מטוטלת אלקטרומגנטית: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

בסוף שנות השמונים החלטתי שאני רוצה לבנות שעון כולו מעץ. בזמנו לא היה אינטרנט ולכן היה הרבה יותר קשה לעשות מחקר מאשר היום … למרות שהצלחתי לחבר גלגל גולמי ופליטת מטוטלת מאוד. זמן הריצה היה מוגבל וזה היה די מסובך אבל זה היה לוחץ לאורך כמה דקות לפני שהמשקל יגע ברצפה. גם המשאבים שלי … כלים, כסף, כישורים לעיבוד עץ היו מוגבלים … מה שהפך את העבודה על הפרויקט למתסכלת למדי. אז, לזמן זה, חלום שעון העץ ננטש. קדימה קדימה 30 פלוס שנים. אני בדימוס עכשיו, יש לי הרבה כלים מעולים, וכישורי העץ שלי השתפרו באופן דרמטי. יש לי גם גישה למחשבים, תוכנות מדהימות בעיצוב מחשב (CAD) ואינטרנט. אז פרויקט השעון חזר לפעולה. החלטתי לכתוב על התהליך תוך כדי עבודת העיצוב. פשוט נראה דבר מהנה לעשות.

בתחילה רציתי לבנות שעון המונע על ידי כוח הכבידה ומוסדר על ידי מטוטלת. לאחרונה, כשחפרתי באופן אקראי באינטרנט, נתקלתי בבחור באי קאוי המעצב שעוני עץ וסוגים אחרים של "אמנות קינטית". קוראים לו קלייטון בויר. זה היה גילוי עיצובי השעונים של מר בויר שעוררו בי השראה להמשיך בפרויקט השעון שלי. אחד העיצובים שלו שהקסימו אותי נקרא "הטוקאן". בריחת ההליכה שהייתה בשימוש בשעון דמה לשטר הציפור בעל אותו שם. זה היה שעון מהנה לצפייה והעיצוב היה גחמני מאוד אבל מה שבסופו של דבר משך את תשומת ליבי היה איך הוא מונע. לא היו משקולות או מעיינות. נראה שהמטוטלת מתנדנדת קסם הלוך ושוב ללא אובדן אנרגיה. הסוד היה מערכת הנעה אלקטרומגנטית החבויה בתוך בסיס השעון ומגנט בקצה המטוטלת. בהיותי מהנדס חשמל חשבתי שזה ממש מגניב והחלטתי להבין איך כל זה עובד ולבנות גרסה משלי של הטוקאן של מר בויאר. מה שבטוח … יכולתי פשוט לרכוש את התוכניות לשעון מכיוון שהן היו זמינות בכ -35 דולר אבל איפה הכיף בזה?

לאחר קצת יותר חפירות באינטרנט גיליתי שהקונספט התחיל בתחילת שנות השישים עם שעוני יום השנה לקונדו. הם הופעלו על ידי סוללה תא יבש והיו פועלים במשך שנה בערך לפני שהיית צריך להחליף את הסוללה (ולכן אני מניח את השם. הפשטות של מעגל הכונן סקרנה אותי. היו שני סלילים (פצע אחד על גבי אחר), טרנזיסטור גרמניום וסוללה. זה הכל! אני אוהב דברים פשוטים שעובדים וזה לא יכול להיות הרבה יותר פשוט. אחד הסלילים מחובר לכניסת הבסיס של הטרנזיסטור והסליל השני נמצא בצד הפלט של הטרנזיסטור בסדרה עם הסוללה. החלק השני של הפאזל היה מגנט המותקן בקצה מטוטלת. כאשר המטוטלת מתנדנדת ליד הסלילים, המגנט גורם לזרם בתוך הסליל המניע את בסיס הטרנזיסטור. זה גורם לטרנזיסטור להידלק וזרם זרם במעגל הפלט מהסוללה דרך הסליל שנמצא איתו בסדרה. יש גם אפקט שנאי שגורם לזרם נוסף בסליל הקלט עד לנקודה שבה הטרנזיסטור רווי. כמות הזרם המרבית זורמת כעת בצד המוצא של הטרנזיסטור והסליל במעגל זה מופעל במלואו על ידי הסוללה ובכך יוצר אלקטרומגנט בעל קוטביות זהה למגנט במטוטלת. העיתוי הוא כזה שהשדה המגנטי שנוצר על ידי האלקטרומגנט דוחה את המגנט במטוטלת כשהוא מתנדנד ונותן לו בעיטה קטנה. ברגע שהמטוטלת עוברת על פני זרימת הסלילים מפסיקה לזרום בבסיס הטרנזיסטור והיא נכבית. תהליך זה חוזר על עצמו בכל פעם שהמטוטלת מתנדנדת על ידי הסלילים … המספקת את האנרגיה הנוספת הנדרשת כדי להתגבר על ההפסדים בתוך המערכת ולשמור על הכל בתנועה. מסודר הא? מה שבאמת נהדר בזה הוא שהוא צורך מעט מאוד חשמל והסוללה תחזיק זמן רב. שעוני עץ המונעים על ידי קפיצים או משקולות יפעלו רק יום בערך לפני שהם צריכים להיפתל מחדש. יש להם משיכה משלהם אבל סיבוב השעון כל יום נראה לי כאב. אני עדיין עשוי לבנות אחד כזה מתישהו (אני אוהב בריחות מארנפילד) אבל בינתיים זה יהיה אלקטרוניקה במקום כוח הכבידה.

אז הרגל הראשונה של המסע הזה היא להבין כיצד לבנות את המטוטלת הדחופה האלקטרומגנטית מכיוון שזה לא רק יסדיר את השעון אלא גם יהיה המנוע המניע אותו. בסופו של דבר בנוסף להדרכה זו על המטוטלת אפרסם מספר הדרכות המתייחסות לעיצוב השעון באופן כללי, עיצוב ציוד, בניית מסגרות ולאחר מכן אחבר את הכל להשלמת שעון עבודה. אז רצו … הנה אנחנו הולכים עם תהליך העיצוב של המטוטלת …

אספקה

המרכיב העיקרי של המטוטלת הדחפה האלקטרומגנטית הוא מעגל הסליל. השתמשתי במסמר נפוץ של 10 ד '(ניתן להשיג בחנות החומרה הממוצעת שלך) כליבת הפריט. החיווט לסלילים הוא חוט מגנט 35 AWG. זהו חוט דק מאוד המצופה בחומר דק בלתי מוליך. טרנזיסטור צומת דו קוטבי 2N4401 NPN משמש לשליטה על זרימת הזרם דרך המעגל. קלטת קפטון מכסה את הציפורן ואת הליבה שהושלמה אך ניתן להשתמש כמעט בכל סוג של קלטת. מכסי הקצה של הסליל הינם יריעת אקריליק בגודל 1/16 אינץ 'וכן פיסת אלון גלילית המאכלסת את הטרנזיסטור ואת חיווט הסליל. חלקים שונים של עץ גרוטאות שימשו לשאר מכלול אב הטיפוס יחד עם מוטות דיבל במספר קטרים. אני אוהב לעבוד עם מוטות … זה מזכיר לי את אחד מצעצועי הילדות האהובים עלי … צעצועי טינקר! אני מוצא שהם מתאימים למדי לפיתוח אב טיפוס. ספק הכוח הוא מודול תקע בקיר הממיר AC 110 ל- 9 וולט DC. בסופו של דבר השעון יופעל בסופו של דבר על סוללה אך לעת עתה מודול הכניסה נוח מאוד ועקבי. מרכיב מרכזי נוסף הוא מגנט ניאודימיום המוטבע בקצה המטוטלת. הקוטר שהשתמשתי בו הוא בקוטר 1/2 אינץ 'ובעובי של רבע אינץ'.

שלב 1: הרכבת הליבה של סליל

תוך כדי מחקר על הסליל נתקלתי בפורום לתיקון שעונים בו אחד החוטים דן בפרטי עיצוב הסליל. היו להם כמה תמונות נהדרות שנתנו לי את הרעיון כיצד להסתיר את הטרנזיסטור והחיווט הנלווה לבסיס הסליל. פרט מרכזי נוסף היה שהם ציינו את הסלילים המכילים 4000 סיבובים. וואו, זה נשמע כמו הרבה ויצר קצת דאגה במוחי כמה סביר זה יהיה לעטוף את הסליל אבל בכל זאת לחצתי.

חשבתי כמה גדול אני רוצה שהסליל המוגמר יהיה והתנחלתי על סנטימטר בקוטר ואורך סנטימטר ורבע. חתכתי עיגולים בקוטר 1 אינץ 'מתוך יריעת אקריליק בגודל 1/16 אינץ' לשימוש בכובעי הקצה ועוד דיסק בקוטר 1 אינץ 'מחתיכת עץ אלון בעובי 1/2 אינץ' לבסיס. טחנתי תעלה של רבע אינץ 'בדיסק האלון וכן קידחתי חור בקוטר 3/16 אינץ' בכדי להכיל את הטרנזיסטור. כמו כן, קידחתי חורים קטנים בכדי להיות מסוגל לנתב את החיווט לתוך הערוץ בבסיס. עיין בתמונות לפרטים. בתחילה חתכתי קטע מהחלק האקרילי התחתון כדי להקל על הכנסת החוטים לבסיס. בדיעבד, הייתי צריך רק לקדוח חורים קטנים כך שיתאימו לאלה שבבסיס. אבל לא עניין גדול. כמו כן נקדחו חורים בחתיכות האקריליק ובחתיכת האלון להתאמה הדוקה על הציפורן. ההרכבה הייתה כדלקמן: הנח את הדיסק האקרילי החריץ על הציפורן. עטפו פיסת טייפ בגודל 1-1/4 אינץ 'סביב הציפורן כפי שמוצג ולאחר מכן הוסיפו את הדיסק האסילי המחורץ. מרחתי אפוקסי על דיסק האלון ולאחר מכן החלקתי אותו על הציפורן כך שהוא נקשר לדיסק האקרילי.

לפני שעברתי לתהליך עטיפת הסלילים עשיתי כמה חישובים מהירים ומלוכלכים כדי לקבל מושג גס על גודל החיווט המוגמר ועל ההתנגדות החשמלית של שני הסלילים. נראה שאצליח להכניס את כל החוט למכלול הליבה שלי כך שהייתי מאושר.

שלב 2: ג'יג מתפתל סליל

החלטתי שלעטוף את החוט סביב הליבה לגמרי ביד יהיה כאב עצום ולכן בהשראת טכנולוגיית טינקר צעצוע ריכזתי יחד ג'יג מתוך דיבלים וחתיכות גרוטות של דיקט ו- MDF. גיליתי שעלי לשים מעט דבק חם על דיסק האלון של ליבת הסליל בכדי להחזיק אותו היטב. אחרת היה קצת יותר מדי חיכוך במכלול והליבה לא הייתה זזה כאשר סובבתי את הארכובה. אז עם קצת יותר שיוף כדי להפחית עוד יותר את החיכוך ואת טיפת הדבק החם הג'יג פעל.

שלב 3: סיבוב הסלילים

החוט הוא סוג מיוחד של חוט הנקרא חוט מגנט. זהו חוט חד גדילי דק מאוד המצופה בחומר בידוד דק. השתמשתי ב 35 AWG. הוא נפוץ מאוד ובדיוק כמו כל דבר אחר אפשר להשיג אותו מאמזון. חילצתי את הסליל שאתה רואה בתמונה הראשונה מהאשפה בעבודה לאחר אירוע ניקוי מעבדה. לא בטוח בן כמה הוא אבל נראה שהוא נרכש לפני עשרות רבות. חחח.

נעטוף שני סלילים, אחד על השני, על הציפורן במכלול הליבה. חיוני ששני הסלילים יהיו עטופים באותו כיוון סביב המכלול … אחרת זה לא יעבוד. לכל סליל יהיו כ -4000 עטיפות סביב הציפורן. עכשיו זה לא כזה עניין גדול אם לא תסיים בדיוק 4000 סיבובים על כל סליל, כך שלא תצטרך להזיע את הפרט הזה אבל היה לי פנקס שרשמתי כדי לעקוב. זה אמנם לקח כמה שעות להשלים את תהליך העטיפה אבל רק הפעלתי משחק כדורגל כדי לצפות כדי שלא ישעמם לי. יכולתי לבצע כ -50 סיבובים סביב הציפורן בכל מעבר כך שאעשה כמה מסירות כדי לקבל מאה עטיפות ולרשום את זה על לוח הפתקים שלי והמשכתי עד שהגעתי ל -4000 עטיפות.

להלן תהליך העטיפה: התחל לעטוף את הסליל הפנימי על ידי השחלת 2 או 3 אינץ 'של חוט לתוך פיסת הבסיס של האלון. סמן את קצה החוט הזה "1". השלם את 4000 העטיפות שלך וודא שאתה מגיע לקצה בסיס האלון של הליבה. חותכים את החוט ומשאירים כ- 2 או 3 אינץ 'באורך נוסף כך שתוכלו להשחיל אותו בחזרה לבסיס האלון. תייג קצה זה "2". התחל את הסליל החיצוני באותה הדרך על ידי השחלת 2 או 3 אינץ 'של חוט לתוך בסיס האלון. תייג קצה זה "3". בצעו עוד 4000 סיבובים, חתכו את החוט והשחילו את הקצה לבסיס כמו קודם. תייג קצה זה "4". תמונות 4 ו -5 מציגות את התוצאה הסופית של תהליך העטיפה. שוב … ודא שאתה עוטף את הסלילים הפנימיים והחיצוניים באותו כיוון !!!

שלב 4: השלמת המעגל

כפי שאתה יכול לראות בסכימה המעגל פשוט ביותר מה שהופך את המכשיר הזה למגניב להפליא. ראיתי פרויקטים דומים שהשתמשו במקום במעבדים … וזה בעיני כמו שימוש בפטיש מזחלת להרוג זבוב. אני לא מתכוון לדפוק פרויקטים מסוג זה, אבל אני רק מעריץ גדול של עיצובים שעושים את העבודה ברמת המורכבות הנמוכה ביותר.

בתמונה השנייה שיחקתי עם אסטרטגיות ניתוב שונות לחיווט. כנראה שעשיתי מזה עסקה גדולה יותר ממה שצריך. יש רק כמה נקודות מפתח … פשוט חברו אותו כמו סכמטי, אך מכיוון שאספקת החשמל תהיה חיצונית למכלול הסלילים, עליכם לקבל את החוטים שיתחברו למקור החשמל מבצבצים את החלק התחתון של המכלול. במילים אחרות: חוט V+ עובר לאספן הטרנזיסטור וחוט V עובר לחוט המסומן "2" במכלול הסלילים שלך. אז בשורה התחתונה להרכבת הסלילים שלך יהיה מסוף חיובי ושלילי. מומלץ לתייג את אלה ככאלה כשמסיימים, כך שלא תשכח איזה מהם. אה … כמעט שכחתי. יהיה עליך להשתמש בפיסת נייר זכוכית דקה כדי להסיר את הציפוי המבודד על חוט המגנט לפני שתלחם אותו! כדי להבהיר את הסכימה … "Lo" הוא הסליל החיצוני ו- "Li" הוא הסליל הפנימי ושימו לב שסימנתי את קצות חוטי הסליל 1, 2, 3 ו -4 כך שיתאימו לאופן שבו עשינו את זה כאשר עטפנו את הסלילים.

בדקתי את הסליל לפני שעשיתי אותו באפוקסי … טוב שכן טעיתי! חח, הסתבכתי בעצמי כשדיברתי על כמה פשוט הכל. אז הקפד לבדוק את ההרכבה שלך לפני שאתה עציץ אותה.

כדי לבדוק את ההרכבה שהושלמה הדבקתי מגנט אדמה נדירה באורך חוט והשתלשלתי אותו רק מעל ראש הציפורן בסליל. לאחר מכן חבר את החשמל לסליל והניף את המגנט על פני ראש הציפורן. זה אמור להמריא מעצמו. יש נקודה מתוקה למרחק בין המגנט לראש הציפורן. קרוב מדי והתנועה מהומה … רחוק מדי וזה לא יעבוד.

התמונה האחרונה מציגה את הסליל המושלם כמו גם את המגנט הנדיר (ניאודימיום) שבו השתמשתי.

שלב 5: רכיבי מטוטלת

לאחר שהיה לי עיצוב עובד טוב וידוע להרכבת הסלילים הייתי צריך לבנות מטוטלת אב טיפוס כדי שאוכל להעריך את מאפייני הביצוע שלה. הייתי הכי סקרן לברר כמה כוח משתמש המכשיר וגם הייתי צריך לדעת כמה קשת המטוטלת תניף כיוון שזה ישפיע על המשך העיצוב שלי.

ארזתי את מכלול הסלילים שלי בתוך קופסת עץ קטנה והוספתי מתג וחיבור לחשמל. הקופסה התאימה לחיתוך בתחתית מכלול הבסיס המוצג בתמונה שתיים. הכל התאים לחיכוך כך שאוכל לבצע התאמות לאורך הדרך כדי להשיג ביצועים מיטביים. הוספתי צינור פליז לימין בתמונה 3 כדי לסייע בהפחתת החיכוך. השתמשתי במסמר 10d לסיכה כדי לחבר את המטוטלת לחתיכה הזקופה. בתמונה 5 ניתן לראות את מגנט האדמה הנדירה בקצה המטוטלת. מעולם לא מצאתי דבר שאומר שקוטביות המגנט חשובה. נראה שזה לא משנה…. איזה סוג מציק לי כי באופן אינטואיטיבי איכשהו אני חושב שצריך. אבל מעולם לא שמתי לב לזה ותמיד נראה שזה עובד אז אני מניח שלא. התמונה האחרונה מציגה את מקור המתח של 9 וולט DC. קיבולת הזרם של 1 אמפר היא מוגזמת … זה לא צריך להיות קרוב לזה כפי שגיליתי מאוחר יותר.

שלב 6: הרכבת המטוטלת

הבסיס הוא נתח אורן בעובי שני סנטימטרים. רציתי שיהיה כבד כדי שהמכלול לא יתהפך כשהמטוטלת מתנדנדת. למרות שזה היה אב טיפוס עדיין החלטתי להלביש אותו מעט וחתכתי אותו בחתיכות ארז אדומות דקות. לא יכולתי להתאפק!:)

מודול הסליל מתחבר לצד התחתון של הבסיס (תמונה 2) וכל העניין מתהפך כלפי מעלה כלפי מעלה (תמונה 3). הזקף מוחדר לראש הבסיס (תמונה 4). זה התאמה לחיכוך. הכנס את המסמר דרך צינור הפליז בימין (תמונה 5). ולבסוף לחץ על המטוטלת על הציפורן (תמונה אחרונה).

התאמתי את המטוטלת כך שיהיה פער קל בינה לבין הבסיס.

שלב 7: תוצאות ביצועי אב טיפוס

על ידי התבוננות בתרשים שהצבתי מאחורי המטוטלת העובדת בסרטון אתה יכול לראות שהמטוטלת עוברת מעבר לקו האמצעי אך לא ממש עוברת את השורה האחרונה. זה מציב את כל הקשת שהמטוטלת נעה בין 72 ל -80 מעלות … אני מעריך בסביבות 75 מעלות. זהו מידע רב ערך כאשר הגיע הזמן לתכנן את בריחת ההליכה לשעון.

חיברתי גם בדיקה זרם לקו החשמל וניטרתי על משיכת הזרם במהלך הפעולה. שמחתי מאוד לגלות שהשיעור הנוכחי הממוצע עמד על קצת יותר מ -2 מילי אמפר !!! מה שממש מגניב בזה הוא שאוכל לגרום לשעון להיות מופעל. אם אשתמש בסוללות C, אקבל מעל 5 חודשי זמן ריצה לפני שאצטרך להחליף את הסוללות. לא נורא!

הסיבה שאני נרגש משימוש בסוללות היא שאני לא רוצה שכבל חשמל יופעל לשעון ויגלה את הסוד של אופן פעולתו. אני אסתיר את הסוללות בבסיס השעון. בנוסף אני אוכל לשים את זה בכל מקום.

שלב 8: יופיע בהמשך …

כפי שאתה יכול לראות הייתי עסוק בשלבים הבאים של עיצוב השעון שלי. אכן נשרפתי מחיתוך שיני ההילוכים. אלוהים זה תהליך מייגע. אם אי פעם אחליט לבנות חבורה של שעונים אלה אני מאמין שאשקיע בנתב CNC נחמד !!!

אז תוך כדי הפסקה מניסור שיני הילוך חתכתי את הידיים והתחלתי לעבוד על מסגרת השעון. בינתיים הכל טוב!

כשאני חושב לקראת ההוראה הבאה בסדרה זו אני מאמין שאדבר על התהליך שעברתי כדי לעצב ולבנות את ההילוכים, אז תעמוד על זה.

נתראה!

ווילי