ריחוף אלקטרו-מגנטי DIY: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

זהו פרויקט שידהים ויעניק השראה! מה כל הידע של המדע הזה אם לא נוכל לעשות עם זה משהו מגניב, נכון?

עם פרויקט זה אנו הולכים להשתמש בכמה רכיבים שקל לייצר או למצוא לבניית לסת מפולסת, מנדסת נפש אלקטרומגנטית, או EMLEV כפי שאני קוראת לזה.

בעזרת כמה מעגלים פשוטים, מגנט, חיישן Hall Effect ועוד כמה רכיבים תוכלו להרחיק חפצים באוויר!

בואו נתחיל!

שלב 1: מה שאתה צריך

לפרויקט זה נצטרך מעגל בקר, מקור חשמל, סליל EM ומגנט יחד עם החומרה והכלים כדי לחבר את הכל יחד.

רשימת החלקים היא כדלקמן:

לוח מעגלים הורד את הסכימה כאן

קבל את ערכת החלקים כאן

(1) מעגל קטן (1) ווסת מתח LM7805 (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 חיישן אפקט אולם (1) קבל 470uF (אלקטרוליטי) (1) קבל 1uF (קרמיקה) (1) 0.1 קבלים uF (קרמיקה) (1) 0.01 uF קבלים (קרמיקה) (1) 2 שקע כניסת חריץ (+/-) (2) 2 מחברי חוטים

(1) ספק כוח 12v/1a

(1) תצוגת מתח LCD (אופציונלי) (1) LED ירוק (אופציונלי) (1) התנגדות 10K

סולנואיד (20 גרם 150-300 סיבובים) (1) בורג פלדה

חוטים צבעוניים שונים (18-24 גרם) (2-3) מגנטים לדיסק ניאודימיום (3) 8 "x10" יריעות פרספקס (4) 12 "x 5/15" מוט מושחל (24) 5/16 "אגוזים (24) 5/ מכשירי גומי בגודל 16 אינץ '(8) 5/16 "(אופציונלי)

הכלים המוצגים כוללים הלחמה והלחמה, מקדחה וסיכות עד 5/16 אינץ 'ותרצה גם שיהיה לך קלטת חשמלית או כיווץ נצמד, דבק ומפתח ברגים 5/16 בהישג יד.

כל החלקים זמינים כאן:

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

שלב 2: תיאוריה ורכיבי ליבה

מדוע איננו יכולים פשוט להרחיק חפצי מתכת עם מגנט במרחק הנכון? מכיוון שככל שחומר ברזלי מתקרב לשדה מגנטי, הכוח גדל באופן אקספוננציאלי. זה מתואר על ידי מה שנקרא חוק הריבוע ההפוך המגנטי הקובע:

עוצמה 1 / עוצמה 2 = מרחק 1 / מרחק 2

לכן, אין נקודה בחלל שבה מגנט או אלקטרומגנט ישהה אובייקט באופן טבעי מבלי ליצור מגע. ברגע שאתה בשטח, אין דרך חזרה! … אלא אם כן …

ניתן להציג שדה מגנטי מתפשט בדיאגרמות דו -ממדיות או בסרט צפייה מגנטי כקווי כוח הבוקעים מהקטבים. אפילו באוסילוסקופ אי אפשר לספר הרבה על התנועה והכיוון של השדה עם תצלומים בלבד בשני ממדים (כמו האשליה הידועה לשמצה הזו). כאשר נצפים בתלת ממד ניתן לראות ולהרגיש שדה זה כטורואיד וביחס לזמן אנו מתחילים לראות כי צץ שדה סלילי מתפשט. זה אותו דבר במקרה של אלקטרומגנט, וכאשר השדה קורס הוא עושה זאת בכיוון ההפוך. זה מתואר על ידי מה שמכונה בדרך כלל כללי ימין ושמאל פלמינגים.

אז, בתיאוריה, אפשר יהיה ליצור מערבולות/סלילים לסירוגין על מנת להתאים אובייקט למיקום הרצוי. לאחר שעשינו כמה חישובים המבוססים על הנוסחה למעלה אנו מוצאים שזה אפשרי רק על ידי החלפת שדות אלה בצורה מדויקת ומהירה (50, 000 פעמים בשנייה או יותר!) בעיה? בכלל לא. בעזרת כמה רכיבים אנו יכולים ליצור שדה אלקטרומגנטי מתפשט וקורס הנשלט על ידי חיישן אשר מזהה את עוצמת השדה ומעגל המפעיל את השדה המתאים לאלקטרומגנט. את כל הרכיבים אפשר למצוא בנפרד כאן או כערכה כאן כדי להפוך את הפרויקט למהיר וקל. כעת, לאחר שכל הרכיבים שלנו מוכנים, בואו נתחיל!

שלב 3: בנה את המארז

בניית המתחם שלנו היא פשוטה למדי עם החומרים המומלצים, אך אל תהסס להשתמש בכל מה שיש לך בשכיבה. מארז סופר פשוט זה נוצר בהשראת הרובוט המדהים הזה להשוויץ בכל הרכיבים הפנימיים. בסיום, המארז צריך להיות 8 "Wx10" Dx12 "H.

ראשית, נערום ונאבטח את הפרספקס שלנו ונמדוד ונקדוח ארבעה חורים ליד הפינות ונדאג להשאיר מקום מהקצוות ונקדוח עם פיסות גדולות יותר בהדרגה כדי להימנע מסדקים. בסיום יהיו לנו ארבעה חורים בגודל 5/16 אינץ 'בפינות כל שלוש יריעות הפרספקס. *הקפד לציין את הכיוון להתאמה סימטרית. לאחר מכן נקדוח חור או חורים עבור שקע הכניסה שלנו על אחד הסדינים. זה עשוי להשתנות בהתאם לג'ק שלך, אך הוא צריך להיות ליד החלק האחורי של המארז. כעת נתחיל בבניית המתחם. התחל בהכנסת ארבעת המוטות המושחלים בגודל 5/16 אינץ 'לחורי אחד הסדינים שלך. אבטח את הסדין כ- 1.5-2 אינץ' מתחתית המוטים בעזרת מכונת כביסה ואום אחד מכל צד הפרספקס והוסף רגל גומי. בתחתית כל מוט. ודא שהכל ברמה לפני שתמשיך.

לאחר מכן, נוסיף אגוז ומכונת כביסה כ- 3-4 אינצ'ים מהחלק העליון של המוטות שלנו ונניח את הסדין עם החור לשקע למעלה.

השלב האחרון למארז שלנו יהיה אבטחת גיליון הפרספקס האחרון לראש כאשר נוסיף את הרכיבים בשלב הבא.

שלב 4: הרכיב ואבטח רכיבים

כעת, כשיש לנו פלטפורמה, אנו יכולים לבנות ולהתקין את הרכיבים שלנו.

ניתן לבנות את זוג המעגלים והסולנואידים הפשוטים יחסית על פי התרשים המצורף, או שתוכלו להשיג כאן מובנה מראש. שים לב כי ה- SS495 מותקן בתחתית הסליל. הוספת נורית מאפשרת לך לאמת הספק ומד וולט דיגיטלי מאפשר לזהות עומס לצרכי כוונון, שניהם אופציונליים, ניתן לחבר אותם ישירות לכניסת 12V המעגלים עם נגד 10k בשורה על הכבל החם (+). כיף לדעת שאחד ממעגלי ה- IC של המעגל מיועד לבקר מנוע והשני מיועד למאוורר, אך חבר אותם יחד עם עוד כמה רכיבים ונוכל להשתמש בו כדי לרחף עצמים באוויר!

לאחר מכן נוכל לחבר את השקע לכניסת המעגל ולציין את תרשים המעגל ולזכור כי מארז השקע הוא הקרקע (-).

לאחר מכן, נחבר את יציאות 1 ו -2 מה- LMD18201 שלנו לסליל הסולנואיד שלנו. הכנס בריח פלדה למרכז הסליל ואל ראש הבורג הרכיב את חיישן אפקט האולם SS495 A שאליו נחבר את הלידים שלנו לפי התרשים. רכיבים שנבנו מראש יכללו מחברים שניתן פשוט לחבר ביניהם.

זה עשוי להיות מועיל בשלב זה לאבטח הכל באופן זמני, לחבר בזהירות את החשמל ולבדוק את שדה הסולנואיד בעזרת המגנט שלך.

לאחר שהיית מרוצה, תוכל לאבטח את הרכיבים שלך לפלטפורמה. המעגל צריך להיות זקוף כדי לאפשר זרימת אוויר ובקרבת השקע, הסולנואיד צריך להיות עם הצד כשהחיישן פונה כלפי מטה וניתן להציב את ה- LED וה- LCD האופציונלי בכל מקום שנוח לו. הוספת מעט כיסוי לכריכה וחוטים בנקודה זו הופכת את הכל למסודר ועוזרת להימנע מקצרים וחוטי משיכה. לבסוף, כדי לאבטח ולכסות את הכל נוסיף את גיליון הפרספקס האחרון שלנו. הוסף תחילה אגוז ומכונת כביסה לכל מוט, ולאחר מכן את גיליון הפרספקס האחרון והתאם אותו כלפי מטה כך שהסדין העליון ייצור מגע עם הסולנואיד שלך והחזק אותו היטב. לאחר שהן במקום ובמישור, הוסיפו עוד ארבע מכונות כביסה ואומים עם מכסה הקצה עם גומי הקצה.

שלב 5: ה- EMLEV שלך הושלם! הגיע הזמן לכוון ולבדוק

אנחנו כמעט שלמים; אבל נצטרך לבצע כמה חישובים ומעט כוונון לפני שנוכל להתחיל להכיר חברים ועמיתים.

בעת הרכבת הסולנואיד שלנו, הכיוון שלנו לא התחשב בקוטביות. לכן, נצטרך לבחור את הקוטב הנכון של המגנט שלנו כדי להתמודד עם הסליל שלנו. לשם כך חבר חשמל והתחל להכניס את המגנט לשדה של הסולנואיד. צד אחד של המגנט ימשוך ברציפות, לצד השני תהיה נטייה להינעל במקום כמה סנטימטרים מהסליל שלנו, רשמו את הצד הזה של המגנט. היזהר לא להתקרב מדי; שני הקטבים ימשכו אלימות אם יקרבו מדי לסליל המונע.

כעת, כאשר אנו יודעים באיזה מוט של המגנט שלנו אנו משתמשים, כעת נקבע את המשקל שהוא יכול להחזיק. משקל קטן מדי והעומס ימשוך מבלי לרחף, משקל רב מדי והשדה המגנטי לא יצליח להתגבר על כוח הכבידה והאובייקט שלך ייפול. אתה יכול להשתמש בניסוי וטעייה אקראיים כדי למצוא את המשקל האופטימלי על ידי הצמדת אובייקטים אקראיים למגנט שלך, אולם אני מציע גישה המובילה לתוצאות כמותיות יותר. בעזרת אגוזים וברגים קטנים, הוסף אותם בהדרגה למגנט שלך ובדוק. ברגע שתמצא נקודת איזון (אתה תרגיש קליק קל כשהוא ננעל למקומו), שים לב למשקל העומס בעזרת סולם קטן. לאחר מכן הוסף או הסר כמויות משקל קטנות כדי למצוא את הטווח שלך ולייעל את היציבות. לאחר מכן תוכל להשתמש בזה כהפניה ולהתחיל לרחף כל דבר בטווח משקל זה שהוא בדרך כלל בין 45-55 גרם לא כולל המגנט.

כאשר מתפקדים כראוי, חבר אוסצילוסקופ כדי לראות את השדות בפעולה! הודות לקריאות הננו DSO שלי אנו יכולים לראות בדיוק מתי התחום המשתנה מתרחש ומדוע.

שלב 6: היכונו להשראה ולהדהים

מזל טוב! הפכת את הבלתי אפשרי לאפשרי!

כעת ה- EMLEV שלך צריך להיות שלם, מתפקד וירחף כל פריט בטווח המשקל שנקבע. כעת נוכל לבחור אובייקט לרחף. נסה להרכיב את המגנט לאבן או לצרף מסמרים או אגוזים, צרף מזכרת, האפשרויות הן אינסופיות, החבר'ה האלה אפילו הרימו צפרדע חיה!

בחרתי בכף גדולה לאפקט.

"אל תרחף את הכף; זה בלתי אפשרי. במקום זאת, רק נסה להבין את האמת. אין כפית."- פסקה. המטריקס (1999)

מכשיר זה יפוצץ מוחות; העיניים יתנפחו, הלסתות יפלו וראשים יתפוצצו! האם זה קסם? האם זה מדע? ובכן, ההבדל היחיד בין קוסם למדען הוא שמדען מספר לך כיצד זה נעשה. תודה שבדקת את המדריך שלי ואני לא יכול לחכות לראות מה אתה מרחף, השאר תמונות בתגובות. חושבים שהמדריך הזה מגניב? הודע לי על ידי לחיצה על הצבעה בראש הדף!

פרס שני בתחרות החיישנים 2016

פרס שני בתחרות Make it Fly 2016