DIY elektromagnetisk levitasjon !: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Dette er et prosjekt som vil overraske og inspirere! Hva nyter all denne vitenskapskunnskapen hvis vi ikke kan gjøre noe kult med det, ikke sant?

Med dette prosjektet skal vi bruke et par komponenter som er enkle å lage eller finner for å bygge en kjevefallende, sinnbøyende elektromagnetisk Levitator, eller EMLEV som jeg kaller det.

Ved hjelp av noen enkle kretser, en magnet, en Hall Effect -sensor og noen få andre komponenter vil du kunne sveve gjenstander i luften!

La oss komme i gang!

Trinn 1: Hva du trenger

For dette prosjektet trenger vi en kontrollerkrets, en strømkilde, en EM -spole og en magnet sammen med maskinvare og verktøy for å sette alt sammen.

Delelisten er som følger:

Kretskort Last ned skjemaet HER

FÅ DELSETTET HER

(1) Små kretskort (1) LM7805 Spenningsregulator (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 A Hall Effect Sensor (1) 470uF Kondensator (elektrolytisk) (1) 1uF Kondensator (keramikk) (1) 0,1 uF kondensator (keramikk) (1) 0,01 uF kondensator (keramikk) (1) 2 inngangskontakter (+/-) (2) 2 ledningskontakter

(1) 12v/1a strømforsyning

(1) LCD -spenningsdisplay (valgfritt) (1) Grønn LED (valgfri) (1) 10K motstand

Magnetventil (20g 150-300 omdreininger) (1) Stålbolt

Ulike fargede ledninger (18-24 g) (2-3) Neodymskivemagneter (3) 8 "x10" plexiglassark (4) 12 "x 5/15" gjengestang (24) 5/16 "muttere (24) 5/ 16 "skiver (8) 5/16" gummikapper (valgfritt)

Verktøyene som vises inkluderer loddejern og loddetinn, bor og bits opptil 5/16 , og du vil også ha litt elektrisk tape eller krympe, lim og 5/16 -skiftenøkkel for hånden.

Alle delene er tilgjengelige HER:

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

Trinn 2: Teori og kjernekomponenter

Hvorfor kan vi ikke bare sveve metallgjenstander med en magnet i riktig avstand? Fordi et jernholdig materiale nærmer seg et magnetfelt, øker kraften eksponentielt. Dette er beskrevet av det som kalles den magnetiske inverse firkantloven som sier:

Intensitet1 / Intensitet2 = Avstand1 / Avstand2

Så det er ikke noe sted i rommet hvor en magnet eller elektromagnet naturlig vil suspendere et objekt uten å komme i kontakt. Vel i feltet, er det ingen vei tilbake! … Med mindre …

Et forplantende magnetfelt kan vises i 2D -diagrammer eller på magnetisk visningsfilm som kraftlinjer som kommer fra polene. Selv på et oscilloskop er det umulig å fortelle mye om bevegelse og retning av feltet med bare øyeblikksbilder i to dimensjoner (som denne beryktede illusjonen). Når det observeres i 3D, kan dette feltet sees og føles som toroidalt, og med tiden begynner vi å se at et forplantende spiralformet felt dukker opp. Dette er det samme når det gjelder en elektromagnet, og når feltet kollapser, gjør det det i motsatt retning. Dette beskrives av det som vanligvis kalles Flemings Høyre og Venstrehåndsregler.

Så, i teorien, ville det være mulig å lage vekslende virvler/helixer for å justere et objekt til en ønsket posisjon. Etter å ha gjort noen beregninger basert på formelen ovenfor finner vi at det bare er mulig ved å veksle disse feltene nøyaktig og raskt (50 000 ganger per sekund eller mer!) Problem? Ikke i det hele tatt. Med noen få komponenter kan vi lage et forplantende og kollapsende elektromagnetisk felt kontrollert av en sensor som oppdager feltstyrken og en krets som bruker det aktuelle feltet på en elektromagnet. Komponenter kan alle bli funnet enkeltvis her eller som et sett her for å gjøre dette prosjektet raskt og enkelt. Nå som vi har alle komponentene våre klare, la oss komme i gang!

Trinn 3: Bygg kabinettet

Å bygge kabinettet vårt er ganske rett frem med de anbefalte materialene, men bruk gjerne det du har liggende. Denne super enkle kabinettet ble inspirert av denne fantastiske roboten til å vise frem alle de interne komponentene. Når den er ferdig, skal kabinettet være 8 "Bx10" Dx12 "H.

Først vil vi stable og sikre plexiglasset vårt og måle og bore fire hull nær hjørnene, og sørg for å forlate plass fra kantene og bore med trinnvis større biter for å unngå sprekker. Når vi er ferdige, vil vi ha fire 5/16 -tommers hull i hjørnene på alle tre plexiglassarkene. *Sørg for å merke retningen for en symmetrisk passform. Deretter borer vi et hull eller hull for inngangskontakten på et av arkene. Dette kan variere avhengig av jacken din, men bør være nær baksiden av kabinettet. Vi begynner nå å bygge kabinettet. Start med å sette de fire 5/16 gjengestengene inn i hullene på ett av arkene dine. Fest arket omtrent 1,5-2 tommer fra bunnen av stengene med en skive og mutter på hver side av plexiglasset og legg til en gummifot på bunnen av hver stang. Sørg for at alt er i vater før du fortsetter.

Deretter legger vi til en mutter og skive omtrent 3-4 tommer fra toppen av stengene våre og legger arket med hullet for jekken på toppen.

Det siste trinnet i kabinettet vårt er å sikre det siste arket av plexiglass til toppen når vi legger til komponentene i neste trinn.

Trinn 4: Monter og sikre komponenter

Nå som vi har en plattform, kan vi bygge og installere komponentene våre.

Dette relativt enkle krets- og magnetventilparet kan bygges i henhold til vedlagte diagram, eller du kan få et forhåndsbygd et her. Vær oppmerksom på at SS495 blir montert på bunnen av spolen. Ved å legge til en LED kan du verifisere strøm og et digitalt voltmeter lar deg detektere en belastning for tuningformål, begge valgfrie, de kan kobles direkte til kretsens 12v-inngang med en in-line 10k motstand på varmeledningen (+). Det er morsomt å vite at en av kretsens ICer er designet for en motorstyring og den andre er ment for en vifte, men sett dem sammen med noen få andre komponenter, og vi kan bruke den til å sveve gjenstander i luften!

Vi kan deretter koble kontakten til kretsens inngang og notere kretsdiagrammet og huske at kontaktens kasse er bakken (-).

Deretter kobler vi utgangene 1 og 2 fra vår LMD18201 IC til vår magnetspole. Sett en stålbolt inn i spolens senter og på hodet på bolten fest SS495 A Hall Effect Sensor som vi vil koble ledningene våre til i henhold til diagrammet. Ferdigbygde komponenter vil inkludere kontakter som bare kan klikkes sammen.

Det kan være nyttig på dette tidspunktet å sikre alt midlertidig, koble til strømmen forsiktig og test magnetens felt med magneten din.

Når du er fornøyd, kan du sikre komponentene dine til plattformen. Kretsen skal være oppreist for å tillate luftstrøm og i nærheten av kontakten, skal solenoiden ha siden med sensoren ned og valgfri LED og LCD kan plasseres der det er praktisk. Ved å legge til litt krympepapir og wire dekker på dette tidspunktet, blir alt pent og hjelper til med å unngå kortslutning og dratt ledninger. Til slutt, for å sikre og dekke alt ytterligere, vil vi legge til vårt siste plexiglassark. Tilsett først en mutter og skive til hver stang, deretter det siste plexiglassarket og juster det ned slik at det øverste arket kommer i kontakt med solenoiden og holder det tett. Når du er på plass og i nivå, legger du til ytterligere fire skiver og muttere og hette med endehettene i gummi.

Trinn 5: Din EMLEV er fullført! På tide å stille og teste

Vi er nesten ferdige; men vi må gjøre noen beregninger og litt tuning før vi kan begynne å glede venner og kolleger.

Ved montering av solenoiden tok orienteringen ikke hensyn til polariteten. Derfor må vi velge riktig pol på magneten vår for å møte spolen vår. For å gjøre dette, koble til strøm og begynn å bringe magneten inn i magnetventilen. Den ene siden av magneten vil tiltrekke seg kontinuerlig, den andre vil ha en tendens til å låse på plass flere centimeter fra spolen vår, noter denne siden av magneten. Vær forsiktig så du ikke kommer for nær; begge polene vil tiltrekke seg voldsomt hvis de bringes for nær spenningen.

Nå som vi vet hvilken pol av magneten vi bruker, vil vi nå bestemme vekten den kan holde. For liten vekt og belastningen vil tiltrekke seg uten å sveve, for mye vekt og magnetfeltet vil ikke kunne overvinne tyngdekraften og objektet ditt vil falle. Du kan bruke tilfeldig prøve og feil for å finne den optimale vekten ved å feste tilfeldige objekter til magneten din, men jeg foreslår en tilnærming som fører til mer kvantifiserte resultater. Ved hjelp av små muttere og bolter, kan du legge dem til trinnvis i magneten og teste. Når du finner et balansepunkt (du vil føle et lite klikk når det låser seg på plass), noter du lasten med en liten skala. Legg deretter til eller fjern små mengder vekt for å finne rekkevidden din og optimalisere for stabilitet. Du kan deretter bruke dette som en referanse og begynne å sveve alt innenfor dette vektområdet som vanligvis er mellom 45-55 gram uten magneten.

Når du fungerer korrekt, kobler du til et oscilloskop for å se feltene i aksjon! Takket være avlesningene fra min DSO -nano kan vi se nøyaktig når feltet endrer seg og hvorfor.

Trinn 6: Forbered deg på å inspirere og forbløffe

Gratulerer! Du har gjort det umulige mulig!

EMLEV -en din skal nå være komplett, fungerende og vil sveve ethvert element i det bestemte vektområdet. Nå kan vi velge et objekt som skal levitere. Prøv å montere magneten på en stein eller fest spiker eller muttere, fest et minnesmerke, mulighetene er uendelige, disse gutta leviterte til og med en levende frosk!

Jeg valgte en stor spiseskje for effekt.

"Ikke svev skjeen; det er umulig. Prøv i stedet bare å innse sannheten. Det er ingen skje."- paragraf. The Matrix (1999)

Denne enheten vil blåse hodet; øynene vil bule, kjever vil falle og hoder eksplodere! Er det magi? Er det vitenskap? Den eneste forskjellen mellom en tryllekunstner og en vitenskapsmann er at en forsker forteller deg hvordan det er gjort. Takk for at du sjekket ut min Instructable, og jeg kan ikke vente med å se hva du svever, legg igjen bilder i kommentarene. Synes du at Instructable er kult? Gi meg beskjed ved å klikke på stemme øverst på siden!

Andre pris i sensorkonkurransen 2016

Andre pris i Make It Fly Contest 2016