesmå kompassnålar i till exempel en järnbit. I normalfallet står dessa minimagneter slumpvis riktade i alla möjliga riktningar. I detta tillstånd är järnbiten inte magnetisk. Om man nu leder ett magnetiskt flöde genom järnbiten med hjälp av en permanent- eller elektromagnet, händer det saker. Magneter, hur små de än må vara, är så funtade att olika poler attraherar (dras mot) varandra. Elementarmagneterna i järnbiten kommer på grund av flödet att orientera sig så att de nu pekar åt samma håll och börjar samverka. Järnbiten har genom så kallad magnetisk influens blivit magnetisk. Nu är det tyvärr så att om man tar bort järnbiten ur magnetflödet så svänger de små inre magneterna tillbaka, helt eller delvis, och järnbiten förlorar sin magnetism. Underbart är kort, skulle man kunna säga.

Men vissa metaller som hårt stål eller legeringar innehållande till exempel nickel och kobolt beter sig lite annorlunda. Deras elementarmagneter är visserligen betydligt svårare att få till att svänga runt, men när de väl har ställt in sig så stannar de kvar i detta läge! Voila! Vi har gjort en permanentmagnet.

Kortfattat och förenklat kan man säga så här: mjuka metaller har låg restmagnetism, remanens, efter påverkan medan hårda metaller har hög remanens. Ska man göra en magnet som håller sig magnetisk får man se till att välja hårt stål och/eller speciallegeringar. Det finns dock en hake; de är inte lättflirtade. Det krävs med andra ord en rejäl snyting för att magnetisera dem. Man måste övervinna den så kallade koercitivkraften.

Vad är det då som får en magnet i ett svänghjul att tappa kraften? Jo, i synnerhet tre saker; värme, vibrationer och ålder. Gamla moppar och motorcyklar uppfyller tyvärr alla dessa krav. Även kortslutna ljusspolar är effektiva avmagnetiserare. Magneter på äldre motorer har också det emot sig att materialen inte var så utvecklade förr. De tappar lättare kraften än modernare material.

Principen för magnetisering är att man placerar sin lilla stålbit i en spalt, eller avbrott på en i övrigt sluten järnkärna. Järnkärnan är lindad med flera varv koppartråd, vi har alltså en elektromagnet. Sen slår man på en, eller flera, kraftiga strömstötar som i sig skulle få en vanlig elmätare att hoppa ner från väggen. Magnetflödet far med full kraft genom vår lilla stålbit som nu förvandlats till en stolt magnet. Här behövs med andra ord rätt kraftiga doningar. På bild 1 ser vi transformatorn från en pensionerad elsvets. Dennas järnkärna kommer att utgöra stommen i vår blivande magnetiseringsapparat, förkortad ”Sören” (Magnetisören). Kärnan är uppbyggd av ett antal ”E”- formade plåtar som raskt friseras med plåtsaxen så att mittbenet försvinner. Vi får då kvar ett högt och ett lågt ben med en lång mellandel som på bild 2. Viktigt är att man klipper försiktigt så att plåtarna inte deformeras, samt att man sedan gradar av snittytan med en fil. Skrynkliga och taggiga plåtar gör att kärnan sväller då det handlar om 80-100 plåtar mot varandra. Luftspalten mellan plåtarna är av ondo och måste minimeras.

Principen för Sören framgår av skissen i bild 3. Vi har alltså en låg och bred ”U”- formad kärna med en lös horisontell del. I gapet mellan den fasta och rörliga delen klämmer man fast en av svänghjulets magneter. Observera att denna metod endast fungerar på svänghjul med radiellt polariserade magneter.

Eh, hur vet man det, då? Enkelt! Är svänghjulet av stål är magneterna radiellt polariserade. Svänghjul av aluminium och mässing har däremot magnetpolerna i tangentens riktning. Dessa går givetvis också att magnetisera, men då krävs en annan form på kärnan – vi tittar på det längre fram. Om man nu slår på ström i apparaten i bild 3 kommer ett kraftigt magnetflöde att gå genom kärnan och, givetvis, genom svänghjulets magnet som här blir en del av den magnetiska kretsen. Är nu flödet tillräckligt starkt kommer elementarmagneterna att vridas åt samma håll och vår lilla magnet har fått styrkan åter.

Bild 4 visar Sören under uppbyggnad. Observera att alla skruvar och andra metalldelar i en sån här maskin bör vara omagnetiska för att inte störa funktionen. Rostfritt stål, mässing eller aluminium går bra att använda. Man bör inte heller köra apparaten på en arbetsbänk av plåt! Jag har använt uteslutande rostfritt (syrafast) stål, utom för kabelanslutningarna där det sitter mässingsskruv. Rostfritt stål är en relativt dålig ledare av elström och då man här kommer att jobba med strömstyrkor på runt 300 ampere är mässing att föredra i anslutningarna.

Luftspalter förresten. Alla luftspalter där magnetflödet passerar sänker effektiviteten radikalt. Ett exempel är toppytan på det korta benet där den rörliga kärndelen ligger (bild 5). Denna övergång måste vara väldigt plan. Jag satte upp kärnan i pelarborren och planfräste med hjälp av ett koordinatskruvstycke. Se bara till att klämma kärnan så högt upp som möjligt, annars böjs plåtarna utåt vid fräsningen. Likadant gör man med ytorna mot svänghjulet. Här har man dock mycket gratis då ett sån här kärna med lösa plåtar går att forma efter svänghjulet. Men putsa i alla fall av de höga punkterna med en fil. Bild 6 visar kärnans öppning i vilken man klämmer svänghjulet.

Innan koppartråden lindas på kärnan måste kantskydd monteras, annars skär kärnans kanter igenom trådens tunna lack och det blir kortslutning! Putsa för säkerhets skull kärnans kanter med en fil. Sedan lägger man på kantskyddet, i mitt fall blev det tunn (0,5 mm) hård kartong två varv runt kärnan. Avslutningsvis fixerar man kartongen med ett par lager eltejp (bild 8). Därefter tillverkar man gavlarna av masonit som på bild 9. Gavlarna måste vara stadiga för att stå emot trycket från trådlindningen som gärna vill breda ut sig när man lindar.

Nu när kärnan är klar och gavlarna är på plats är det klart för att linda på tråden. Tråden som används är emaljerad (lackerad) koppartråd med en diameter på 5 millimeter. Mycket klenare än så bör man inte använda i en dylik apparat då strömstyrkorna är mycket höga. Som kraftkälla kommer vi att använda två seriekopplade 12-volts bilbatterier och strömstötarna kan därför, även om det är kortvarigt, nå uppåt en 300 ampere.

När man lindar på sån här tjock tråd är det inte riktigt samma sak som att linda om avstämningsspolen till sin gamla kristallmottagare. Här gäller det att böja tråden runt hörnen samtidigt som man håller den sträckt. Nu kan man inte, och bör inte, vika tråden exakt runt kärnans hörn. Lite luft mellan tråd och kärna får man räkna med. Det gäller bara att försöka linda så tätt och snyggt det bara går. Lindar man slarvigt från början adderas felet med varje varv och spolen blir bara större och större rent fysiskt utan att för den skull bli effektivare. Sätt kärnan i ett skruvstycke, helst mitt i rummet , och dra sedan på tråden genom att promenera runt kärnan (bild 10).

Hur många varv, undrar säkert någon. Det finns många svar på den frågan, men man kan säga så här: Om man ska magnetisera något riktigt stort som till exempel en tändmagnet där magneterna är ingjutna i ett aluminiumhölje krävs uppåt en 60-70 000 amperevarv som det heter. Därigenom är vi osökt inne på begreppet amperevarv. Enkelt uttryckt kan man uttrycka det så här; krävs det 60 000 amperevarv kan man antingen ta ett varv koppartråd och mata det med 60 000 ampere (svettigt…) eller så har man 60 000 varv tråd och då bara 1 ampere (men då krävs det hög spänning). Är du med? Amperevarvtal = antal varv x strömmen. På Sören lindades 150 varv (sen tog tråden slut…) vilket med en ström på 300 ampere ger: 150 x 300 = 45 000 amperevarv. Detta verkar vara fullt tillräckligt för att friska upp en liten magnet i ett svänghjul där man dessutom kommer i närkontakt med magneten utan aluminiumhöljen emellan. Får du plats med 200-250 varv gör det givetvis ingenting.

När kärnan är färdiglindad fäster man den på en omagnetisk platta. Jag tog en bit plywood. Den övre, rörliga kärnan hålls på plats med två dragstänger och ett överfall. Mellan överfallet och kärnan kan man med fördel lägga en bit gummiduk som fördelar trycket så att alla plåtar ligger i kontakt med toppytan på den fasta delen av kärnan (bild 11). För att inte plåtpaketet i den rörliga kärnan ska kantra bör dessa plåtar klämmas i hop. Jag valde en stadig metod bestående av två tjocka plåtar sammandragna av fyra skruvar. Här gäller det dock att tänka på en viktig detalj! Skruvarna och plåtarna måste brytas galvaniskt (elektriskt) på minst ett ställe annars kommer de ur elektrisk synvinkel att vara ett kortslutet spolvarv. Jag borrade upp hålen i den ena plåten så att jag kunde trä igenom en slang som täcker hela skruven. En plastbricka under vingmuttern fullbordade isolationen. Nu var båda plåtarna isolerade från varandra och kan inte dra ström från magnetflödet i kärnan.

Svänghjulet sitter under magnetiseringen på en vagnsbult som i sin tur sitter i en slitsad plåt (bild 13). I och med detta kan man justera bulten efter olika svänghjulsdiametrar. En mutter på var sida om svänghjulet gör att man kan justera det horisontalt, annars kan det luta under magnetiseringen. Kabelanslutningarna måste vara kraftiga för att undvika spänningsfall och tillhörande värme. Lämplig kabelarea är 35 kvadratmillimeter på samtliga kablar.

Hur går det nu till att fräscha upp ett svänghjul? Först bestämmer man vilka magneter som är syd respektive nord. Detta gör man med en liten lös magnet med kända poler. Är de okända tar du bara fram kompassen och kollar. Olika poler attraherar varandra vilket innebär att om din lilla magnet fastnar med sydpolen på en av hjulets magneter är det en nordpol den sitter på. Fram med märkpennan och märk den magneten med ett ”N” (bild 15). Den andra nordpolsmagneten kan du märka med ”Nx” eller ”N1” för att förhindra sammanblandning under magnetiseringen. Likadant gör man med sydpolerna. När man magnetiserar en magnet ska sydpolen på magnetiseringsapparaten normalt ligga mot magnetens nordpol och omvänt (det finns dock undantag, vilket vi återkommer till). Men vad är vad i spalten där hjulet ska in? Detta kan man lätt klura ut genom att skicka en svag ström (ett 12-voltsbatteri med en glödlampa i serie) genom spolen. Med strömmen påslagen testar man med sin lilla provmagnet vad som är syd- respektive nordpol i spalten. Om du kastar om strömriktingen från batterierna byter även magnetpolerna i spalten plats vilket man också gör när man magnetiserar olika magneter. Jag gjorde en liten anteckning vid ena kabelanslutningen så att jag vet att om jag har en ”nordmagnet” i svänghjulet så ska det vara plus på den anslutningen och vice versa.

Sedan är det dags att sticka in svänghjulet i kärnans spalt. Justera hjulets läge så att kärnans ändar kommer mitt på magneten. Höj eller sänk hjulet med muttrarna så att ytorna mellan kärna och magnet är helt parallella, annars blir det en sån där otäck luftspalt vilket sänker effektiviteten. Därefter skjuter man den rörliga kärnan dikt mot hjulets utsida och drar åt dragstängerna. Då var det dags! Två 12-volts bilbatterier seriekopplas och den ena polen, till exempel minus, ansluts direkt till apparaten. Eftersom gnistor inte får förekomma vid ett bilbatteri (det kommer att gnistra, garanterat!) på grund av vätgasbildning tar man till långa kablar så att batterierna hamnar långt från fyrverkeriet. Den andra kabeln mellan batterier och apparaten kapar man av och använder som en primitiv, men kraftig strömbrytare som bryter och sluter strömkretsen.

Men först några varningens ord. Det här är rena elsvetsen! Det kommer att gnistra och smälla när man för ihop kablarna. Akta ögon, kläder och hud. Tänk också på brandfaran. Ha också en plan ”B” i beredskap om kablarna skulle svetsas ihop av ljusbågen. Det gäller att snabbt kunna bryta strömmen om något går snett, annars förstörs både batterier och apparaten. Här pratar vi hundratals ampere! En huvudbrytare på något av batterierna kan vara en lösning. En annan sak som måste beaktas är magnetfälten som kan bli väldigt kraftiga i apparatens närhet. Kreditkort, datorer, mobiltelefoner och, framför allt, pacemakers (hjärtstimulatorer) får inte vara i närheten när man använder en sån här apparat! Stå gärna en bit ifrån. Även induktionsspänningarna som bildas när strömmen bryts måste man se upp med. Dessa kan kortvarigt när magnetfältet i kärnan kollapsar uppgå till hundratals volt. Jag satte ett par startkabelklämmor på kablarna. Dessa är isolerade och är också lätta att dra isär om de fastnar i varandra.

Okej, då kör vi. Nu för man kortvarigt (mindre än en sekund) ihop kablarna fyra, fem gånger med ett par sekunders mellanrum. Klart! Ta ut hjulet och prova den nyuppfräschade magneten med en kniv eller skruvmejsel. Om du lyckats ska den nu dra kännbart starkare än dom övriga magneterna i svänghjulet. Förvänta dig inga underverk, men lite ska det kännas. Kolla också magnetens polaritet med provmagneten. Sören har ovanan att magnetisera på släppet, det vill säga när man bryter strömmen istället för när man sluter, och då blir polerna omkastade. Detta är egentligen inget problem. Skulle din apparat magnetisera på släppet är det ju bara att vända på plus och minus. Huvudsaken är ju att det blir rätt i slutänden så att man inte polvänder magneten. Gamla ferritmagneter mår inte bra av att polvändas så många gånger medan modernare alnico-magneter klarar ett stort antal vändningar. När man sedan magnetiserat nordmagneterna skiftar man kablarna på apparaten och ger sydmagneterna en omgång.

Sen var det då det här med mässings- och aluminiumsvänghjul. Här kan man inte klämma hjulet i kärnan som i denna apparat eftersom deras magneter är polariserade i en annan riktning. Man kan då investera i en färdig U-formad kärna med långa ben (200-300 mm) och sedan tillverka polskor av mjukt järn som passar mellan kärnans ändar och insidan av svänghjulet. Dessa block leder magnetflödet från kärnan till magneten. Mer jobb, men det är en variant för den som har tid och ork. En enklare variant är att man tillverkar lösa polskor av mjukt järn som kan leda över magnetismen till svänghjulets magneter. Dessa polskor ställer man på var sin sida av luftgapet i kärnan på en apparat av den modell som vi byggt här, och sedan trär man svänghjulet över dessa polskor så att de ligger mot de två magneter som ska magentiseras. Det blir lite mer delar att hålla reda på, men det är en relativt  enkel lösning. Se bara till att minimera alla luftgap mellan alla dessa detaljer. När ett svänghjul är nymagnetiserat kan lyset på moppen/hojen te sig lite väl starkt första tiden men det lugnar snart ner sig.

Några mått att tänka på:

Lämplig kärnarea: minst 12 kvadratcentimeter

Tråddiameter: 5 millimeter

Trådvarv: 150 – 250

Strömkälla: två friska 12-voltsbatterier i serie

Kabelarea: 35 kvadratmillimeter

Av: Jim Lundberg

Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 1: En transformator från en pensionerad elsvets ska få en ny uppgift.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 2: Mittbenet på plåtarna klipps bort och snittet gradas med en fil.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 3: Principen för magnetiseringen. Hela flödet leds genom magneten i svänghjulet.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 4: En bit på väg. Den rörliga kärnan som är klippt ur samma plåtar hålls på plats med rostfria dragstänger. Alla metaller som används i konstruktionen måste vara omagnetiska för att inte störa flödet. Rostfritt, mässing och aluminium är några exempel.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 5: Minimera alla luftgap. Det korta benets toppyta är här planfräst. Mot denna ligger ju den rörliga kärnan som också slipas till på själva kontaktstället.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 6: Kärnan är lätt att grovforma, men putsa lite även här där svänghjulet kläms fast.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 7: Svänghjulet på plats i gapet. Justering för maximal anliggning görs med plasthammare mot kärnans motsatta sida.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 8: Hård kartong lindas runt kärnan för att skydda koppartråden. Köp en pizza – kartongen är perfekt till detta!
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 9: Gavlarna tillverkas av styv masonit.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 10: Håll tråden spänd när du lindar, och lägg varven intill varandra utan glipor. Går det fel i början blir det värre och värre ju mer man lindar på.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 11: En bit gummiduk (pilen) fördelar trycket från dragstängerna så att alla plåtar trycks ner. Och kom ihåg; Alla skruvar och metalldelar ska vara av ett omagnetiskt material.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 12: Plastslangar och dito brickor används för att isolera de rostfria plåtarna från varandra. Dessa kommer annars, tillsammans med skruvarna, att fungera som ett kortslutet varv och dra energi ur kärnan.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 13: För att passa flera svänghjulsdiametrar löper vagnsbulten i en slits.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 14: Mässingsskruv och kraftiga kablar krävs vid dessa höga strömstyrkor.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 15: Identifiera och märk upp hjulets magneter innan du börjar magnetisera.
Magnetisera svänghjul - bygg en magnetiseringsapparat
Bild 16: Sören är redo för sitt uppdrag. Lägg märke till den sotiga klämman.
Rulla till toppen