Схема магнитного левитатора – РадиоКот :: Levitator

РадиоКот :: Levitator

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Игрушки >

Levitator

Левитация – одно из воплощений человеческой мечты о полете.

Созерцание парящего кристалла – хороший способ релаксации и пополнения пси-энергии.

Кристаллом мною назван левитирующий неодимовый магнит – он обклеен природными кристаллами пирита и халькопирита и имеет сходство с цельным кристаллом.

Согласно теореме Ирншоу, являющейся следствием закона Гаусса, левитация статических объектов в статическом электромагнитном поле невозможна. Теорема применима не только к точечным зарядам, но и к протяженным упругим телам и говорит, что их свободный подвес в электростатическом, магнитостатическом и (или) гравитационном поле будет всегда неустойчив. Однако существует возможность сделать левитацию реальной, например, используя электронную стабилизацию – электромагниты, управляемые посредством электроники.

Поскольку действительную природу магнетизма  и гравитации никто пока не объяснил, то работу левитатора можно описать так:

Суммарная картина магнитных силовых линий неодимовых магнитов, расположенных в основании левитатора представляет собой поле  магнитного кольца с прямоугольным поперечным сечением. Видно, что в точках 1 и 2 магнитное поле меняет направление. Если поместить в точку 1 небольшой магнит, то мы почувствуем, что его перемещению по вертикали  препятствует магнитное поле кольца и гравитация (вначале он может еще перевернутся). По вертикали он как бы в ловушке. В горизонтальной плоскости наш магнит норовит выскользнуть и притянуться к кольцу. Тут мы ему устраиваем ловушку в горизонтальной плоскости – отслеживаем его положение с помощью датчиков, и далее с помощью 3-х пар электромагнитов A,B,C расположенных в основании левитатора возвращаем его каждый раз в точку 1. Энергия электромагнитов расходуется только на компенсацию небольших смещений левитирующего магнита в горизонтальной плоскости.  По сути, энергия  только перекачивается из одной пары катушек в другую. Потребление энергии при этом намного меньше, чем в системах, в которых электромагнит сверху – в них он должен еще компенсировать действие на левитирующий предмет силы тяжести.      

Картина силовых линий магнитного поля кольца, электромагнита и магнита.

При конструировании левитатора я ознакомился с патентом US20070170798: https://www.freepatentsonline.com/20070170798.pdf Вот некоторые рисунки с этого патента: 

Контроль левитирующего магнита осуществляется с помощью оптических датчиков положения и 3-х пар электромагнитов. Смещение магнита влево компенсируется за счет сочетания действия южного полюса электромагнита A1 и северного полюса электромагнита A2. Конденсатор 23 помогает противостоять любым быстрым смещениям магнита.

Также была использована  идея Nicanor Apostol: https://www.youtube.com/user/nick500453/videos  для контроля положения левитирующего магнита с помощью датчиков магнитного поля – датчиков Холла.

Операционные усилители включены в дифференциальном режиме. Каждый датчик Холла выдает сигнал на два ОУ, на прямой вход одного и инвертирующий другого.

После некоторых раздумий и экспериментов получилась такая схема:

При появлении кристалла в зоне левитации, геркон замыкается и на схему подается питание, она начинает генерировать, возникает самовозбуждение системы – кристалл парит.

Устойчивая левитации кристалла достигается небольшим подгибанием датчиков Холла в вертикальной плоскости. При этом можно ориентироваться на потребление тока левитатором. При точной настройке оно будет менее 100mA, и при попытке сместить левитирующий кристалл по горизонтали в какую-либо сторону будут ощущаться одинаковые усилия. Также при точной настройке практически пропадает шум, связанный с работой электромагнитов. На первом ОУ и TL431 собран супервизор питания. Если при левитации кристалла пропадает синяя подсветка, значит,  напряжение батареи менее 3.6V и её следует зарядить.

Кстати, в моем случае наблюдается интересное явление раскручивания кристалла против часовой стрелки. Если его слегка закрутить, то дальше он раскручивается сам – примерно до 50-140 оборотов в минуту, в зависимости от напряжения питания и высоты левитации. Связано это с неоднородностью намагниченности кристалла и с тем, что включенные по схеме звезда электромагниты левитатора в какой-то момент начинают работать подобно трехфазному двигателю.

Катушки электромагнитов использованы с двигателя ведущего вала видеомагнитофона (типа как на фото ниже). Индуктивность каждой 330mkH, сопротивление 2.2 Ohm.  Направление намотки этих катушек видно на фото – это важно для правильной работы левитатора. В конструкции использовано шесть неодимовых магнитов 15*5*5мм, шесть 15*6*2мм и один диаметром 20мм, толщиной 5мм в кристалле. ОУ LMV324 можно заменить аналогичным по параметрам "rail to rail op amp". Вместо IRF7319 подойдёт IRF7389. В качестве ферромагнитного сердечника катушек электромагнитов использованы болты и гайки М4, они же и скрепляют всю конструкцию.

       

Разводка платы левитатора сделана в одном слое с помощью трассировщика  Topo-R: https://eda.eremex.ru/ . На второй стороне платы фольга оставлена, она соединена с "землей" в двух точках. С кромок отверстий под  выводы катушек, датчиков, светодиода фольга удалена зенкованием сверлом, диаметр которого в 3...4 раза больше диаметра отверстий. Стеклотекстолит толщиной 1мм.

    

 

Вид собранной платы с двух сторон. Магниты держатся за счет взаимного притяжения , дополнительно они приклеены к плате суперклеем. Между катушками электромагнитов и платой проложена полоска двухстороннего скотча.

Для полной картины отмечу, что возможны варианты магнитной левитации без всякой электроники: https://www.antigravity.net.au/ . Вот некоторые:

1. Если придать магниту в точке 1 быстрое вращение вокруг вертикальной оси (сделать из него волчок), то он там и будет оставаться. Сам по себе волчок стремится сразу перекувыркнуться  и упасть. Раскрученный же волчок этого сделать не может – ему приходится противодействовать моменту инерции. Минус такого решения – ограниченное  несколькими минутами время левитации.

2. Известно, что диамагнетики выталкиваются магнитным полем. Если взять кусок пиролитического графита (диамагнетика) – наш магнитик с удовольствием будет над ним левитировать. Минус – небольшая высота левитации, как следствие отсутствия в природе сильных диамагнетиков. Или сильных магнитов в маленьком объеме.

3. Вариант предыдущего случая – использовать "идеальный" диамагнетик, каковым есть по сути  сверхпроводник. Например, высокотемпературный сверхпроводник с Пандоры – анобтаниум. Имеем приличную высоту парения сверхпроводника над магнитной подставкой. Минус решения – дороговизна. Нерафинированный анобтаниум стоит около двадцати миллионов долларов за килограмм, очищенный повышает стоимость вдвое – до сорока миллионов.

 Этот серый камушек идет по 20 миллионов за кило.

 Предвидя вопросы, отвечу на некоторые из них:

1. Парящий кристалл есть нельзя, он не вкусный и не съедобный.

2. Если ты думаешь, что как магнитный железняк может притягивать железо, ты так же можешь заставить его притянуть куски керамики, то ты заблуждаешься,… магнитный железняк может притягивать железо, но не взаимодействует с медью. Таково движение Дао  (из китайского философского трактата Хуайнань-цзы).

3. Именно анобтаниум вызвал появление на Пандоре таких изумительных геологических достопримечательностей, как каменные арки и парящие горы.

Видео работы: https://www.dropbox.com/s/wnsko62jezjitaf/Levi.mkv

Вопросы по конструкции можно задать здесь: https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=3&t=4810

Разводку платы прилагаю. 🙂

... И некоторые идеи вдогонку - вариант Levi_2 (разводку платы прилагаю):


Отличие – низ левитатора подсвечивается 2-мя светодиодами, которые вынесены ближе к краям платы. Должно смотреться эффектнее, ярче.

Подсветку внизу можно сделать другим цветом, при разряде батареи будет пропадать только нижняя подсветка.

В качестве левитирующего кристалла заманчиво применить флюорит - флюоресцирующий минерал. Cиний светодиод подсветки поменять на ультрафиолетовый ..

 

 

Файлы:
Документ PDF
Levi_2

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Ардуино левитация горшка с карликовым деревом

На идею этого урока натолкнул проект краудфандинговой платформы Kickstarter под названием "Air Bonsai", действительно красивый и загадочный, который сделали японцы.

Но любая загадка может быть объяснена, если посмотреть внутрь. Фактически это магнитная левитация, когда есть объект, левитирующий сверху, и электромагнит, контролируемый схемой. Давайте попробуем вместе реализовать этот загадочный проект.

Шаг 1: Как это работает

Мы выяснили, что схема устройства на Кикстартере была довольно сложной, без какого-либо микроконтроллера. Не было возможности найти её аналоговую схему. На самом деле, если посмотреть более внимательно, принцип левитации довольно прост. Нужно сделать магнитную деталь, "плавающую" над другой магнитной деталью. Основная дальнейшая работа заключалась в том, чтобы левитирующий магнит не падал.

Было также предположение, что сделать это с Arduino на самом деле намного проще, чем пытаться понять схему японского устройства. На самом деле всё оказалось намного проще.

Магнитная левитация состоит из двух частей: базовой части и плавающей (левитирующей) части.

Основание

Эта часть находится внизу, которая состоит из магнита для создания круглого магнитного поля и электромагнитов для управления этим магнитным полем.

Каждый магнит имеет два полюса: север и юг. Эксперименты показывают, что противоположности притягиваются и одинаковые полюса отталкиваются. Четыре цилиндрических магнита помещаются в квадрат и имеют одинаковую полярность, образуя круглое магнитное поле вверх, чтобы вытолкнуть любой магнит, который имеет один и тот же полюс между ними.

Есть четыре электромагнита вообще, они помещены в квадрат, два симметричных магнита - пара, и их магнитное поле всегда противоположно. Датчик Холла и цепь управляют электромагнитами. Создаем противоположные полюса на электромагнитах током через них.

Плавающая деталь

Деталь включает в себя магнит, плавающий над основанием, который может нести небольшой горшок с растением или другие предметы.

Магнит сверху поднимается магнитным полем нижних магнитов, потому что они с одинаковыми полюсами. Однако, как правило, он склоняется к падению и притягиванию друг к другу. Чтобы предотвратить переворот и падение верхней части магнита, электромагниты создадут магнитные поля, чтобы толкать или тянуть, дабы сбалансировать плавающую часть, благодаря датчику Холла. Электромагниты управляются двумя осями X и Y, в результате чего верхний магнит поддерживается сбалансированным и плавающим.

Контролировать электромагниты нелегко, требуется ПИД-регулятор, который подробно обсуждается на следующем шаге.

Шаг 2: ПИД-регулятор (PID)

Из Википедии: "Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье — производная сигнала рассогласования."

В простом понимании: «ПИД-регулятор вычисляет значение «ошибки» как разность между измеренным [Входом] и желаемой установкой. Контроллер пытается свести к минимуму ошибку, отрегулировав [выход]».

Итак, вы указываете PID, что измерить (Вход), какое значение вы хотите и переменную, которая поможет иметь это значение на выходе. Далее ПИД-регулятор настраивает выходной сигнал, чтобы сделать вход равным установке.

Для примера: в автомобиле у нас три значения (Вход, Установка, выход) будут - скорость, желаемая скорость и угол педали газа, соответственно.

В данном проекте:

  1. Вход представляет собой текущее значение в реальном времени от датчика холла, которое обновляется непрерывно, поскольку положение плавающего магнита будет меняться в реальном времени.
  2. Заданное значение - это значение от датчика холла, которое измеряется, когда плавающий магнит находится в положении баланса, в центре основания магнитов. Этот индекс фиксирован и со временем не изменяется.
  3. Выходной сигнал - скорость для управления электромагнитами.

Стоит поблагодарить сообщество любителей Arduino, которое написало PID-библиотеку и которая очень проста в использовании. Дополнительная информация об Arduino PID есть на официальном сайте Arduino. Нам нужно использовать пару ПИД-регуляторов под Arduino, один для оси X и другой для оси Y.

Шаг 3: Комплектующие

Список комплектующих для урока получается приличным. Ниже приведен список компонентов, которые вы должны купить для этого проекта, убедитесь, что у вас есть все перед запуском. Некоторые из компонентов очень популярны, и, вероятно, вы найдете их на своем собственном складе или дома.

  • 1x - LM324N
  • 4x - левитационная катушка
  • 2x - SS495a датчик Холла
  • 1x - 12V 2A DC адаптер
  • 8x - Кольцевой магнит D15*4 мм
  • 1x - Разъем питания постоянного тока
  • 4x - Кольцевой магнит D15*3 мм
  • 1x - Arduino pro mini
  • 1x - Модуль L298N
  • 1x - 14 гнездовой сокет
  • 2x - Магнит D35*5мм
  • 2x - Резистор 5.6 KОм
  • 2x - Резистор 180 КОм
  • 2x - Резистор 47 KОм
  • 2x- 10 Kом потенциометр
  • 1x - Акриловый лист A5 размера
  • 1x - Деревянный горшок
  • 1x - PCB макет
  • 8x - 3 мм винт
  • провода
  • Мини-растение (суккулент, кактус, мини-бонсай, карликовое дерево)

Шаг 4: Инструменты

Вот список инструментов, наиболее часто используемых:

  • Паяльник
  • Ручная пила
  • Мультиметр
  • Дрель
  • Осциллограф (по желанию, можете использовать мультиметр)
  • Настольное сверло
  • Горячий клей
  • Плоскогубцы

Шаг 5: LM324 Op-amp, L298N драйвер и SS495a

LM324 Op-amp

Операционные усилители (op-amp) являются одними из наиболее важных, широко используемых и универсальных схем, используемых сегодня.

Мы используем операционный усилитель для усиления сигнала от датчика Холла, цель которого - увеличить чувствительность, чтобы ардуино легко распознало изменение магнитного поля. Изменение нескольких мВ на выходе датчика холла, после прохождения усилителя может измениться на несколько сотен единиц в Arduino. Это необходимо для обеспечения плавного и стабильного функционирования ПИД-регулятора.

Обычным операционным усилителем, который мы выбрали, является LM324, это дешево, и вы можете купить его в любом магазине электроники. LM324 имеет 4 внутренних усилителя, которые позволяют гибко его использовать, однако в этом проекте нужны только два усилителя: один для оси X, а другой для оси Y.

Модуль L298N

Двойной H-мост L298N обычно используется для управления скоростью и направлением двух двигателей постоянного тока или с легкостью управляет одним биполярным шаговым двигателем. L298N может использоваться с двигателями с напряжением от 5 до 35 В постоянного тока.

Существует также встроенный регулятор 5V, поэтому, если напряжение питания до 12 В, вы также можете подключить источник питания 5 В от платы.

В этом проекте использован L298N для управления двумя парами катушек электромагнита и использован выход 5 В для питания Arduino и датчика холла.

Распиновка модулей:

  • Out 2: пара электромагнитов X
  • Out 3: пара электромагнитов Y
  • Входное питание: вход постоянного тока 12 В
  • GND: Земля
  • Выход 5v: 5v для датчиков Arduino и холла
  • EnA: Включает сигнал PWM для выхода 2
  • In1: Включить для выхода 2
  • In2: Enable for Out 2
  • In3: Включить для выхода 3
  • In4: Включить для выхода 3
  • EnB: Включает PWM-сигнал для Out3

Подключение к Arduino: нам нужно удалить 2 перемычки в контактах EnA и EnB, затем подключить 6 контактов In1, In2, In3, In4, EnA, EnB к Arduino.

SS495a Датчик Холла

SS495a - это линейный датчик Холла с аналоговым выходом. Обратите внимание на разницу между аналоговым выходом и цифровым выходом, вы не можете использовать датчик с цифровым выходом в этом проекте, он имеет только два состояния 1 или 0, поэтому вы не можете измерить выход магнитных полей.

Аналоговый датчик приведет к диапазону напряжений от 250 до Vcc, который вы можете прочитать с помощью аналогового входа Arduino. Для измерения магнитного поля в обеих осях X и Y требуются два датчика холла.

Шаг 6: Неодимовые магниты NdFeB (неодим-железо-бор)

Из Википедии: "Неодим — химический элемент, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Легко окисляется на воздухе. Открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Используется как компонент сплавов с алюминием и магнием для самолёто- и ракетостроения."

Неодим - это металл, который является ферромагнитным (в частности, он показывает антиферромагнитные свойства), что означает, что подобно железу его можно намагнитить, чтобы он стал магнитом. Но его температура Кюри составляет 19К (-254 ° С), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при чрезвычайно низких температурах. Однако соединения неодима с переходными металлами, такими как железо, могут иметь температуры Кюри значительно выше комнатной температуры, и они используются для изготовления неодимовых магнитов.

Сильный - это слово, которое используют для описания неодимового магнита. Вы не можете использовать ферритовые магниты, потому что их магнетизм слишком слаб. Неодимовые магниты намного дороже ферритовых магнитов. Маленькие магниты используются для основы, большие магниты для плавающей/левитирующей части.

Внимание! Вам нужно быть осторожным при использовании неодимовых магнитов, так как их сильный магнетизм может навредить вам, или они могут сломать данные вашего жесткого диска или других электронных устройств, на которые влияют магнитные поля.

Совет! Вы можете отделить два магнита, потянув их в горизонтальное положение, вы не сможете отделить их в противоположном направлении, потому что их магнитное поле слишком сильное. Они также очень хрупкие и легко ломаются.

Шаг 7: Готовим основание

Использовали небольшой терракотовый горшок, который обычно используется для выращивания суккулента или кактуса. Вы также можете использовать керамический горшок или деревянный горшок, если они подходят. Используйте сверло диаметром 8 мм, чтобы создать отверстие в нижней части горшка, которое используется для удерживания гнезда постоянного тока.

Шаг 8: 3D-печать плавающей части

Если у вас есть 3D-принтер - здорово. У вас есть возможность сделать все с помощью него. Если принтера нет - не отчаивайтесь, т.к. вы можете использовать дешевую услугу 3D-печати, которая сейчас очень популярна.

Для лазерной резки файлы также в архиве выше - файл AcrylicLaserCut.dwg (это autocad). Акриловая деталь используется для поддержки магнитов и электромагнитов, остальные - для покрытия поверхности терракотового горшка.

Шаг 9: Подготовка SS495a модуля датчика Холла

Вырежьте макет PCB на две части, одну часть, чтобы прикрепить датчик холла, а другой - к цепи LM324. Прикрепите два магнитных датчика перпендикулярно печатной плате. Используйте тонкие провода для соединения двух штырей датчиков VCC вместе, сделайте то же самое с контактами GND. Выходные контакты отдельно.

Шаг 10: Цепь Op-amp

Припаяйте гнездо и резисторы к печатной плате, следуя схеме, обратив внимание на то, чтобы поместить два потенциометра в одном направлении для более легкой калибровки позже. Присоедините LM324 к гнезду, затем подключите два выхода модуля датчиков холла к цепи op-amp.

Два выходных провода LM324 подключите к Arduino. Вход 12 В с входом 12 В модуля L298N, выход 5 В модуля L298N к 5V потенциометра.

Шаг 11: Сборка электромагнитов

Соберите электромагниты на акриловый лист, они закреплены в четырех отверстиях вблизи центра. Затяните винты, чтобы избежать движения. Поскольку электромагниты симметричны по центру, они всегда находятся на полюсах напротив, так что провода на внутренней стороне электромагнитов соединены вместе, а провода на внешней стороне электромагнитов подключены к L298N.

Протяните провода под акриловым листом через соседние отверстия, чтобы подключиться к L298N. Медный провод покрыт изолированным слоем, поэтому вы должны удалить его ножом, прежде чем вы сможете припаять их вместе.

Шаг 12: Сенсорный модуль и магниты

Используйте горячий клей для фиксации модуля датчика между электромагнитами, обратите внимание, что каждый датчик должен быть квадратным с двумя электромагнитами, один на передней и другой на задней панели. Попробуйте выполнить калибровку двух датчиков как можно более централизованно, чтобы они не перекрывались, что сделает датчик наиболее эффективным.

Следующий шаг - собрать магниты на акриловой основе. Объединяя два магнита D15*4 мм и магнит D15*3 мм вместе, чтобы сформировать цилиндр, это приведет к тому, что магниты и электромагниты будут иметь одинаковую высоту. Соберите магниты между парами электромагнитов, обратите внимание, что полюса восходящих магнитов должны быть одинаковыми.

Шаг 13: Разъем питания постоянного тока и выход L298N 5V

Припаяйте гнездо питания постоянного тока двумя проводами и используйте термоусадочную трубку. Подключенный разъем питания постоянного тока к входу модуля L298N, его выход 5 В будет подавать питание на Arduino.

Шаг 14: L298N и Arduino

Подключите модуль L298N к Arduino, следуя приведенной выше схеме:

L298N → Ардуино
5V → VCC
GND → GND
EnA → 7
В1 → 6
В2 → 5
В3 → 4
В4 → 3
EnB → 2

Шаг 15: Arduino Pro Mini программер

Поскольку у Arduino pro mini нет USB-порта для последовательного порта, вам необходимо подключить внешний программатор. FTDI Basic будет использоваться для программирования (и питания) Pro Mini.

Шаг 16: Подготовка плавающей части

Соедините два магнита D35*5 для увеличения магнетизма.

Шаг 17: Калибровка

Загрузите программу ReadSetpoint.ino в Arduino, которую можно скачать выше. Эта программа будет считывать значения датчика Холла и отправлять их на компьютер через последовательный порт. Откройте COM-порт, чтобы увидеть его. Подключите 12 В постоянного тока к гнезду питания постоянного тока, вы также используете осциллограф для считывания значения датчика.

Наблюдайте значения на экране и внесите корректировки, установив два потенциометра. Наилучшее значение - 560, при этом выход датчика составляет около 2,5 В. После установки заданного значения поместите плавающий магнит над базовой частью и встряхните его, чтобы увидеть изменение значения установки (Setpoint) на экране.

Шаг 18: Загрузка основной программы

После калибровки значения установки (Setpoint) самое время получить результаты. Загрузите основную программу Levitation.ino, которая приведена выше.

Используйте супер клей для фиксации магнита и держателя магнита, который ранее был напечатан на 3D-принтере. После загрузки основной программы вы можете внести небольшие корректировки на потенциометры, чтобы плавающая деталь была зафиксирована в центре.

Шаг 19: Собираем всё вместе

Сначала прикрепите гнездо питания постоянного тока к горшку, затем поместите оставшиеся части в горшок. Наконец, используйте оставшийся акриловый лист, чтобы сделать поверхность горшка.

Шаг 20: Подготовка растения

Прикрепите деревянный горшок к плавающей части магнита. Мы использовали маленький кактус для посадки. Вы можете использовать кактус или суккулент или любой мини-бонсай, который является маленьким и легким.

Шаг 21: Финальный результат

Наслаждайтесь своим результатом, благодаря вашим усилиям вы сделали отличный проект, который теперь будет радовать вас и ваших друзей.

arduinoplus.ru

Как самому собрать аналоговый левитрон / Habr

0.Предисловие

Начитался тут всяких интернетов и решил сваять свой собственный левитрон, без всяких цифровых глупостей. Сказано – сделано. Выкладываю муки творчества на всеобщее обозрение.
1.Краткое описание

Левитрон – это устройство, удерживающее объект в равновесии с силами гравитации с помощью магнитного поля. Давно известно, что невозможно левитировать объект, используя статичные магнитные поля. В школьной физике это называлось состоянием неустойчивого равновесия, насколько я помню. Однако, затратив немного желания, знаний, усилий, денег и времени, возможно левитировать объект динамически путем использования электроники в качестве обратной связи.

Получилось вот что:



2.Фунциональная схема

Электро-магнитные датчики, расположенные на торцах катушки, выдают напряжение, пропорциональное уровню магнитной индукции. В случае отсутствия внешнего магнитного поля эти напряжения будут одинаковы вне зависимости от величины тока катушки.

При наличии постоянного магнита вблизи нижнего датчика блок управления будет формировать сигнал, пропорциональный полю магнита, усиливать его до нужного уровня и передавать на ШИМ для управления током через катушку. Таким образом, возникает обратная связь и катушка будет генерировать такое магнитное поле, которое будет удерживать магнит в равновесии с силами гравитации.

Что-то заумно все получилось, попробую по другому:
— Нет никакого магнита — индукция на торцах катушки одинакова — сигнал с датчиков одинаков — блок управления выдает минимальный сигнал — катушка работает на всю мощь;
— Близко поднесли магнит — индукция сильно разная — сигналы от датчиков сильно разные — блок управления выдает максимальный сигнал — катушка отключается совсем — магнит никто не держит и он начинает падать;
— Манит падает — отдаляется от катушки — разница сигналов с датчиков уменьшается — блок управления уменьшает выходной сигнал — ток через катушку увеличивается — увеличивается индукция катушки — магнит начинает притягиваться;
— Манит притягивается — приближается к катушке — разница сигналов с датчиков увеличивается — блок управления увеличивает выходной сигнал — ток через катушку уменьшается — уменьшается индукция катушки — магнит начинает падать;
— Чудо — магнит не падает и не притягивается — вернее, и падает и притягивается несколько тысяч раз в секунду — то есть возникает динамическое равновесие — магнит просто висит в воздухе.

3.Конструкция

Главным элементом конструкции является электро-магнитная катушка (соленоид), которая и удерживает своим полем постоянный магнит.

На пластиковый каркас D36x48 плотно намотано 78 метров медного эмалированного провода диаметром 0.6 мм, получилось где-то 600 витков. По расчетам, при сопротивлении 4.8Ом и питании 12В, ток будет 2.5А, мощность 30Вт. Это необходимо для подбора внешнего блока питания. (По факту получилось 6.0Ом, вряд ли нарезали больше провода, скорее сэкономили на диаметре.)

Внутрь катушки вставлен стальной сердечник от дверной петли диаметром 20мм. На его торцах с помощью термоклея закреплены датчики, которые обязательно должны быть ориентированы в одинаковом направлении.

Катушка с датчиками закреплена на кронштейне из алюминиевой полосы, который, в свою очередь, крепится к корпусу, внутри которого находится плата управления.

На корпусе расположен светодиод, выключатель и гнездо питания.

Внешний блок питания (GA-1040U) взят с запасом по мощности и обеспечивает ток до 3.2А при 12В.

В качестве левтитрующего объекта используется N35H магнит D15x5 с приклеенной банкой из под кока-колы. Сразу скажу, что полная банка не годится, поэтому тонким сверлом делаем отверстия по торцам, сливаем ценный напиток (можно выпить если не боитесь стружки) и к верхнему колечку клеим магнит.

4.Принципиальная схема

Сигналы с датчиков U1 и U2 подаются на операционный усилитель OP1/4, включенный по дифференциальной схеме. Верхний датчик U1 подключен к инвертирующему входу, нижний U2 – к неинвертирующему, то есть сигналы вычитаются, и на выходе OP1/4 получаем напряжение, пропорциональное только уровню магнитной индукции, создаваемому постоянным магнитом вблизи нижнего датчика U2.

Комбинация элементов C1,R6 и R7 является изюминкой данной схемы и позволяет достичь эффекта полной стабильности, магнит будет висеть как вкопанный. Как это работает? Постоянная составляющая сигнала проходит через делитель R6R7 и ослабляется в 11 раз. Переменная составляющая проходит через фильтр C1R7 без ослабления. Откуда вообще берется переменная составляющая? Постоянная часть зависит от положения магнита вблизи нижнего датчика, переменная часть возникает из-за колебаний магнита вокруг точки равновесия, т.е. от изменения положения во времени, т.е. от скорости. Нам интересно, чтобы магнит был неподвижен, т.е. его скорость была равна 0. Таким образом, в управляющем сигнале мы имеем две составляющих – постоянная отвечает за положение, а переменная – за стабильность этого положения.
Далее, подготовленный сигнал усиливается на OP1/3. С помощью переменного резистора P2 устанавливается необходимый коэффициент усиления на этапе настройки для достижения равновесия в зависимости от конкретных параметров магнита и катушки.

На OP1/1 собран простой компаратор, который отключает ШИМ и, соответственно, катушку, когда рядом нет магнита. Очень удобная вещь, не надо вынимать блок питания из розетки если убрали магнит. Уровень срабатывания задается переменным резистором P1.

Далее, управляющий сигнал подается на широтно-импульсный модулятор U3. Размах выходного напряжения 12В, частота выходных импульсов задается номиналами C2,R10 и P3, а скважность зависит от уровня входного сигнала на входе DTC.
ШИМ управляет переключением силового транзистора T1, а тот, в свою очередь, током через катушку.

Светодиод LED1 можно и не ставить, а вот диод SD1 нужен обязятельно, для слива лишнего тока и избежания перенапряжения в моменты выключения катушки из-за явления самоиндукции.

NL1 – это наша самодельная катушка, коей посвящен отдельный раздел.

В результате, в режиме равновесия, картина будет примерно такая: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A.

Для наглядности прикладываю графики передаточной характеристики, АЧХ и ФЧХ, и осциллогаммы на выходе ШИМ и катушки.



5.Выбор компонентов

Устройство собрано из недорогих и доступных компонентов. Самой дорогой оказалась медная проволока WIK06N, за 78 метров WIK06N заплатил 1200 руб, все остальное, вместе взятое, обошлось значительно дешевле. Тут вообще широкое поле для экспериментов, можно обойтись без сердечника, можно взять проволоку потоньше. Главное не забывать, что индукция по оси катушки зависит от количества витков, тока по ним и геометрии катушки.

В качестве датчиков магнитного поля U1 и U2 используются аналоговые датчики Холла SS496A с линейной характеристикой вплоть до 840Гс, это самое то для нашего случая. При использовании аналогов с другой чувствительностью потребуется корректировка коэффициента усиления на OP1/3, а также проверка на уровень максимальной индукции на торцах вашей катушки (в нашем случае с сердечником она достигает 500Гс), чтобы датчики не входили в насыщение при пиковой нагрузке.

OP1 -это счетверенный операционный усилитель LM324N. При выключенной катушке выдает 20мВ вместо нуля на 14 выходе, но это вполне приемлемо. Главное не забыть выбрать из кучки 100К резисторов наиболее близкие по фактическому номиналу для установки в качестве R1,R2,R3,R4.

Номиналы C1,R6 и R7 выбраны путем проб и ошибок как самый оптимальный вариант для стабилизации магнитов разных калибров (тестировались N35H магниты D27x8, D15x5 и D12x3). Соотношение R6/R7 можно оставить как есть, а номинал C1 увеличивать до 2-5мкФ, в случае возникновения проблем.

При использовании очень маленьких магнитов, вам возможно будет не хватать коэффициента усиления, в этом случае урежьте номинал R8 до 500Ом.

D1 и D2 это обычные выпрямительные диоды 1N4001, тут подойдут любые.

В качестве широтно-импульсного модулятора U3 используется распространенная микросхема TL494CN. Частота работы задается элементами C2, R10 и P3 (по схеме 20кГц). Оптимальный диапазон 20-30кГц, при меньшей частоте появляется свист катушки. Вместо R10 и P3 можно просто поставить резистор 5.6K.

T1 это полевой транзистор IRFZ44N, подойдет и любой другой из этой же серии. При выборе других транзисторов может потребоваться установка радиатора, ориентируйтесь на минимальные значения сопротивления канала и заряда затвора.
SD1 это диод шоттки VS-25CTQ045, тут я хватанул с большим запасом, подойдет и обычный быстродействующий диод, но, возможно, будет сильно греться.

LED1 желтый светодиод L-63YT, здесь, как говорится, на вкус и цвет, можно их и побольше наставить, чтобы все светилось разноцветными огнями.

U4 это стабилизатор напряжения 5В L78L05ACZ для питания датчиков и операционного усилителя. При использовании внешнего блока питания с дополнительным выходом 5В, можно обойись и без него, но конденсаторы лучше оставить.

6.Заключение

Все получилось как задумано. Устройство стабильно работает круглые сутки, потребляет всего 6Вт. Ни диод, ни катушка, ни транзистор не греются. Прикладываю еще пару фоток и финальное видео:

7. Дисклаймер

Я не электронщик и не писатель, просто решил поделиться опытом. Может что-то покажется вам слишком очевидным, а что-то слишком сложным, а о чем-то забыл упомянуть вообще. Не стесняйтесь вносить конструктивные предложения и по тексту и по улучшению схемы, чтобы люди могли запросто это повторить, если будет такое желание.

habr.com

Левитрон – схема устройства электромагнитной левитации своими руками

Идея устройства очень проста, электромагнит поднимает в воздух магнит, а для создания эффекта левитации в магнитном поле, он подключен к высокочастотному источнику, который то поднимает, то опускает объект.

Шаг 1: Схема устройства

Схема на удивление проста и я полагаю, что у вас не составит труда собрать левитрон своими руками. Вот список компонентов:


Шаг 2: Сборка

Приступим к сборке. Сперва нам нужно сделать рамку для электромагнита примерно таких размеров: диаметр 6 мм, высота мотка примерно 23 мм, и диаметр ушек около 25 мм. Как видите, изготовить её можно из обычного листа, картона и суперклея. теперь закрепим начало мотка на рамке и расслабимся — нам нужно будет сделать около 550 оборотов, неважно в каком набавлении. Я сделал 12 слоёв, что отняло у меня 1.5 часа.

Шаг 3: Спайка

Спаиваем всё по схеме, без каких-либо нюансов. Датчик Холла припаян к проводам, т.к. он будет помещён в катушку. Когда всё спаяете, поместите датчик в катушку, закрепите его, подвесьте катушку и подайте ток. Поднеся магнит, вы почувствуете, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полюса, и пытается зависнуть в воздухе, но неудачно.

Шаг 4: Настройка

После 30 минут, потраченных над разгадкой вопроса, «почему эта штука не работает?», я пришел в отчаяние и прибегнул к крайним мерам — начал читать спецификацию к датчику, которую создают для таких людей как я. В спецификации имелись картинки, на которых было изображено, какая из сторон чувствительная.

Вытащив датчик и согнув его таким образом, чтобы плоская сторона с надписями была параллельна земле, я вернул его на место — самодельное устройство стало работать заметно лучше, но магнит всё ещё не левитировал. Понять в чём проблема удалось достаточно быстро: магнит в форме таблетки — не самый лучший экземпляр для левитации. Было достаточно сместить центр тяжести к нижней части магнита (я сделал это при помощи куска толстой бумаги ). Кстати, не забудьте проверить, какая сторона магнита притягивается к катушке. Теперь всё работало более или менее нормально и осталось закрепить и защитить датчик.

Какие еще нюансы есть в этом проекте? Сначала я хотел использовать адаптер на 12V, но электромагнит быстро грелся, и мне пришлось переключить его на 5V, я не заметил никаких ухудшений в работе, а нагрев был практически устранён. Диод и ограничивающий резистор были практически сразу отключены. Также я снял с катушки синюю бумагу — мотки медной проволоки смотрятся гораздо красивее.

Шаг 5: Финал

masterclub.online

Платформенный левитрон своими руками

Приветствую, Самоделкины!
Сегодня мы вместе с Романом, автором YouTube канала «Open Frime TV», соберем платформенный левитрон.


История создания данного устройства началась еще в далеком 2016 году. Тогда автор наткнулся на статью «МозгоЧинов», и всей душой загорелся повторить данное устройство.

Но не все так легко. Собрать именно такой вариант у автора не было возможности. Тогда он стал искать альтернативу и нашел такую на «РадиоКоте».

Скачал печатку, начал травить, а потом собирать устройство.


Но в конце концов все обломалось. Спустя полгода, может чуть больше, автор стал осваивать Ардуино. И ему в голову пришла идея сделать левитрон на ней. С новыми силами он бросился в бой, но опять разочарование. Много бессонных ночей в написании кода, и сборке прошли зря. Левитирующий магнит все никак не хотел зависать, его дергало из стороны в сторону и все тут.

Спустя еще какое-то время автор наткнулся на очередную статью с полным описанием, заказал комплектующие, начал собирать, намотал новые катушки, запустил все и снова неудача. Автор начал думать, почему же левитрон не запускается и понял в чем проблема. Оказалось, что все намотанные катушки имели внутри металлическое основание, и сила с которой магнит тянулся к сердечнику превышала противодействие. Из-за этого и происходила такая лажа. В итоге автор перемотал катушки и свершилось чудо - магнит полетел.

Радости не было предела. Автор любовался своей самоделкой целый вечер. Ну это была так, предыстория, ну а теперь приступаем непосредственно к сборке. Для начала давайте ознакомимся с устройством.

Итак, в основании у нас лежат постоянные магниты, которые создают магнитное поле в виде купола. На самой его вершине находится точка равновесия, в этой точке магниты основания как бы выталкивают левитирующий магнит вверх, компенсируя силу тяжести. Но есть одно «но», эта точка крайне нестабильна, и левитирующий магнит постоянно слетает с нее.


Тут нам на помощь приходят электромагниты и датчики Холла, которые отслеживают положение магнита и как только он начинает улетать с точки, включается соответствующий электромагнит и подтягивает левитирующий магнит обратно в центр. Таким образом он совершает колебания в разные стороны, но с большой частотой, и глаз этого практически не видит.
Отлично, разобрались с теорией, переходим к практике. Мозгом схемы будет Arduino Uno.

Сперва автор хотел использовать Arduino Nano, но нечаянно спалил ее, подав не то напряжение. Силовая часть схемы - это драйвер шагового двигателя L298N.

Ну и следящая часть - это 2 датчика Холла, расположенных в центре конструкции.

Теперь давайте рассмотрим схему устройства, начнем, пожалуй, с блок схемы.

На схеме видно, что с чем соединено, теперь рассмотрим каждый блок по отдельности. Датчики Холла снабжены дополнительным усилителем на микросхеме LM324. Усиленный сигнал с Холлов поступает на аналоговый вход Ардуинки.


Следующий блок - это драйвер и катушечки. Про их намотку чуть позже, а сейчас чисто схема.

Как видим, подключается все элементарно и без особых проблем.
Теперь переходим к сборке. В качестве основания будем использовать макетную плату. Ее нужно немного уменьшить и просверлить отверстия. Расстояния между отверстиями 40мм.


После подготовки макетки займемся намоткой катушек. Как уже говорилось ранее, именно в катушках и была проблема, так как все они были с металлическим сердечником. В качестве основания возьмем колпачок для иголки шприца. Сами ограничители для катушек сделаны, как и в первых вариантах, из текстолита.

Размер катушек перед вами.

Все они мотаются в одну сторону. Количество витков 350, диаметр провода 0.44 мм. Думаю, если вносить 10, а то и 20 процентные изменение в параметры обмоток, результат не изменится.
Когда катушки готовы, устанавливаем их на плату, как и остальные части. Теперь необходимо соединить катушки по 2 штуки последовательно, таким образом, чтобы при подаче напряжения на пару катушек, одна из них притягивала, а вторая в этот момент отталкивала.

По поводу расположение датчиков Холла. Они должны быть строго на оси своих катушек. То куда они развернуты роли не играет, все будет корректироваться в настройке.

Следующий шаг - соединение всех элементов в одну цепь и прошивка Ардуино. Сам скетч и все картинки со схемами найдете в архиве проекта.

А вот после прошивки начинаются сложности. Для настройки постоянные магниты в основание ставить нельзя. Когда залили скетч в Ардуино, берем магнит, который должен левитировать и располагаем над катушками, водя рукой над тем местом где должна быть точка левитации, мы должны почувствовать сопротивление катушек.

Вот допустим, мы ведем влево, значит катушки срабатывают и тянут вправо, если тяга идет не в ту сторону, то нужно поменять местами выводы катушек на драйвере.

Теперь настало время установить магниты на плату. Магниты должны быть неодимовыми.


Вообще можно использовать и прямоугольные магниты в основании, но автор решил взять круглые, так как они дешевле и имеют отверстие для крепления. Магниты устанавливаем в пространства между катушками. Расстояние между ними по диагонали равно 5,5 см.

Теперь берем магнит, который будем подвешивать и пытаемся его расположить в центре левитации. Тут важно угадать с весом магнита. Автор делал так, брал основной магнит и на него вешал мелкие, таким образом нашел равновесие. Но магнит в центре висел не долго, его постоянно сносило в одну сторону. Тут на помощь к нам приходят подстроечные резисторы, вращая их можно смещать точку равновесия. Таким образом мы выравниваем парящий магнит.


Все, настройка завершена. Осталось все это красиво оформить в корпус. Для этого подойдет вот такой короб.

Но, как оказалось, у него очень толстые стенки, а у нас каждый миллиметр буквально на вес золота. Поэтому необходимо вырезать в крышке отверстие под катушки, и закрепить их заподлицо с корпусом.

Получившееся отверстие в корпусе нужно было чем-то накрыть. И тут отлично подошла еще одна макетная плата, получилось ну очень даже здорово.

В корпусе расположили драйвер и Ардуинку, а питание возьмем от внешнего адаптера на 12В, 2А. В итоге конструкция стала похожа на заводскую модель. На нее можно установить какую-нибудь декоративную штуку типа самолетика или машинки, и наслаждаться.


На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:


Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Левитрон на датчике Холла своими руками

Доброго времени суток, уважаемые самоделкины.
В этой статье Константин, мастерская How-todo, покажет нам как сделать левитрон.

Итак, левитрон. Принцип работы данной приблуды прост, как саморез. Электромагнитом поднимаем в воздух кусочек некоего магнитного материала. Для создания эффекта парения, электромагнит включаем и выключаем с большой частотой.

То-есть, как-бы поднимаем и бросаем магнитный образец.

Схема такого устройства на удивление проста, и повторить его не составляет сложностей. Вот, собственно, схема.


Нужные нам материалы и компоненты.

Светодиод любого цвета, он не обязателен.
Транзистор IRFZ44N, подойдет практически любой похожий по параметрам полевик.
Диод, здесь автор использует HER207, с тем же успехом будет работать какой-нибудь 1N4007.
Резисторы на 1 кОм и 330Ом (последний не обязателен).

Датчик холла, у меня это A3144 его тоже можно заменить на похожий.
Медный намоточный эмалированный провод диаметром 0,3 0,4 мм, метров 20. У автора провод 0,36 мм.


Неодимовый магнитик типа таблетки, размером 5 на 1 мм, тоже не особо принципиально, в пределах разумного.

В качестве источника питания подойдет ненужный пятивольтовый зарядник от телефона.

Клей, бумага, паяльник припой... стандартный набор паяльщика.

Кстати, список всех компонентов с ссылками на aliexpress.

Давайте перейдем к сборке. Для начала необходимо сделать картонную катушку для корпуса будущего электромагнита.
Параметры катушки следующие:
6 мм диаметр внутренней втулки, ширина слоя намотки приблизительно 23 мм и диаметр щечек, с запасом, около 25 мм.


Как видите, Константин соорудил корпус для катушки из картонки и обрезка тетрадного листа, хорошенько смазав их суперклеем.
Закрепим начало провода в каркасе, наберемся терпения и начинаем накручивать примерно 550 витков.

Направление намотки не имеет значения. Можно даже намотать в навал, но это не наш метод.

Наматываем 12 слоев, виток к витку, изолируя каждый слой изолентой.

Потратив часа полтора, закрепляем конец провода и откладываем катушку.

Приступаем к пайке, все согласно схемы, без каких-либо отличий.

Выводы Датчика Холла удлинняем проводками и изолируем термоусадкой, ведь его необходимо расположить внутри катушки.


Собственно все, остается только настроить, для этого устанавливаем датчик Холла внутри катушки и фиксируем подручными средствами.

Подвешиваем катушку, подаём питание.

Поднеся магнит чувствуем, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полярности.
На некотором расстоянии магнит пытается зависнуть, но на длительное время не зависает.

Изучаем документацию на датчик, где специально в картинках показано, с какой стороны у него чувствительная зона.

Вынимаем его и сгибаем таким образом, чтобы плоская сторона с надписями оказалась в итоге параллельно земле.

Запихиваем обратно, на этот раз все значительно лучше.

Но до сих пор не парит.

Проблема заключается в форме магнита, а именно - плоская форма "таблетки".
Не самая удачная, которую можно придумать для левитации. Достаточно всего лишь сместить центр тяжести вниз. Организуем это при помощи куска толстой бумажки.

Кстати, перед приклеиванием противовеса, не забудьте сначала посмотреть с какой стороны магнит притягивается к катушке.

Собственного теперь все более-менее работает, остается только отцентровать и закрепить датчик.

Какие еще были особенности. Попытка питать устройство от 12В адаптера приводит к сильному нагреву электромагнита.
Пришлось перейти на 5В, при этом какого-то ухудшения работы замечено не было, а нагрев практически полностью был устранен.
Еще светодиод и его ограничительный резистор почти сразу был исключен из схемы, ибо смысла от них нет.
Финальный штрих, синий бумажный скотч показался недостаточно эстетичным.

Отодрав его, медный провод виток к витку выглядит значительно лучше.

Для своих поделок, левитрон первый в списке однозначно, по эффектности и простоте схемы он может потягаться с катушкой Тесла.
Для Вас левитрон изготовил и представил его принцип работы Константин, канал How-todo.


Всем хороших идей!
Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Светодиодная лампа – левитрон


Близятся новогодние праздники. А как прийти в Новый год без подарка, к родным, близким и друзьям. И в тоже время, еще не потеряла актуальности старая присказка, что лучший подарок – это подарок сделанный своими руками. А почему бы и нет, давайте попробуем сделать кому-либо оригинальный новогодний подарок.

В качестве такого подарка предлагается изготовить простейший левитрон. Магнитная левитация всегда выглядит впечатляюще и завораживающе. С помощью невидимой электромагнитной силы поднимем и удержим в воздухе небольшой неодимовый магнит. Создание парящего эффекта осуществляется поднятием и опусканием магнита в очень небольшом диапазоне высот, но с высокой частотой. Такое устройство сегодня можно сделать самому. И для этого не обязательно тратить много денег и времени.

В данной статье рассмотрим схему и технологию изготовления магнитного левитрона из простых и дешевых компонентов.

Схема устройства для магнитной левитации представлена ниже.

Принцип работы устройства
С помощью данной схемы, катушка L1 создает определенное электромагнитное поле, которое удерживает на весу постоянный магнит. Так как равновесное положение крайне не стабильно, для удержания магнита в схеме используется система автоматического контроля и управления. Датчиком контроля положения, служит магнитоуправляемый датчик MD1, на основе эффекта Холла. Он расположен и закреплен в центре катушки, со стороны рабочего торца.

Работа датчика Холла (MD1) заключается в понижении выходного сигнала (выв.3), вплоть до отключения, при нарастании статического или динамического магнитного поля. При понижении магнитного поля, все наоборот. Датчик Холла работает при небольшом напряжении питания (4…20 V) и малом токе (3…20 mA), управляя при этом силовым транзистором VT1.

Светодиод LED1 служит для визуального контроля над работой устройства.
Диод VD2 обеспечивает быстродействие работы катушки.

Схема работает следующим образом.
При включении устройства, ток проходит через катушку L1 и открытый транзистор VT1.
При этом катушка создает магнитное поле и начинает притягивать постоянный магнит. Магнит притягивается к электромагниту, но поднимаясь, он попадает в зону действия датчика положения (МD1) и своим магнитным полем переключает его. При этом подается сигнал на транзистор VT1, который отключает электромагнит. Тогда постоянный магнит начинает падать, но выйдя из зоны чувствительности датчика, вновь включает электромагнит. При этом магнит вновь вынужден двигаться к электромагниту. Таким образом, постоянный магнит непрерывно колеблется около определенной системой точки.

Для того, чтобы постоянный магнит в процессе колебаний не перевернулся, его положение стабилизируют, например, закрепив к нему что либо снизу. При перевороте магнита, меняется его полюс, обращенный к датчику положения МD1 и схема перестает работать, так как датчик управляется только южным полюсом магнита.

Изготовление устройства

1. Основу устройства левитрона определяет катушка электромагнита. Ее выбор будет во многом определять конструкцию устройства.
Катушку можно изготовить самостоятельно. Достаточно намотать на трубку 500…600 витков эмалированного провода диаметром 0,3…0,4 мм (потребуется около 20 метров провода). Для питания такого устройства можно использовать блок питания или зарядное устройство на напряжение 5 - 9 вольт.

Возможен вариант использования имеющейся промышленной катушки. При этом желательно знать ее номинальное напряжение питания и подобрать в дальнейшем соответствующий источник питания.

В нашем случае, для оригинального подарка, требуется компактное исполнение устройства, поэтому была выбрана катушка малогабаритного реле.

2. Кроме катушки нам потребуется полевой транзистор, например, IRFZ44N или другой подобный MOSFET, опять же в зависимости от параметров применяемой катушки. В нашем случае задействован транзистор IRF630, оставшийся на кусочке платы, после утилизации видеоаппаратуры.

Также нужен датчик Холла, например, типа A3144, Ah543 или другой, работающий на аналогичных режимах. В данном случае использован дешевый датчик, найденный в магазине, модели HAL 508 UA-A-2-B-1-00.

Доукомплектуем устройство остальными покупными радиодеталями согласно приведенной схеме.

3. Для проверки и настройки работы левитрона, собираем левую часть вышеприведенной схемы, за исключением резистора R2 и с изменением номинала R3 на 330 Ом. Правая часть схемы представляет собой источник питания устройства, и в этом варианте она не нужна. Сборку и отработку схемы удобнее выполнить на универсальной монтажной плате, но так как имеющийся транзистор уже был впаян вместе с радиатором на кусочке платы, подходящего размера, распаял схему рядом с ним.

4. Собираем катушку. Датчик Холла помещаем и временно закрепляем по центру отверстия, в самом низу катушки.

5. Испытание устройства. Зафиксируем катушку на некотором расстоянии от поверхности стола. После этого на устройство магнитной левитации можно подать питание. Так как катушка указанного ранее реле имеет сопротивление обмотки 210 Ом и рассчитана на постоянный ток напряжением 12В, подключаем ее к соответствующему источнику питания.

Затем необходимо определить, какой стороной ориентировать к электромагниту постоянный неодимовый магнит. Включаем левитрон (должен загореться светодиод) и подносим магнит к низу катушки, со стороны датчика Холла. Если магнит притягивается к катушке и светодиод при этом гаснет - то магнит ориентирован правильно, но если магнитное поле катушки выталкивает его, то магнит необходимо перевернуть. Если светодиод не гаснет, при подводе магнита любой стороной, необходимо поменять местами концы катушки, т.е. сменить ее полюса. Когда все сделано правильно, электромагнитная сила подхватит магнит и будет удерживать его в воздухе. Не забываем стабилизировать положение магнита, чтобы он в процессе колебаний не перевернулся. В данном случае использовался кольцевой неодимовый магнит диаметром 7 мм и толщиной 1 мм, взятый из микро наушника. Для его стабилизации достаточно кусочка изоленты приклеенного с одной стороны магнита.

Примечание. Первые испытания с этой катушкой прошли не удачно. Сердечник катушки реле усиливал магнитное поле, но и оказывал свое влияние при отключении катушки. В процессе наладки, положение магнита было не стабильно или магнит притягивался к сердечнику при выключенной катушке. При удалении сердечника из катушки процесс стабилизировался, что видно на фото.

6. Модернизация устройства. Дальнейшие испытания показали некоторые недостатки. Во-первых, необходимость дополнительного источника питания, что увеличивает сложность и размеры и не добавляет оригинальности подарку. Во-вторых, при увеличении дальности полета (расстоянии от катушки), нужно увеличивать напряжение питания, а это ведет к нежелательному нагреву катушки.

Возможно, конечно, остановиться и на этом варианте, используя полученные возможности. Осталось всего лишь «упаковать» устройство в достойный корпус.

7. Можно изготовить второй вариант устройства, заменив катушку на более высоковольтную (но с меньшим током потребления) и изготовить дополнительно встроенный бестрансформаторный блок питания. Полная схема этого устройства приведена в начале статьи.
Второй вариант катушки от импортного реле рассчитан на напряжение 110 вольт и имеет сопротивление обмотки 4700 Ом. Комплектуем устройство деталями согласно схеме.


8. Изготовим бестрансформаторный блок питания (правая часть схемы). Он преобразует переменный ток 220 вольт в нужное нам напряжение - около 100 вольт (определяется стабилитроном VD3) постоянного тока небольшой величины (определяется емкостью конденсатора С3 типа К73-17). Такой БП имеет преимущества – простая схема и малые габариты. Но имеет и недостаток – присутствует опасность поражения электрическим током при контакте с деталями на включенном устройстве. Однако при соблюдении правил техники безопасности, отсутствие гальванической развязки в полностью изолированном устройстве будет безопасным.

9. В качестве корпуса для левитрона используем сопрягаемые по размерам, патрон от сгоревшей люминесцентной энергосберегающей лампы и светорассеивающий плафон от светодиодной лампы. Разместим и сформируем схему на плате по внутренним размерам патрона, припаяем плату к выводам патрона.



Так как сглаживающий конденсатор С2 не входит в патрон, установим его на плату левитрона. Также уберем радиатор транзистора, так как при малой мощности нагрузки он необязателен.


10. Соберем устройство на стенде и испытаем.


В данном случае использовался кольцевой неодимовый магнит диаметром 10 мм и толщиной 3 мм. Датчик MD1 установим по центру катушки и предварительно зафиксируем кусочком поролона. Перемещая датчик Холла, добиваемся стабильного зависания магнита на максимальном расстоянии от катушки. Закрепляем положение датчика относительно катушки.

11. После настройки левитрона собираем и склеиваем устройство. Для придания устройству большего эффекта светодиодной лампы, можно добавить внутрь плафона 2-3 постоянно включенных светодиода с ограничительными резисторами. Для обеспечения теплоотвода, предусмотреть в патроне вентиляционные отверстия, если они не были предусмотрены конструкцией бывшей лампы.



Для создания заворачивающего парящего эффекта, магнит можно завуалировать какой либо легкой фигуркой, например, контуром мотылька.


Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

0 comments on “Схема магнитного левитатора – РадиоКот :: Levitator

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *