DIY elektro-magnetická levitácia!: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Toto je projekt, ktorý ohromí a inšpiruje! Na čo je všetko to vedecké know-how, keď s tým nemôžeme urobiť niečo cool, však?

V tomto projekte použijeme niekoľko komponentov, ktoré je ľahké vyrobiť alebo nájsť, na zostavenie čeľuste, elektromagnetického levitátora ohýbajúceho myseľ alebo EMLEV, ako tomu hovorím.

S pomocou niekoľkých jednoduchých obvodov, magnetu, senzora s Hallovým efektom a niekoľkých ďalších komponentov budete môcť levitovať predmety vo vzduchu!

Začnime!

Krok 1: Čo budete potrebovať

Na tento projekt budeme potrebovať riadiaci obvod, zdroj energie, EM cievku a magnet spolu s hardvérom a nástrojmi, aby sme to všetko spojili.

Zoznam dielov je nasledujúci:

Obvodová doska STIAHNUTIE SCHÉMATY TU

ZÍSKAJTE SÚPRAVU NA ČASTI TU

(1) Doska s malým obvodom (1) Regulátor napätia LM7805 (1) IC MIC502 (1) IC LMD18201 (1) Snímač Hallovho efektu SS495 A (1) Kondenzátor 470uF (elektrolytický) (1) 1uF kondenzátor (keramický) (1) 0,1 uF kondenzátor (keramický) (1) 0,01 uF kondenzátor (keramický) (1) 2 zásuvkový vstupný konektor (+/-) (2) 2 drôtové konektory

(1) Napájanie 12v/1a

(1) LCD displej napätia (voliteľné) (1) Zelená LED (voliteľné) (1) 10K odpor

Solenoid (20 g 150-300 otáčok) (1) Oceľová skrutka

Rôzne farebné drôty (18-24 g) (2-3) Neodymové kotúčové magnety (3) Plexisklové listy 8 palcov x 10 palcov (4) Závitová tyč 12 palcov x 5/15 palcov (24) Matice 5/16 palcov (24) 5/ 16 "podložky (8) 5/16" gumové krytky (voliteľné)

Medzi zobrazené nástroje patrí spájkovačka a spájkovačka, vŕtačka a bity do 5/16 palcov a tiež budete chcieť mať poruke elektrickú pásku alebo zmršťovaciu fóliu, lepidlo a 5/16 kľúč.

Všetky diely nájdete TU:

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

Krok 2: Teória a základné komponenty

Prečo nemôžeme jednoducho levitovať kovové predmety magnetom v správnej vzdialenosti? Pretože keď sa železný materiál blíži k magnetickému poľu, sila sa exponenciálne zvyšuje. Toto je popísané takzvaným zákonom magnetických inverzných štvorcov, ktorý uvádza:

Intenzita1 / Intenzita2 = Vzdialenosť1 / Vzdialenosť2

Neexistuje teda žiadny priestor vo vesmíre, kde by magnet alebo elektromagnet prirodzene zavesil predmet bez kontaktu. Akonáhle ste v poli, nie je cesty späť!… Pokiaľ…

Šíriace sa magnetické pole môže byť zobrazené v 2D diagramoch alebo na magnetickom pozorovacom filme ako siločiary vychádzajúce z pólov. Dokonca ani na osciloskope nie je možné veľa povedať o pohybe a smere poľa iba snímkami v dvoch dimenziách (ako táto notoricky známa ilúzia). Keď je toto pole pozorované v 3D, je možné ho vnímať a cítiť ako toroidné a vzhľadom na čas začíname vidieť, že sa objavuje šíriace sa špirálové pole. To isté platí pre elektromagnet a keď sa pole zrúti, urobí to v opačnom smere. To je popísané tým, čo sa zvyčajne označuje ako pravidlá Flemingsa pre pravú a ľavú ruku.

Teoreticky by teda bolo možné vytvoriť striedavé víry/špirály, aby sa objekt nastavil do požadovanej polohy. Po vykonaní niekoľkých výpočtov podľa vyššie uvedeného vzorca zistíme, že je to možné iba striedaním týchto polí presne a rýchlo (50 000 krát za sekundu alebo viac!) Problém? Vôbec nie. S niekoľkými komponentmi môžeme vytvoriť šíriace sa a zrútiace sa elektromagnetické pole riadené snímačom, ktorý detekuje intenzitu poľa a obvodom, ktorý aplikuje príslušné pole na elektromagnet. Komponenty nájdete všetky jednotlivo tu alebo ako súpravu, aby bol tento projekt rýchly a ľahký. Teraz, keď máme pripravené všetky naše komponenty, začnime!

Krok 3: Postavte prílohu

Budovanie našej ohrady prebieha celkom jednoducho s odporúčanými materiálmi, ale neváhajte použiť čokoľvek, okolo čoho sa povaľujete. Tento super jednoduchý kryt bol inšpirovaný týmto úžasným robotom a ukázal všetky vnútorné komponenty. Po dokončení by mala mať ohrada rozmery 8 palcov x 10 palcov x 12 palcov.

Najprv naskladáme a zaistíme plexisklo a zmeráme a vyvŕtame štyri otvory v blízkosti rohov, pričom ponecháme priestor od okrajov a vŕtame postupne väčšími bitmi, aby sme predišli praskaniu. Po dokončení budeme mať v rohoch všetkých troch listov plexiskla štyri otvory 5/16 palca. *Nezabudnite si všimnúť orientáciu pre symetrické uloženie. Ďalej na jednom z listov vyvŕtame otvor alebo otvory pre náš vstupný zdvihák. To sa môže líšiť v závislosti od vášho konektora, ale malo by byť blízko zadnej časti krytu. Teraz začneme stavať kryt. Začnite vložením štyroch tyčí so závitom 5/16 do otvorov jedného z vašich listov. Zaistite list asi 1,5-2 palcov od spodnej časti tyčí jednou podložkou a maticou na každej strane plexiskla a pridajte gumenú pätku. na spodnej časti každého prúta. Pred pokračovaním sa uistite, že je všetko v rovine.

Ďalej pridáme maticu a podložku asi 3-4 palce od hornej časti našich tyčí a navrch položíme list s otvorom pre zdvihák.

Posledným krokom k našej ohrade bude zaistenie posledného listu plexiskla na vrch, akonáhle v ďalšom kroku pridáme komponenty.

Krok 4: Namontujte a zaistite komponenty

Teraz, keď máme platformu, môžeme stavať a inštalovať naše komponenty.

Tento relatívne jednoduchý pár obvodov a solenoidov je možné postaviť podľa priloženej schémy alebo si tu môžete zaobstarať vopred zostavený. Všimnite si toho, že SS495 je namontovaný na spodnej časti cievky. Pridanie LED diódy vám umožní overiť výkon a digitálny voltmetr vám umožní zistiť záťaž na účely ladenia, obe voliteľné, môžu byť zapojené priamo na vstup 12 V obvodov s integrovaným 10k odporom na horúcom vedení (+). Je zábavné vedieť, že jeden z integrovaných obvodov obvodu je určený pre regulátor motora a druhý je určený pre ventilátor, ale spojte ich s niekoľkými ďalšími komponentmi a môžeme ho použiť na levitáciu predmetov vo vzduchu!

Potom môžeme zapojiť konektor do vstupu obvodu a zaznamenať schému zapojenia a pamätať si, že prípadom konektora je uzemnenie (-).

Ďalej pripojíme výstupy 1 a 2 z nášho integrovaného obvodu LMD18201 k našej solenoidovej cievke. Vložte oceľovú skrutku do stredu cievky a na hlavu skrutky namontujte snímač Hallovho efektu SS495, ku ktorému podľa schémy zapojíme naše vodiče. Vopred pripravené súčiastky budú obsahovať konektory, ktoré je možné jednoducho spojiť.

V tomto mieste môže byť užitočné všetko dočasne zaistiť, opatrne pripojiť napájanie a pomocou magnetu otestovať pole solenoidu.

Keď budete spokojní, môžete svoje komponenty zaistiť na platforme. Obvod by mal byť vzpriamený, aby umožňoval prúdenie vzduchu, a v blízkosti konektora, solenoid by mal mať stranu so senzorom smerom nadol a voliteľné LED a LCD je možné umiestniť kdekoľvek je to vhodné. Pridaním niektorých zmršťovacích fólií a krytov drôtov v tomto mieste urobí všetko úhľadným a pomôže vyhnúť sa skratom a ťahaným drôtom. Nakoniec, aby sme všetko zaistili a zakryli, pridáme náš konečný list z plexiskla. Na každú tyč najskôr pridajte maticu a podložku, potom poslednú fóliu z plexiskla a upravte ju nadol tak, aby sa horná doska dotýkala vášho solenoidu a pevne ho držala na svojom mieste. Akonáhle sú na svojom mieste a vyrovnané, pridajte ďalšie štyri podložky a matice a uzatvorte gumovými koncovkami.

Krok 5: Váš EMLEV je kompletný! Čas na ladenie a testovanie

Sme takmer úplní; ale kým začneme ohromovať priateľov a kolegov, budeme musieť urobiť niekoľko výpočtov a malé doladenie.

Pri montáži solenoidu naša orientácia nezohľadňovala polaritu. Preto budeme musieť vybrať správny pól nášho magnetu, aby stál proti našej cievke. Za týmto účelom pripojte napájanie a začnite privádzať magnet do poľa solenoidu. Jedna strana magnetu sa bude priťahovať nepretržite, druhá bude mať tendenciu zapadnúť na miesto niekoľko palcov od našej cievky, poznamenajte si túto stranu magnetu. Dávajte pozor, aby ste sa nedostali príliš blízko; oba póly sa násilne pritiahnu, ak sa privedú príliš blízko napájanej cievky.

Teraz, keď vieme, ktorý pól nášho magnetu používame, teraz určíme hmotnosť, ktorú môže udržať. Príliš malá hmotnosť a záťaž priťahujú bez levitovania, príliš veľká hmotnosť a magnetické pole nedokáže prekonať gravitáciu a váš predmet spadne. Môžete použiť náhodné pokusy a omyly na nájdenie optimálnej hmotnosti pripevnením náhodných predmetov k vášmu magnetu, navrhujem však prístup, ktorý vedie k viac kvantifikovateľným výsledkom. Pomocou malých matíc a skrutiek ich postupne pridávajte k magnetu a testujte. Akonáhle nájdete bod rovnováhy (po zaistení na mieste pocítite mierne cvaknutie), zaznamenajte hmotnosť bremena pomocou malého meradla. Potom pridajte alebo uberte malé množstvo hmotnosti, aby ste našli svoj rozsah a optimalizovali stabilitu. Potom to môžete použiť ako referenciu a začať levitovať čokoľvek v tomto hmotnostnom rozmedzí, ktoré sa zvyčajne pohybuje medzi 45-55 gramami, vrátane magnetu.

Ak funguje správne, pripojte osciloskop, aby ste videli polia v prevádzke! Vďaka hodnotám z môjho DSO nano môžeme presne vidieť, kedy sa meniace pole vyskytuje a prečo.

Krok 6: Pripravte sa na inšpiráciu a úžas

Gratulujem Urobili ste z nemožného možné!

Váš EMLEV by mal byť teraz kompletný, funkčný a bude levitovať akúkoľvek položku v určenom hmotnostnom rozsahu. Teraz si môžeme vybrať predmet na levitáciu. Skúste magnet pripevniť na kameň alebo pripevniť klince alebo matice, pripevniť pamiatku, možností je neúrekom, títo chlapci dokonca levitovali živú žabu!

Na efekt som vybral veľkú polievkovú lyžicu.

„Lyžicu nelevitujte; to je nemožné. Namiesto toho sa snažte uvedomiť si pravdu. Lyžica neexistuje.“- ods. Matrix (1999)

Toto zariadenie rozbúri myseľ; oči sa vypuknú, čeľuste klesnú a hlavy explodujú! Je to mágia? Je to veda? Jediným rozdielom medzi kúzelníkom a vedcom je vedec, ktorý vám povie, ako sa to robí. Ďakujem, že ste si pozreli môj Instructable a nemôžem sa dočkať, až uvidíte, čo levitujete, zanechajte obrázky v komentároch. Myslíte si, že tento návod je v pohode? Dajte mi vedieť kliknutím na hlasovať v hornej časti stránky!

Druhá cena v súťaži senzorov 2016

Druhá cena v súťaži Make It Fly 2016