Электромагнитная левитация своими руками !: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Это проект, который удивит и вдохновит! Какая польза от всего этого научного ноу-хау, если мы не можем сделать с ним что-то крутое, верно?

В этом проекте мы собираемся использовать пару компонентов, которые легко сделать или найти, чтобы создать потрясающий, умопомрачительный электромагнитный левитатор, или, как я его называю, EMLEV.

С помощью простой схемы, магнита, датчика Холла и некоторых других компонентов вы сможете левитировать объекты в воздухе!

Давайте начнем!

Шаг 1. Что вам понадобится

Для этого проекта нам понадобится схема контроллера, источник питания, электромагнитная катушка и магнит, а также оборудование и инструменты, чтобы собрать все это воедино.

Список запчастей выглядит следующим образом:

Печатная плата СКАЧАТЬ СХЕМУ ЗДЕСЬ

ПОЛУЧИТЕ КОМПЛЕКТ ЗАПЧАСТЕЙ ЗДЕСЬ

(1) Малая печатная плата (1) Регулятор напряжения LM7805 (1) IC502 IC (1) LMD18201 IC (1) Датчик Холла SS495 A (1) Конденсатор 470 мкФ (электролитический) (1) Конденсатор 1 мкФ (керамический) (1) 0,1 Конденсатор мкФ (керамический) (1) Конденсатор 0,01 мкФ (керамический) (1) Входной разъем с 2 гнездами (+/-) (2) 2-проводные разъемы

(1) Источник питания 12 В / 1 А

(1) ЖК-дисплей напряжения (дополнительно) (1) Зеленый светодиод (дополнительно) (1) Резистор 10K

Соленоид (20g 150-300 оборотов) (1) Стальной болт

Разноцветная проволока (18-24 г) (2-3) Дисковые неодимовые магниты (3) Листы оргстекла 8 дюймов x 10 дюймов (4) Стержни с резьбой 12 дюймов x 5/15 дюймов (24) Гайки 5/16 дюймов (24) 5 / 16-дюймовые шайбы (8) Резиновые колпачки 5/16 (дополнительно)

Показанные инструменты включают паяльник и припой, сверло и биты до 5/16 дюйма, а также вам понадобится изолента или термоусадочная пленка, клей и гаечный ключ на 5/16 дюйма.

Все запчасти доступны ЗДЕСЬ:

www.drewpauldesigns.com/diy-electrome-levitation-kit.html

Шаг 2: теория и основные компоненты

Почему мы не можем просто левитировать с помощью магнита металлические предметы на нужном расстоянии? Потому что, когда черный металл приближается к магнитному полю, сила увеличивается экспоненциально. Это описывается так называемым магнитным законом обратных квадратов, который гласит:

Интенсивность1 / Интенсивность2 = Расстояние1 / Расстояние2

Итак, нет точки в космосе, где магнит или электромагнит естественным образом подвешивали бы объект, не соприкасаясь с ним. Попав в поле, пути назад нет!… Если…

Распространяющееся магнитное поле может быть показано на 2D-диаграммах или на магнитной пленке в виде силовых линий, исходящих от полюсов. Даже на осциллографе невозможно многое сказать о движении и направлении поля с помощью только двухмерных снимков (как эта пресловутая иллюзия). При наблюдении в 3D это поле можно увидеть и почувствовать как тороидальное, а во времени мы начинаем видеть, что возникает распространяющееся спиральное поле. То же самое и в случае электромагнита, и когда поле схлопывается, оно происходит в противоположном направлении. Это описывается тем, что обычно называют Правилами Флемингса для правой и левой руки.

Таким образом, теоретически можно создать чередующиеся вихри / спирали, чтобы привести объект в желаемое положение. После выполнения некоторых вычислений на основе приведенной выше формулы мы обнаруживаем, что это возможно только при точном и быстром чередовании этих полей (50 000 раз в секунду или больше!) Проблема? Нисколько. С помощью нескольких компонентов мы можем создать распространяющееся и коллапсирующее электромагнитное поле, управляемое датчиком, который определяет напряженность поля, и схемой, которая прикладывает соответствующее поле к электромагниту. Все компоненты можно найти по отдельности здесь или в виде набора здесь, чтобы сделать этот проект быстрым и легким. Теперь, когда все наши компоненты готовы, приступим!

Шаг 3: Постройте корпус

Строить корпус из рекомендуемых материалов довольно просто, но не стесняйтесь использовать все, что у вас есть. Этот супер простой корпус был вдохновлен этим удивительным роботом, чтобы продемонстрировать все внутренние компоненты. В собранном виде корпус должен иметь размер 8 "Ш x 10" Г x 12 "В.

Сначала мы сложим и закрепим наше оргстекло, измерим и просверлим четыре отверстия рядом с углами, обязательно оставив пространство от краев, и просверлим сверла постепенно увеличивающегося размера, чтобы избежать растрескивания. По завершении у нас будет четыре отверстия диаметром 5/16 дюйма в углах всех трех листов оргстекла. * Обязательно обратите внимание на ориентацию для симметричной посадки. Затем мы просверлим отверстие или отверстия для нашего входного гнезда на одном из листов. Он может отличаться в зависимости от вашего разъема, но должен находиться в задней части корпуса. Теперь мы приступим к сборке корпуса. Начните с того, что вставьте четыре стержня с резьбой 5/16 дюйма в отверстия одного из ваших листов. Закрепите лист на расстоянии 1,5-2 дюйма от нижней части стержней с помощью одной шайбы и гайки с каждой стороны оргстекла и добавьте резиновую ножку. на нижней части каждой штанги. Прежде чем продолжить, убедитесь, что все выровнено.

Затем мы добавим гайку и шайбу примерно в 3-4 дюймах от верха наших стержней и поместим лист с отверстием для домкрата сверху.

Последним шагом в нашем корпусе будет закрепление последнего листа оргстекла наверху после того, как мы добавим компоненты на следующем шаге.

Шаг 4: Установите и закрепите компоненты

Теперь, когда у нас есть платформа, мы можем создавать и устанавливать наши компоненты.

Эта относительно простая пара цепи и соленоида может быть построена в соответствии с прилагаемой схемой или вы можете получить уже собранную здесь. Обратите внимание, что SS495 крепится к нижней части катушки. Добавление светодиода позволяет вам проверять мощность, а цифровой вольтметр позволяет обнаруживать нагрузку для целей настройки, оба опционально, они могут быть подключены непосредственно к входу цепи 12 В с помощью встроенного резистора 10 кОм на горячем выводе (+). Приятно знать, что одна из микросхем схемы предназначена для контроллера мотора, а другая предназначена для вентилятора, но соедините их с несколькими другими компонентами, и мы сможем использовать ее для левитации объектов в воздухе!

Затем мы можем подключить разъем к входу схемы, обращая внимание на принципиальную схему и помнить, что корпус разъема является заземлением (-).

Затем мы подключим выходы 1 и 2 нашей микросхемы LMD18201 к нашей соленоидной катушке. Вставьте стальной болт в центр катушки и в головку болта установите датчик Холла SS495 A, к которому мы будем подключать наши выводы в соответствии со схемой. Готовые компоненты будут включать соединители, которые можно просто соединить вместе.

На этом этапе может быть полезно временно обезопасить все, аккуратно подключить питание и проверить поле соленоида с помощью своего магнита.

Когда вы будете удовлетворены, вы можете закрепить свои компоненты на платформе. Схема должна быть вертикальной, чтобы обеспечить поток воздуха, рядом с разъемом, сторона соленоида должна быть обращена датчиком вниз, а дополнительный светодиод и ЖК-дисплей можно разместить в любом удобном месте. Добавление термоусадочной пленки и крышек проводов на этом этапе делает все аккуратным и помогает избежать коротких замыканий и перетягивания проводов. Наконец, чтобы еще больше обезопасить и закрыть все, мы добавим наш последний лист из оргстекла. Сначала добавьте гайку и шайбу к каждому стержню, затем последний лист оргстекла и отрегулируйте его так, чтобы верхний лист соприкасался с вашим соленоидом, плотно удерживая его на месте. Установив на место и выровняв, добавьте еще четыре шайбы, гайки и колпачок с резиновыми торцевыми колпачками.

Шаг 5: Ваш EMLEV готов! Время настраиваться и тестировать

Мы почти закончили; но нам нужно сделать несколько вычислений и немного настроить, прежде чем мы сможем удивлять друзей и коллег.

При установке соленоида наша ориентация не учитывала полярность. Следовательно, нам нужно будет выбрать правильный полюс нашего магнита, чтобы он был обращен к нашей катушке. Для этого подключите питание и начните вводить магнит в поле соленоида. Одна сторона магнита будет непрерывно притягиваться, другая будет иметь тенденцию фиксироваться в нескольких дюймах от нашей катушки, обратите внимание на эту сторону магнита. Будьте осторожны, не подходите слишком близко; оба полюса будут сильно притягиваться, если поднести их слишком близко к катушке под напряжением.

Теперь, когда мы знаем, какой полюс нашего магнита мы используем, мы теперь определим вес, который он может выдержать. Слишком маленький вес - и груз будет притягиваться без левитации, слишком большой вес - и магнитное поле не сможет преодолеть гравитацию, и ваш объект упадет. Вы можете использовать случайный метод проб и ошибок, чтобы найти оптимальный вес, прикрепляя случайные объекты к вашему магниту, однако я предлагаю подход, который приводит к более количественным результатам. Используя маленькие гайки и болты, постепенно добавляйте их к магниту и проверяйте. Как только вы найдете точку равновесия (вы почувствуете легкий щелчок, когда она встанет на место), отметьте вес груза с помощью небольших весов. Затем добавьте или уберите немного веса, чтобы найти свой диапазон и оптимизировать для устойчивости. Затем вы можете использовать это как ориентир и начать левитировать что-либо в этом диапазоне веса, который обычно составляет 45-55 граммов, не считая магнита.

При правильной работе подключите осциллограф, чтобы увидеть поля в действии! Благодаря показаниям моего DSO nano мы можем точно видеть, когда происходит изменение поля и почему.

Шаг 6: Приготовьтесь вдохновлять и удивлять

Поздравляю! Вы сделали невозможное возможным!

Ваш EMLEV теперь должен быть готовым, функционирующим и поднимать в воздух любой предмет в определенном диапазоне веса. Теперь мы можем выбрать объект для левитации. Попробуйте прикрепить магнит к камню или прикрепить гвозди или гайки, прикрепить подарок на память, возможности безграничны, эти ребята даже левитировали живую лягушку!

Для эффекта я выбрала большую столовую ложку.

«Не левитируйте ложку; это невозможно. Вместо этого попытайтесь понять правду. Ложки нет» - пункт. Матрица (1999)

Это устройство поразит воображение; глаза выпучатся, челюсти упадут, а головы взорвутся! Это волшебство? Это наука? Что ж, единственная разница между фокусником и ученым состоит в том, что ученый рассказывает вам, как это делается. Спасибо, что посмотрели мои инструкции, и я не могу дождаться, чтобы увидеть, что вы левитируете, оставляйте фотографии в комментариях. Думаете, это учебное пособие - это круто? Дайте мне знать, нажав на голосование вверху страницы!

Вторая премия в конкурсе датчиков 2016

Второй приз конкурса Make It Fly 2016