DIY elektro-magnetická levitace!: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Toto je projekt, který ohromí a inspiruje! K čemu je všechno to vědecké know-how, když s tím nemůžeme udělat něco skvělého, že?

V tomto projektu použijeme několik komponent, které lze snadno vyrobit nebo najít, a postavit tak čelisti, elektromagnetický levitátor ohýbající mysl nebo EMLEV, jak tomu říkám.

S pomocí několika jednoduchých obvodů, magnetu, senzoru s Hallovým efektem a několika dalších komponent budete moci levitovat předměty ve vzduchu!

Začněme!

Krok 1: Co budete potřebovat

Pro tento projekt budeme potřebovat řídicí obvod, zdroj energie, EM cívku a magnet spolu s hardwarem a nástroji, abychom to všechno dali dohromady.

Seznam dílů je následující:

Obvodová deska STÁHNOUT SCHÉMA ZDE

ZÍSKEJTE SADU DÍLŮ ZDE

(1) Deska s malými obvody (1) Regulátor napětí LM7805 (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 A snímač s Hallovým efektem (1) 470uF kondenzátor (elektrolytický) (1) 1uF kondenzátor (keramický) (1) 0,1 uF kondenzátor (keramický) (1) 0,01 uF kondenzátor (keramický) (1) 2 zásuvkový vstupní konektor (+/-) (2) 2 drátové konektory

(1) Napájení 12v/1a

(1) LCD displej napětí (volitelně) (1) Zelená LED (volitelně) (1) 10K odpor

Solenoid (20 g 150-300 otáček) (1) ocelový šroub

Různé barevné dráty (18-24g) (2-3) neodymové kotoučové magnety (3) 8 "x10" plechy z plexiskla (4) 12 "x 5/15" závitová tyč (24) 5/16 "matice (24) 5/ 16 "podložky (8) 5/16" gumové krytky (volitelně)

Zobrazené nástroje zahrnují páječku a pájku, vrtačku a bity do 5/16 a budete také chtít mít po ruce elektrickou pásku nebo smršťovací fólii, lepidlo a 5/16 klíč.

Všechny díly jsou k dispozici ZDE:

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

Krok 2: Teorie a základní součásti

Proč nemůžeme levitovat kovové předměty magnetem ve správné vzdálenosti? Protože jak se železný materiál blíží magnetickému poli, síla exponenciálně roste. To je popsáno takzvaným magnetickým inverzním čtvercovým zákonem, který říká:

Intenzita1 / Intenzita2 = Vzdálenost1 / Vzdálenost2

Neexistuje tedy žádný prostor v prostoru, kde by magnet nebo elektromagnet přirozeně zavěšoval předmět bez kontaktu. Jakmile jste v poli, není cesty zpět!… Pokud…

Šířící se magnetické pole může být zobrazeno ve 2D diagramech nebo na magnetickém pozorovacím filmu jako siločáry vycházející z pólů. Dokonce ani na osciloskopu nelze říci mnoho o pohybu a směru pole pouze snímky ve dvou rozměrech (jako tato notoricky známá iluze). Při pozorování ve 3D lze toto pole vidět a cítit jako toroidní a vzhledem k času začínáme vidět, že se objevuje šířící se šroubovicové pole. To je stejné v případě elektromagnetu, a když se pole zhroutí, udělá to v opačném směru. To je popsáno tím, čemu se obvykle říká Flemingsova pravá a levá ruka.

Teoreticky by tedy bylo možné vytvořit střídavé víry/šroubovice za účelem úpravy objektu do požadované polohy. Po provedení několika výpočtů podle výše uvedeného vzorce zjistíme, že je to možné pouze střídáním těchto polí přesně a rychle (50 000krát za sekundu nebo více!) Problém? Vůbec ne. S několika součástmi můžeme vytvořit šířící se a srážející se elektromagnetické pole řízené senzorem, který detekuje sílu pole a obvodem, který aplikuje příslušné pole na elektromagnet. Komponenty lze nalézt jednotlivě zde nebo jako stavebnici zde, aby byl tento projekt rychlý a snadný. Nyní, když máme všechny naše komponenty připravené, pojďme začít!

Krok 3: Sestavte skříň

Budování našeho výběhu je docela jednoduché s doporučenými materiály, ale můžete použít cokoli, co ležíte. Tento super jednoduchý kryt byl inspirován tímto úžasným robotem, aby předvedl všechny vnitřní součásti. Po dokončení by skříň měla mít 8 "Šx10" Dx12 "V.

Nejprve naskládáme a zajistíme plexisklo a změříme a vyvrtáme čtyři otvory v blízkosti rohů, přičemž zajistíme, že ponecháme prostor od okrajů, a budeme vrtat s postupně většími bity, abychom předešli praskání. Po dokončení budeme mít v rozích všech tří listů plexiskla čtyři otvory 5/16 palce. *Nezapomeňte si poznamenat orientaci pro symetrické uložení. Dále na jednom z listů vyvrtáme otvor nebo otvory pro náš vstupní konektor. To se může lišit v závislosti na vašem konektoru, ale mělo by to být v blízkosti zadní části skříně. Nyní zahájíme stavbu skříně. Začněte vložením čtyř tyčí se závitem 5/16 do otvorů jednoho z vašich listů. Zajistěte list asi 1,5-2 palce od spodní části tyčí jednou podložkou a maticí na každé straně plexiskla a přidejte gumovou patku na dně každého prutu. Než budete pokračovat, zkontrolujte, zda je vše v rovině.

Dále přidáme matici a podložku asi 3-4 palce od vrcholu našich tyčí a umístíme list s otvorem pro zvedák nahoře.

Posledním krokem k naší skříni bude zajištění posledního listu plexiskla nahoru, jakmile přidáme komponenty v dalším kroku.

Krok 4: Namontujte a zajistěte součásti

Nyní, když máme platformu, můžeme stavět a instalovat naše komponenty.

Tento relativně jednoduchý pár obvodů a solenoidů lze sestavit podle přiloženého schématu nebo zde můžete získat předem sestavený. Všimněte si, že SS495 je namontován na spodní část cívky. Přidání LED vám umožní ověřit výkon a digitální voltmetr vám umožní detekovat zátěž pro účely ladění, obě volitelně, mohou být připojeny přímo ke vstupu 12v obvodů s 10k rezistorem v řadě na horkém vedení (+). Je zábavné vědět, že jeden z obvodů integrovaného obvodu je určen pro ovladač motoru a druhý je určen pro fanoušky, ale dejte je dohromady s několika dalšími součástmi a můžeme jej použít k levitaci předmětů ve vzduchu!

Potom můžeme připojit konektor ke vstupu obvodu a zaznamenat si schéma zapojení a pamatovat si, že případem konektoru je zem (-).

Dále připojíme výstupy 1 a 2 z IC LMD18201 k naší solenoidové cívce. Vložte ocelový šroub do středu cívky a na hlavu šroubu namontujte snímač Hall Effect SS495, ke kterému připojíme naše vodiče podle schématu. Předem připravené komponenty budou zahrnovat konektory, které lze jednoduše spojit dohromady.

V tuto chvíli může být užitečné vše dočasně zajistit, opatrně připojit napájení a otestovat magnetické pole elektromagnetu.

Až budete spokojeni, můžete své komponenty zabezpečit na platformě. Obvod by měl být svislý, aby umožňoval proudění vzduchu, a v blízkosti konektoru, solenoid by měl mít stranu se senzorem směřující dolů a volitelnou LED a LCD lze umístit, kdekoli je to vhodné. Přidáním smršťovací fólie a krytů vodičů v tomto bodě bude vše úhledné a pomůže se vyhnout zkratům a přetaženým drátům. Nakonec k zajištění a zakrytí všeho přidáme náš finální list z plexiskla. Nejprve přidejte na každou tyč matici a podložku, potom poslední list z plexiskla a upravte jej tak, aby se horní vrstva dotýkala vašeho solenoidu a pevně jej držela na místě. Jakmile je na místě a vyrovnáno, přidejte další čtyři podložky a matice a uzavřete gumovými koncovkami.

Krok 5: Váš EMLEV je kompletní! Čas na ladění a testování

Jsme téměř kompletní; ale než začneme ohromovat přátele a kolegy, budeme muset udělat pár výpočtů a trochu vyladit.

Při montáži solenoidu naše orientace nebrala v úvahu polaritu. Proto budeme muset vybrat správný pól našeho magnetu, aby stál proti naší cívce. Chcete -li to provést, připojte napájení a začněte přivádět magnet do pole solenoidu. Jedna strana magnetu se bude přitahovat nepřetržitě, druhá bude mít tendenci zapadnout na místo několik palců od naší cívky, poznamenejte si tuto stranu magnetu. Dávejte pozor, abyste se nedostali příliš blízko; oba póly se budou přitahovat násilně, pokud se přiblíží příliš blízko k cívce pod napětím.

Nyní, když víme, který pól našeho magnetu používáme, nyní určíme hmotnost, kterou může držet. Příliš malá hmotnost a zátěž přitáhne bez levitování, příliš velká váha a magnetické pole nedokáže překonat gravitaci a váš předmět spadne. Můžete použít náhodný pokus a omyl k nalezení optimální hmotnosti připojením náhodných předmětů k vašemu magnetu, nicméně navrhuji přístup, který vede k více kvantifikovatelným výsledkům. Pomocí malých matic a šroubů je postupně přidávejte k magnetu a testujte. Jakmile najdete bod vyvážení (ucítíte mírné cvaknutí, když zapadne na místo), poznamenejte si hmotnost nákladu pomocí malého měřítka. Poté přidejte nebo odeberte malá množství váhy, abyste našli svůj rozsah a optimalizovali stabilitu. Potom to můžete použít jako referenci a začít levitovat cokoli v tomto hmotnostním rozmezí, které se obvykle pohybuje mezi 45-55 gramy, bez magnetu.

Pokud funguje správně, připojte osciloskop, abyste viděli pole v akci! Díky odečtům z mého DSO nano můžeme přesně vidět, kdy se měnící pole vyskytuje a proč.

Krok 6: Připravte se inspirovat a ohromit

Gratulujeme! Učinili jste nemožné možným!

Váš EMLEV by nyní měl být kompletní, funkční a bude levitovat jakoukoli položku v určeném rozsahu hmotnosti. Nyní si můžeme vybrat předmět k levitaci. Zkuste připevnit magnet na kámen nebo připevněte hřebíky nebo ořechy, připevněte památku, možnosti jsou nekonečné, tito lidé dokonce levitovali živou žábu!

Pro efekt jsem zvolil velkou lžíci.

„Nelevitujte lžící; to je nemožné. Místo toho se snažte uvědomit si pravdu. Žádná lžíce neexistuje.“- odst. Matrix (1999)

Toto zařízení rozbije mysl; oči se vyboulí, čelisti spadnou a hlavy explodují! Je to magie? Je to věda? Jediným rozdílem mezi kouzelníkem a vědcem je vědec, který vám řekne, jak se to dělá. Děkuji, že jste si prohlédli můj Instructable a nemůžu se dočkat, až uvidíte, co levitujete, zanechte obrázky v komentářích. Myslíte si, že je tento Instructable skvělý? Dejte mi vědět kliknutím na hlasovat v horní části stránky!

Druhá cena v soutěži Sensors Contest 2016

Druhá cena v soutěži Make It Fly 2016