DIY Elektromagnetische Levitation! - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Dieses Projekt wird Sie begeistern und inspirieren! Was nützt all das wissenschaftliche Know-how, wenn wir nichts Cooles damit machen können, oder?

Bei diesem Projekt werden wir ein paar Komponenten verwenden, die einfach herzustellen oder zu finden sind, um einen umwerfenden, bewusstseinsverändernden Elektromagnetischen Levitator oder EMLEV, wie ich es nenne, zu bauen.

Mit Hilfe einer einfachen Schaltung, eines Magneten, eines Hall-Effekt-Sensors und einiger anderer Komponenten können Sie Objekte in der Luft schweben lassen!

Lass uns anfangen!

Schritt 1: Was Sie brauchen

Für dieses Projekt benötigen wir eine Controller-Schaltung, eine Stromquelle, eine EM-Spule und einen Magneten sowie die Hardware und Werkzeuge, um alles zusammenzubauen.

Die Teileliste ist wie folgt:

Platine HIER DEN SCHALTPLAN HERUNTERLADEN

HIER ERHALTEN SIE DAS TEILE-KIT

(1) Kleine Leiterplatte(1) LM7805 Spannungsregler(1) MIC502 IC(1) LMD18201 IC(1) SS495 A Hall-Effekt-Sensor(1) 470uF Kondensator (elektrolytisch)(1) 1uF Kondensator (Keramik)(1) 0,1 uF-Kondensator (Keramik)(1) 0,01uF-Kondensator (Keramik)(1) 2-Slot-Eingangsbuchse (+/-)(2) 2-Draht-Anschlüsse

(1) 12v/1a Netzteil

(1) LCD-Spannungsanzeige (optional)(1) Grüne LED (optional)(1) 10K Widerstand

Magnetventil (20g 150-300 Umdrehungen)(1) Stahlbolzen

Verschiedene farbige Drähte (18-24g) (2-3) Neodym-Scheibenmagnete(3) 8"x10" Plexiglasplatten(4) 12" x 5/15" Gewindestange(24) 5/16" Muttern(24) 5/ 16" Unterlegscheiben (8) 5/16" Gummikappen (optional)

Zu den gezeigten Werkzeugen gehören Lötkolben und Lötzinn, Bohrer und Bits bis zu 5/16 Zoll, und Sie möchten auch etwas Isolierband oder Schrumpffolie, Kleber und einen 5/16-Schlüssel zur Hand haben.

Alle Teile sind HIER erhältlich:

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

Schritt 2: Theorie und Kernkomponenten

Warum können wir Metallgegenstände nicht einfach mit einem Magneten im richtigen Abstand schweben lassen? Denn wenn sich ein eisenhaltiges Material einem Magnetfeld nähert, nimmt die Kraft exponentiell zu. Dies wird durch das sogenannte magnetische inverse quadratische Gesetz beschrieben, das besagt:

Intensität1 / Intensität2 = Distanz1 / Distanz2

Es gibt also keinen Punkt im Weltraum, an dem ein Magnet oder Elektromagnet ein Objekt auf natürliche Weise aufhängt, ohne dass es berührt wird. Auf dem Feld gibt es kein Zurück mehr!… Es sei denn…

Ein sich ausbreitendes Magnetfeld kann in 2D-Diagrammen oder auf einem magnetischen Betrachtungsfilm als von den Polen ausgehende Kraftlinien dargestellt werden. Selbst auf einem Oszilloskop ist es unmöglich, mit nur zweidimensionalen Momentaufnahmen (wie diese berüchtigte Illusion) viel über die Bewegung und Richtung des Feldes zu sagen. Bei Betrachtung in 3D kann dieses Feld als toroidförmig gesehen und gefühlt werden, und in Bezug auf die Zeit beginnen wir zu sehen, dass ein sich ausbreitendes spiralförmiges Feld entsteht. Dies ist bei einem Elektromagneten der Fall, und wenn das Feld zusammenbricht, geschieht dies in die entgegengesetzte Richtung. Dies wird durch die sogenannten Flemings Right and Left Hand Rules beschrieben.

Theoretisch wäre es also möglich, abwechselnd Wirbel/Helices zu erzeugen, um ein Objekt in eine gewünschte Position zu bringen. Nach einigen Berechnungen auf der Grundlage der obigen Formel stellen wir fest, dass dies nur möglich ist, wenn diese Felder präzise und schnell (50.000 Mal pro Sekunde oder mehr!) abgewechselt werden. Problem? Gar nicht. Mit wenigen Komponenten können wir ein sich ausbreitendes und kollabierendes elektromagnetisches Feld erzeugen, das von einem Sensor gesteuert wird, der die Feldstärke erfasst, und einer Schaltung, die das entsprechende Feld an einen Elektromagneten anlegt. Komponenten finden Sie alle einzeln hier oder als Bausatz hier, um dieses Projekt schnell und einfach zu gestalten. Nachdem wir nun alle unsere Komponenten bereit haben, können wir loslegen!

Schritt 3: Bauen Sie das Gehäuse auf

Der Bau unseres Gehäuses ist mit den empfohlenen Materialien recht einfach, aber Sie können alles verwenden, was Sie herumliegen haben. Dieses supereinfache Gehäuse wurde von diesem fantastischen Roboter inspiriert, um alle internen Komponenten zu zeigen. Wenn das Gehäuse fertig ist, sollte es 8" B x 10" T x 12" H sein.

Zuerst werden wir unser Plexiglas stapeln und sichern und vier Löcher in der Nähe der Ecken messen und bohren, um sicherzustellen, dass Platz von den Kanten bleibt, und mit inkrementell größeren Bits bohren, um Risse zu vermeiden. Wenn Sie fertig sind, haben wir vier 5/16-Zoll-Löcher in den Ecken aller drei Plexiglasplatten. *Bitte beachten Sie die Ausrichtung für eine symmetrische Passform. Als nächstes werden wir ein Loch oder Löcher für unsere Eingangsbuchse auf einem der Blätter bohren. Dies kann je nach Buchse variieren, sollte sich jedoch in der Nähe der Rückseite des Gehäuses befinden. Wir beginnen nun mit dem Bau des Gehäuses. Beginnen Sie, indem Sie die vier 5/16 Gewindestangen in die Löcher eines Ihrer Blätter einführen. Sichern Sie das Blatt etwa 1,5-2 Zoll von der Unterseite der Stangen mit einer Unterlegscheibe und einer Mutter auf jeder Seite des Plexiglases und fügen Sie einen Gummifuß hinzu auf der Unterseite jeder Stange. Stellen Sie sicher, dass alles waagerecht ist, bevor Sie fortfahren.

Als nächstes fügen wir eine Mutter und eine Unterlegscheibe etwa 3-4 Zoll von der Oberseite unserer Stangen hinzu und legen das Blatt mit dem Loch für den Wagenheber darauf.

Der letzte Schritt zu unserem Gehäuse besteht darin, die letzte Plexiglasplatte an der Oberseite zu befestigen, sobald wir die Komponenten im nächsten Schritt hinzufügen.

Schritt 4: Komponenten montieren und sichern

Da wir nun eine Plattform haben, können wir unsere Komponenten erstellen und installieren.

Dieses relativ einfache Schaltungs- und Magnetspulenpaar kann nach dem beigefügten Diagramm gebaut werden oder Sie erhalten hier ein vorgefertigtes. Beachten Sie, dass der SS495 an der Unterseite der Spule montiert wird. Durch Hinzufügen einer LED können Sie die Leistung überprüfen und ein digitales Voltmeter ermöglicht es Ihnen, eine Last für Abstimmungszwecke zu erkennen. Beide sind optional, sie können direkt an den 12-V-Eingang des Stromkreises mit einem 10k-Inline-Widerstand an der heißen Leitung (+) angeschlossen werden. Es macht Spaß zu wissen, dass einer der ICs der Schaltung für einen Motorcontroller und der andere für einen Lüfter gedacht ist, aber wenn Sie sie mit ein paar anderen Komponenten zusammenfügen, können wir damit Objekte in der Luft schweben lassen!

Wir können dann die Buchse mit dem Eingang der Schaltung verbinden, wobei wir den Schaltplan beachten und daran denken, dass das Gehäuse der Buchse die Masse (-) ist.

Als nächstes verbinden wir die Ausgänge 1 und 2 unseres LMD18201 IC mit unserer Magnetspule. Setzen Sie eine Stahlschraube in die Mitte der Spule ein und montieren Sie am Kopf der Schraube den SS495 A Hall-Effekt-Sensor, an den wir unsere Leitungen gemäß dem Diagramm anschließen. Vorgefertigte Komponenten enthalten Anschlüsse, die einfach zusammengeschnappt werden können.

An dieser Stelle kann es hilfreich sein, alles provisorisch zu sichern, den Strom vorsichtig anzuschließen und das Feld des Magneten mit Ihrem Magneten zu testen.

Sobald Sie zufrieden sind, können Sie Ihre Komponenten an der Plattform sichern. Der Stromkreis sollte aufrecht stehen, um einen Luftstrom zu ermöglichen, und in der Nähe der Buchse, das Solenoid sollte die Seite mit dem Sensor nach unten haben und die optionale LED und das LCD können an einer beliebigen Stelle platziert werden. Das Hinzufügen von Schrumpffolie und Drahtabdeckungen an dieser Stelle macht alles ordentlich und hilft, Kurzschlüsse und zerrte Drähte zu vermeiden. Um alles weiter zu sichern und abzudecken, fügen wir unsere letzte Plexiglasplatte hinzu. Fügen Sie zuerst jeder Stange eine Mutter und eine Unterlegscheibe hinzu, dann die letzte Plexiglasplatte und stellen Sie sie so ein, dass die obere Platte Kontakt mit Ihrem Magnetventil hat und sie fest an Ort und Stelle hält. Nach dem Anbringen und Nivellieren vier weitere Unterlegscheiben und Muttern hinzufügen und mit Ihren Gummiendkappen verschließen.

Schritt 5: Ihr EMLEV ist fertig! Zeit zum Einstellen und Testen

Wir sind fast fertig; Aber wir müssen ein paar Berechnungen durchführen und ein wenig tunen, bevor wir Freunde und Kollegen begeistern können.

Bei der Montage unseres Magnetventils hat unsere Ausrichtung die Polarität nicht berücksichtigt. Daher müssen wir den richtigen Pol unseres Magneten auswählen, um unserer Spule zugewandt zu sein. Schließen Sie dazu die Stromversorgung an und beginnen Sie, den Magneten in das Feld des Solenoids zu bringen. Eine Seite des Magneten zieht sich kontinuierlich an, die andere hat die Tendenz, einige Zentimeter von unserer Spule entfernt einzurasten. Notieren Sie sich diese Seite des Magneten. Achten Sie darauf, nicht zu nahe zu kommen; beide Pole ziehen sich heftig an, wenn sie zu nahe an die erregte Spule gebracht werden.

Nachdem wir nun wissen, welchen Pol unseres Magneten wir verwenden, bestimmen wir nun das Gewicht, das er halten kann. Zu wenig Gewicht und die Last zieht sich an, ohne zu schweben, zu viel Gewicht und das Magnetfeld kann die Schwerkraft nicht überwinden und Ihr Objekt wird fallen. Sie können zufälliges Trial-and-Error-Verfahren verwenden, um das optimale Gewicht zu finden, indem Sie zufällige Objekte an Ihrem Magneten befestigen. Ich schlage jedoch einen Ansatz vor, der zu quantifizierteren Ergebnissen führt. Verwenden Sie kleine Schrauben und Muttern, fügen Sie sie Ihrem Magneten schrittweise hinzu und testen Sie. Sobald Sie einen Gleichgewichtspunkt gefunden haben (Sie werden beim Einrasten ein leichtes Klicken spüren), notieren Sie das Gewicht der Last mit einer kleinen Waage. Fügen Sie dann kleine Gewichtsmengen hinzu oder entfernen Sie sie, um Ihre Reichweite zu finden und die Stabilität zu optimieren. Sie können dies dann als Referenz verwenden und alles innerhalb dieses Gewichtsbereichs schweben lassen, der normalerweise zwischen 45 und 55 Gramm liegt, ohne den Magneten.

Schließen Sie bei korrekter Funktion ein Oszilloskop an, um die Felder in Aktion zu sehen! Dank der Messwerte von meinem DSO nano können wir genau sehen, wann und warum die Wechselfelder auftreten.

Schritt 6: Bereiten Sie sich darauf vor, zu inspirieren und zu überraschen

Herzliche Glückwünsche! Sie haben das Unmögliche möglich gemacht!

Ihr EMLEV sollte jetzt vollständig und funktionstüchtig sein und jeden Gegenstand im festgelegten Gewichtsbereich schweben lassen. Jetzt können wir ein Objekt zum Schweben auswählen. Versuchen Sie, den Magneten an einem Stein zu befestigen oder Nägel oder Muttern zu befestigen, ein Andenken anzubringen, die Möglichkeiten sind endlos, diese Jungs haben sogar einen lebenden Frosch schweben lassen!

Ich habe einen großen Esslöffel für die Wirkung gewählt.

"Lass den Löffel nicht schweben; das ist unmöglich. Versuchen Sie stattdessen nur, die Wahrheit zu erkennen. Es gibt keinen Löffel." - Abs. Die Matrix (1999)

Dieses Gerät wird Sie umhauen; Augen werden hervortreten, Kiefer fallen und Köpfe werden explodieren! Ist es Magie? Ist es Wissenschaft? Nun, der einzige Unterschied zwischen einem Magier und einem Wissenschaftler besteht darin, dass ein Wissenschaftler Ihnen sagt, wie es geht. Vielen Dank für das Auschecken meines Instructable und ich kann es kaum erwarten zu sehen, was Sie schweben, hinterlassen Sie Bilder in den Kommentaren. Denken Sie, dass dieses Instructable cool ist? Lassen Sie es mich wissen, indem Sie oben auf der Seite auf Abstimmung klicken!

Zweiter Preis beim Sensors Contest 2016

Zweiter Preis beim Make It Fly Contest 2016