Levitazione elettromagnetica fai da te!: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo è un progetto che stupirà e ispirerà! A che serve tutto questo know-how scientifico se non possiamo farci qualcosa di interessante, giusto?

Con questo progetto useremo un paio di componenti facili da realizzare o da trovare per costruire un levitatore elettromagnetico che lascia a bocca aperta, piega la mente o EMLEV come lo chiamo io.

Con l'aiuto di alcuni semplici circuiti, un magnete, un sensore ad effetto Hall e pochi altri componenti sarai in grado di far levitare oggetti a mezz'aria!

Iniziamo!

Passaggio 1: cosa ti servirà

Per questo progetto avremo bisogno di un circuito di controllo, una fonte di alimentazione, una bobina EM e un magnete insieme all'hardware e agli strumenti per mettere tutto insieme.

L'elenco delle parti è il seguente:

Circuit BoardSCARICA QUI LO SCHEMA

OTTIENI IL KIT RICAMBI QUI

(1) Piccolo circuito stampato(1) Regolatore di tensione LM7805(1) IC MIC502(1) IC LMD18201(1) Sensore ad effetto Hall SS495 A(1) Condensatore da 470uF (elettrolitico)(1) Condensatore da 1uF (ceramico)(1) 0,1 Condensatore uF (ceramica)(1) Condensatore da 0,01 uF (ceramica)(1) Jack di ingresso a 2 slot (+/-)(2) 2 connettori a filo

(1) Alimentatore 12v/1a

(1) Display LCD della tensione (opzionale)(1) LED verde (opzionale)(1) Resistore da 10K

Solenoide (20g 150-300 giri)(1) Bullone in acciaio

Filo di vari colori (18-24 g) (2-3) Magneti a disco al neodimio (3) Fogli di plexiglass 8"x10"(4) Barra filettata 12" x 5/15"(24) Dadi 5/16"(24) 5/ Rondelle da 16" (8) Cappucci in gomma da 5/16" (opzionali)

Gli strumenti mostrati includono saldatore e saldatura, trapano e punte fino a 5/16 e ti consigliamo anche di avere a portata di mano nastro isolante o pellicola termoretraibile, colla e chiave da 5/16.

Tutte le parti sono disponibili QUI:

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

Passaggio 2: teoria e componenti principali

Perché non possiamo semplicemente far levitare oggetti metallici con un magnete alla giusta distanza? Perché, quando un materiale ferroso si avvicina a un campo magnetico, la forza aumenta in modo esponenziale. Questo è descritto da quella che viene chiamata la legge dell'inverso del quadrato magnetico che afferma:

Intensità1 / Intensità2 = Distanza1 / Distanza2

Quindi, non c'è punto nello spazio in cui un magnete o un elettromagnete sospenderà naturalmente un oggetto senza entrare in contatto. Una volta in campo, non si torna indietro!… A meno che…

Un campo magnetico in propagazione può essere mostrato in diagrammi 2D o su pellicole magnetiche come linee di forza emanate dai poli. Anche su un oscilloscopio è impossibile dire molto del movimento e della direzione del campo con solo istantanee in due dimensioni (come questa famigerata illusione). Quando osservato in 3D questo campo può essere visto e sentito come toroidale e rispetto al tempo iniziamo a vedere che emerge un campo elicoidale che si propaga. Questo è lo stesso nel caso di un elettromagnete, e quando il campo collassa lo fa nella direzione opposta. Questo è descritto da quelle che di solito vengono chiamate Regole della Mano Destra e Sinistra di Flemings.

Quindi, in teoria, sarebbe possibile creare vortici/eliche alternate per regolare un oggetto nella posizione desiderata. Dopo aver eseguito alcuni calcoli basati sulla formula sopra, scopriamo che è possibile solo alternando questi campi in modo preciso e rapido (50.000 volte al secondo o più!) Problema? Affatto. Con pochi componenti possiamo creare un campo elettromagnetico di propagazione e collasso controllato da un sensore che rileva l'intensità del campo e da un circuito che applica il campo appropriato a un elettromagnete. I componenti possono essere trovati singolarmente qui o come kit qui per rendere questo progetto facile e veloce. Ora che abbiamo tutti i nostri componenti pronti, iniziamo!

Passaggio 3: costruire l'involucro

Costruire il nostro recinto è abbastanza semplice con i materiali consigliati, ma sentiti libero di usare tutto ciò che hai in giro. Questa custodia super semplice è stata ispirata da questo fantastico robot per mostrare tutti i componenti interni. Una volta completata, la custodia dovrebbe essere 8"Wx10"Dx12"H.

Per prima cosa, impileremo e fisseremo il nostro plexiglass e misureremo e trapaneremo quattro fori vicino agli angoli assicurandoci di lasciare spazio dai bordi e trapaneremo con punte progressivamente più grandi per evitare crepe. Al termine avremo quattro fori da 5/16 di pollice negli angoli di tutti e tre i fogli di plexiglass. *Assicurati di annotare l'orientamento per un adattamento simmetrico. Successivamente, praticheremo uno o più fori per il nostro jack di input su uno dei fogli. Questo può variare a seconda del jack, ma dovrebbe trovarsi vicino alla parte posteriore del contenitore. Ora inizieremo a costruire il contenitore. Inizia inserendo le quattro aste filettate da 5/16 nei fori di uno dei tuoi fogli. Fissa il foglio a circa 1,5-2 pollici dal fondo delle aste con una rondella e un dado su ciascun lato del plexiglass e aggiungi un piedino di gomma sul fondo di ogni asta. Assicurati che tutto sia a livello prima di continuare.

Successivamente, aggiungeremo un dado e una rondella a circa 3-4 pollici dalla parte superiore delle nostre aste e posizioneremo il foglio con il foro per il jack sopra.

L'ultimo passo per il nostro recinto sarà fissare l'ultimo foglio di plexiglass alla parte superiore una volta aggiunti i componenti nel passaggio successivo.

Passaggio 4: montare e proteggere i componenti

Ora che abbiamo una piattaforma, possiamo costruire e installare i nostri componenti.

Questa coppia di circuiti e solenoidi relativamente semplice può essere costruita secondo lo schema allegato oppure è possibile ottenerne una pre-costruita qui. Si noti che l'SS495 viene montato sul fondo della bobina. L'aggiunta di un LED consente di verificare la potenza e un voltmetro digitale consente di rilevare un carico per scopi di sintonizzazione, entrambi opzionali, possono essere cablati direttamente all'ingresso dei circuiti 12v con una resistenza in linea da 10k sul cavo caldo (+). È divertente sapere che uno dei circuiti integrati del circuito è progettato per un controller del motore e l'altro è pensato per un ventilatore, ma mettili insieme a pochi altri componenti e possiamo usarlo per far levitare oggetti a mezz'aria!

Possiamo quindi collegare il jack all'ingresso del circuito annotando lo schema elettrico e ricordando che il case del jack è la massa (-).

Successivamente, collegheremo le uscite 1 e 2 dal nostro circuito integrato LMD18201 alla nostra bobina del solenoide. Inserire un bullone in acciaio al centro della bobina e sulla testa del bullone montare il sensore ad effetto Hall SS495 A al quale collegheremo i nostri cavi secondo lo schema. I componenti precostruiti includeranno connettori che possono essere semplicemente agganciati insieme.

A questo punto può essere utile fissare tutto temporaneamente, collegare con attenzione l'alimentazione e testare il campo del solenoide con il magnete.

Una volta soddisfatto, puoi proteggere i tuoi componenti sulla piattaforma. Il circuito dovrebbe essere in posizione verticale per consentire il flusso d'aria e vicino al jack, il solenoide dovrebbe avere il lato con il sensore rivolto verso il basso e il LED e l'LCD opzionali possono essere posizionati dove è conveniente. L'aggiunta di pellicola termoretraibile e coprifili a questo punto rende tutto pulito e aiuta a evitare cortocircuiti e fili tirati. Infine, per proteggere e coprire ulteriormente tutto aggiungeremo il nostro foglio di plexiglass finale. Prima aggiungi un dado e una rondella a ciascuna asta, quindi l'ultimo foglio di plexiglass e regolalo verso il basso in modo che il foglio superiore entri in contatto con il tuo solenoide, tenendolo saldamente in posizione. Una volta posizionato e livellato, aggiungi altre quattro rondelle e dadi e copri con i cappucci terminali in gomma.

Passaggio 5: il tuo EMLEV è completo! È ora di mettere a punto e testare

Siamo quasi al completo; ma avremo bisogno di fare alcuni calcoli e un po' di messa a punto prima di poter iniziare a stupire amici e colleghi.

Durante il montaggio del nostro solenoide, il nostro orientamento non ha preso in considerazione la polarità. Pertanto, dovremo selezionare il polo corretto del nostro magnete per affrontare la nostra bobina. Per fare ciò, collegare l'alimentazione e iniziare a portare il magnete nel campo del solenoide. Un lato del magnete si attirerà continuamente, l'altro avrà la tendenza a bloccarsi a diversi centimetri dalla nostra bobina, prendere nota di questo lato del magnete. Fai attenzione a non avvicinarti troppo; entrambi i poli si attraggono violentemente se avvicinati troppo alla bobina energizzata.

Ora che sappiamo quale polo del nostro magnete stiamo usando, determineremo ora il peso che può sostenere. Troppo poco peso e il carico attirerà senza levitare, troppo peso e il campo magnetico non riusciranno a vincere la gravità e il tuo oggetto cadrà. Puoi usare prove ed errori casuali per trovare il peso ottimale attaccando oggetti casuali al tuo magnete, tuttavia suggerisco un approccio che porta a risultati più quantificati. Usando piccoli dadi e bulloni, aggiungili in modo incrementale al tuo magnete e prova. Una volta trovato un punto di equilibrio (sentirai un leggero clic mentre si blocca in posizione), annota il peso del carico usando una piccola bilancia. Quindi aggiungi o rimuovi piccole quantità di peso per trovare la tua autonomia e ottimizzare la stabilità. Puoi quindi usarlo come riferimento e iniziare a levitare qualsiasi cosa all'interno di questo intervallo di peso che di solito è compreso tra 45-55 grammi escluso il magnete.

Quando funziona correttamente, collega un oscilloscopio per vedere i campi in azione! Grazie alle letture del mio DSO nano possiamo vedere con precisione quando si stanno verificando i cambiamenti del campo e perché.

Passaggio 6: preparati a ispirare e stupire

Congratulazioni! Hai reso possibile l'impossibile!

Il tuo EMLEV dovrebbe ora essere completo, funzionante e farà levitare qualsiasi oggetto nell'intervallo di peso determinato. Ora possiamo scegliere un oggetto da levitare. Prova a montare il magnete su una pietra o attacca chiodi o dadi, attacca un ricordo, le possibilità sono infinite, questi ragazzi hanno persino levitato una rana viva!

Ho scelto un cucchiaio grande per l'effetto.

"Non far levitare il cucchiaio; è impossibile. Invece, cerca solo di realizzare la verità. Non c'è cucchiaio."- par. La matrice (1999)

Questo dispositivo lascerà a bocca aperta; gli occhi si gonfieranno, le mascelle cadranno e le teste esploderanno! È magico? È scienza? Bene, l'unica differenza tra un mago e uno scienziato è che uno scienziato ti dice come si fa. Grazie per aver controllato il mio Instructable e non vedo l'ora di vedere cosa leviti, lascia le foto nei commenti. Pensi che questo Instructable sia fantastico? Fatemelo sapere cliccando vota in cima alla pagina!

Secondo Premio al Concorso Sensori 2016

Secondo Premio al Concorso Make It Fly 2016