Lewitacja elektromagnetyczna DIY!: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

To projekt, który zadziwi i zainspiruje! Jaki jest pożytek z tego całego naukowego know-how, jeśli nie możemy zrobić z nim czegoś fajnego, prawda?

W tym projekcie użyjemy kilku komponentów, które są łatwe do wykonania lub znalezienia, aby zbudować opadającą szczękę, zginający umysł lewitator elektromagnetyczny lub EMLEV, jak go nazywam.

Z pomocą prostych obwodów, magnesu, czujnika Halla i kilku innych elementów będziesz w stanie unosić obiekty w powietrzu!

Zacznijmy!

Krok 1: Czego będziesz potrzebować

Do tego projektu będziemy potrzebować obwodu kontrolera, źródła zasilania, cewki EM i magnesu wraz ze sprzętem i narzędziami do złożenia tego wszystkiego w całość.

Lista części wygląda następująco:

Płytka drukowanaPOBIERZ SCHEMAT TUTAJ

POBIERZ ZESTAW CZĘŚCI TUTAJ

(1) Mała płytka drukowana(1) Regulator napięcia LM7805(1) MIC502 IC(1) LMD18201 IC(1) SS495 A Czujnik Halla(1) Kondensator 470uF (elektrolityczny)(1) Kondensator 1uF (ceramiczny)(1) 0.1 Kondensator uF (ceramiczny)(1) Kondensator 0,01uF (ceramiczny)(1) 2 gniazda wejściowe Jack (+/-)(2) 2 złącza przewodowe

(1) Zasilacz 12v/1a

(1) Wyświetlacz LCD napięcia (opcja) (1) Zielona dioda LED (opcja) (1) Rezystor 10K

Elektromagnes (20g 150-300 obrotów)(1) Śruba stalowa

Różne kolorowe druty (18-24g) (2-3) Neodymowe magnesy tarczowe(3) Arkusze pleksi 8"x10"(4) Pręt gwintowany 12"x5/15"(24) Nakrętki 5/16"(24) 5/ Podkładki 16" (8) Nakładki gumowe 5/16" (opcjonalnie)

Pokazane narzędzia obejmują lutownicę i lut, wiertło i bity do 5/16 cala, a także chcesz mieć pod ręką taśmę elektryczną lub folię termokurczliwą, klej i klucz 5/16.

Wszystkie części dostępne są TUTAJ:

www.drewpauldesigns.com/diy-electromagnetic-lewitacja-zestaw.html

Krok 2: Teoria i podstawowe komponenty

Dlaczego nie możemy po prostu lewitować metalowych przedmiotów za pomocą magnesu w odpowiedniej odległości? Ponieważ, gdy materiał żelazny zbliża się do pola magnetycznego, siła rośnie wykładniczo. Opisuje to tak zwane prawo odwrotności pola magnetycznego, które stwierdza:

Intensywność1 / Intensywność2 = Odległość1 / Odległość2

Tak więc nie ma miejsca w przestrzeni, w którym magnes lub elektromagnes w naturalny sposób zawiesza przedmiot bez kontaktu. W polu nie ma odwrotu!… Chyba że…

Rozchodzące się pole magnetyczne może być pokazane na diagramach 2D lub na kliszy magnetycznej jako linie siły emanujące z biegunów. Nawet na oscyloskopie nie da się wiele powiedzieć o ruchu i kierunku pola tylko z migawkami w dwóch wymiarach (tak jak ta osławiona iluzja). Kiedy obserwuje się to w 3D, to pole może być widziane i odczuwane jako toroidalne, aw odniesieniu do czasu zaczynamy dostrzegać, że pojawia się propagujące pole spiralne. Tak samo jest w przypadku elektromagnesu, a gdy pole zapada się, dzieje się to w przeciwnym kierunku. Jest to opisane przez to, co zwykle określa się jako zasady Flemingów prawej i lewej ręki.

Tak więc teoretycznie byłoby możliwe tworzenie naprzemiennych wirów/helis w celu dostosowania obiektu do pożądanej pozycji. Po wykonaniu kilku obliczeń na podstawie powyższego wzoru stwierdzamy, że jest to możliwe tylko poprzez dokładne i szybkie zamienianie tych pól (50 000 razy na sekundę lub więcej!) Problem? Zupełnie nie. Za pomocą kilku elementów możemy wytworzyć propagujące i zapadające się pole elektromagnetyczne sterowane przez czujnik wykrywający natężenie pola oraz obwód, który przykłada odpowiednie pole do elektromagnesu. Wszystkie komponenty można znaleźć tutaj pojedynczo lub jako zestaw, aby ten projekt był szybki i łatwy. Teraz, gdy mamy gotowe wszystkie nasze komponenty, zacznijmy!

Krok 3: Zbuduj obudowę

Budowanie naszej obudowy jest dość proste z zalecanymi materiałami, ale możesz swobodnie korzystać z tego, co masz. Ta super prosta obudowa została zainspirowana tym niesamowitym robotem, aby pokazać wszystkie wewnętrzne elementy. Po zakończeniu obudowa powinna mieć wymiary 8"Wx10"Dx12"H.

Najpierw ułożymy i zabezpieczymy pleksiglas, zmierzymy i wywiercimy cztery otwory w pobliżu rogów, upewniając się, że pozostawimy przestrzeń od krawędzi i wiercimy coraz większymi wiertłami, aby uniknąć pękania. Po zakończeniu będziemy mieć cztery otwory 5/16 cala w rogach wszystkich trzech arkuszy pleksi. *Pamiętaj, aby zanotować orientację symetrycznego dopasowania. Następnie wywiercimy otwór lub otwory dla naszego gniazda wejściowego na jednym z arkuszy. Może się to różnić w zależności od gniazda, ale powinno znajdować się w pobliżu tylnej części obudowy. Rozpoczniemy teraz budowę obudowy. Zacznij od włożenia czterech gwintowanych prętów 5/16 do otworów jednego z arkuszy. Zabezpiecz arkusz około 1,5-2 cali od spodu prętów za pomocą jednej podkładki i nakrętki z każdej strony pleksiglasu i dodaj gumową nóżkę na spodzie każdego pręta. Upewnij się, że wszystko jest wypoziomowane przed kontynuowaniem.

Następnie dodamy nakrętkę i podkładkę około 3-4 cale od góry naszych prętów i umieścimy arkusz z otworem na podnośnik na górze.

Ostatnim krokiem do naszej obudowy będzie zabezpieczenie ostatniego arkusza pleksi do blatu po dodaniu elementów w kolejnym kroku.

Krok 4: Zamontuj i zabezpiecz komponenty

Teraz, gdy mamy platformę, możemy budować i instalować nasze komponenty.

Ta stosunkowo prosta para obwodów i elektrozaworów może być zbudowana zgodnie z załączonym schematem lub możesz otrzymać gotową tutaj. Zauważ, że SS495 jest montowany na spodzie cewki. Dodanie diody LED umożliwia weryfikację zasilania, a woltomierz cyfrowy umożliwia wykrycie obciążenia w celach dostrajania, oba opcjonalne, mogą być podłączone bezpośrednio do obwodu wejściowego 12V z wbudowanym rezystorem 10k na gorącym przewodzie (+). Fajnie jest wiedzieć, że jeden z układów scalonych obwodu jest przeznaczony do sterownika silnika, a drugi do wentylatora, ale połącz je z kilkoma innymi komponentami i możemy go użyć do unoszenia obiektów w powietrzu!

Następnie możemy podłączyć gniazdo do wejścia obwodu, zwracając uwagę na schemat obwodu i pamiętając, że obudowa gniazda to masa (-).

Następnie podłączymy wyjścia 1 i 2 z naszego LMD18201 IC do naszej cewki elektromagnetycznej. W środek cewki włóż stalową śrubę i do łba śruby zamontuj czujnik Halla SS495 A, do którego zgodnie ze schematem podłączymy nasze wyprowadzenia. Wstępnie zbudowane komponenty będą zawierać złącza, które można po prostu połączyć.

W tym momencie pomocne może być tymczasowe zabezpieczenie wszystkiego, ostrożne podłączenie zasilania i przetestowanie pola elektromagnesu za pomocą magnesu.

Gdy będziesz zadowolony, możesz zabezpieczyć swoje komponenty na platformie. Obwód powinien być ustawiony pionowo, aby umożliwić przepływ powietrza i blisko gniazda, elektrozawór powinien mieć stronę z czujnikiem skierowaną w dół, a opcjonalną diodę LED i wyświetlacz LCD można umieścić w dowolnym miejscu. Dodanie w tym momencie folii termokurczliwej i osłon na przewody sprawia, że wszystko jest schludne i pomaga uniknąć zwarć i szarpania przewodów. Na koniec, aby jeszcze bardziej zabezpieczyć i zakryć wszystko, dodamy nasz ostatni arkusz z pleksiglasu. Najpierw dodaj nakrętkę i podkładkę do każdego pręta, a następnie ostatni arkusz pleksiglasu i dopasuj go tak, aby górny arkusz stykał się z elektrozaworem, mocno trzymając go w miejscu. Po ustawieniu i wypoziomowaniu dodaj jeszcze cztery podkładki i nakrętki oraz zakryj gumowymi zaślepkami.

Krok 5: Twój EMLEV jest kompletny! Czas na strojenie i testowanie

Jesteśmy prawie gotowi; ale będziemy musieli wykonać kilka obliczeń i trochę dopracować, zanim zaczniemy zachwycać przyjaciół i kolegów.

Podczas montażu naszego solenoidu nasza orientacja nie uwzględniała polaryzacji. Dlatego będziemy musieli wybrać właściwy biegun naszego magnesu, aby był skierowany w naszą cewkę. W tym celu podłącz zasilanie i zacznij wprowadzać magnes w pole elektromagnesu. Jedna strona magnesu będzie się przyciągać w sposób ciągły, druga będzie miała tendencję do blokowania się kilka cali od naszej cewki, zanotuj tę stronę magnesu. Uważaj, aby nie podejść zbyt blisko; oba bieguny będą się gwałtownie przyciągać, jeśli zostaną zbliżone do cewki pod napięciem.

Teraz, gdy wiemy, którego bieguna magnesu używamy, określimy teraz wagę, jaką może utrzymać. Zbyt mały ciężar i ładunek przyciągnie się bez lewitacji, zbyt duży ciężar i pole magnetyczne nie będzie w stanie pokonać grawitacji i twój przedmiot spadnie. Możesz użyć losowych prób i błędów, aby znaleźć optymalną wagę, przyczepiając losowe przedmioty do magnesu, jednak proponuję podejście, które prowadzi do bardziej wymiernych wyników. Używając małych nakrętek i śrub, stopniowo dodawaj je do magnesu i testuj. Po znalezieniu punktu równowagi (poczujesz lekkie kliknięcie, gdy zablokuje się na swoim miejscu), zanotuj wagę ładunku za pomocą małej wagi. Następnie dodaj lub usuń niewielkie obciążenia, aby znaleźć swój zasięg i zoptymalizować pod kątem stabilności. Następnie możesz użyć tego jako odniesienia i zacząć lewitować wszystko w tym przedziale wagowym, który zwykle wynosi od 45 do 55 gramów, nie licząc magnesu.

Gdy działa poprawnie, podłącz oscyloskop, aby zobaczyć pola w akcji! Dzięki odczytom z mojego DSO nano możemy dokładnie zobaczyć, kiedy zachodzi zmieniające się pole i dlaczego.

Krok 6: Przygotuj się do inspirowania i zadziwiania

Gratulacje! Sprawiłeś, że niemożliwe stało się możliwe!

Twój EMLEV powinien teraz być kompletny, działać i lewitować każdy przedmiot w określonym przedziale wagowym. Teraz możemy wybrać obiekt do lewitacji. Spróbuj zamontować magnes na kamieniu lub przymocować gwoździe lub nakrętki, przymocuj pamiątkę, możliwości są nieograniczone, ci goście nawet lewitowali żywą żabę!

Dla efektu wybrałam dużą łyżkę stołową.

„Nie lewituj łyżką; to niemożliwe. Zamiast tego postaraj się tylko uświadomić sobie prawdę. Nie ma łyżki.” – para. Matryca (1999)

To urządzenie rozsadzi umysły; oczy wybrzuszą się, szczęki opadną, a głowy eksplodują! Czy to magia? Czy to nauka? Cóż, jedyną różnicą między magiem a naukowcem jest to, że naukowiec mówi ci, jak to się robi. Dzięki za sprawdzenie mojego Instructable i nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co lewitujesz, zostaw zdjęcia w komentarzach. Myślisz, że ten Instruktaż jest fajny? Daj mi znać, klikając głosuj na górze strony!

II nagroda w konkursie Sensors 2016

II nagroda w konkursie Make It Fly 2016