Lévitation électro-magnétique DIY ! : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

C'est un projet qui va étonner et inspirer! À quoi bon tout ce savoir-faire scientifique si nous ne pouvons pas en faire quelque chose de cool, n'est-ce pas ?

Avec ce projet, nous allons utiliser quelques composants faciles à fabriquer ou à trouver pour construire un lévitateur électromagnétique à couper le souffle, ou EMLEV comme je l'appelle.

À l'aide de circuits simples, d'un aimant, d'un capteur à effet Hall et de quelques autres composants, vous pourrez faire léviter des objets dans les airs !

Commençons!

Étape 1: ce dont vous aurez besoin

Pour ce projet, nous aurons besoin d'un circuit de contrôleur, d'une source d'alimentation, d'une bobine EM et d'un aimant ainsi que du matériel et des outils pour tout assembler.

La liste des pièces est la suivante:

Circuit BoardTÉLÉCHARGER LE SCHÉMA ICI

OBTENEZ LE KIT DE PIÈCES ICI

(1) Petit circuit imprimé(1) Régulateur de tension LM7805(1) MIC502 IC(1) LMD18201 IC(1) Capteur à effet Hall SS495 A(1) Condensateur 470uF (électrolytique)(1) Condensateur 1uF (céramique)(1) 0,1 Condensateur uF (céramique)(1) Condensateur 0,01 uF (céramique)(1) Prise d'entrée à 2 fentes (+/-)(2) Connecteurs à 2 fils

(1) Alimentation 12v/1a

(1) Affichage LCD de la tension (en option) (1) LED verte (en option) (1) Résistance 10K

Solénoïde (20g 150-300 tours)(1) Boulon en acier

Fil de diverses couleurs (18-24g) (2-3) Aimants de disque en néodyme(3) Feuilles de plexiglas 8"x10"(4) Tige filetée 12" x 5/15"(24) Écrous 5/16"(24) 5/ Rondelles 16" (8) Capuchons en caoutchouc 5/16" (facultatif)

Les outils illustrés incluent le fer à souder et la soudure, la perceuse et les mèches jusqu'à 5/16 et vous voudrez également avoir du ruban isolant ou du film rétractable, de la colle et une clé 5/16e à portée de main.

Toutes les pièces sont disponibles ICI:

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

Étape 2: Théorie et composants de base

Pourquoi ne pouvons-nous pas simplement faire léviter des objets métalliques avec un aimant à la bonne distance ? Parce que, lorsqu'un matériau ferreux s'approche d'un champ magnétique, la force augmente de façon exponentielle. Ceci est décrit par ce qu'on appelle la loi du carré inverse magnétique qui dit:

Intensité1 / Intensité2 = Distance1 / Distance2

Ainsi, il n'y a aucun point dans l'espace où un aimant ou un électro-aimant suspendra naturellement un objet sans entrer en contact. Une fois sur le terrain, il n'y a pas de retour en arrière !… A moins que…

Un champ magnétique se propageant peut être représenté sur des diagrammes 2D ou sur un film magnétique sous forme de lignes de force émanant des pôles. Même sur un oscilloscope, il est impossible de dire grand-chose sur le mouvement et la direction du champ avec seulement des instantanés en deux dimensions (comme cette illusion notoire). Lorsqu'il est observé en 3D, ce champ peut être vu et ressenti comme étant toroïdal et par rapport au temps, nous commençons à voir qu'un champ hélicoïdal se propageant émerge. C'est la même chose dans le cas d'un électro-aimant, et lorsque le champ s'effondre, il le fait dans la direction opposée. Ceci est décrit par ce que l'on appelle généralement les règles de la main droite et de la main gauche flamandes.

Ainsi, en théorie, il serait possible de créer une alternance de tourbillons/hélices afin d'ajuster un objet à une position souhaitée. Après avoir fait quelques calculs basés sur la formule ci-dessus nous constatons que cela n'est possible qu'en alternant ces champs précisément et rapidement (50 000 fois par seconde ou plus !) Problème ? Pas du tout. Avec quelques composants, nous pouvons créer un champ électromagnétique se propageant et s'effondrant contrôlé par un capteur qui détecte l'intensité du champ et un circuit qui applique le champ approprié à un électro-aimant. Les composants peuvent tous être trouvés individuellement ici ou en kit ici pour rendre ce projet rapide et facile. Maintenant que tous nos composants sont prêts, commençons !

Étape 3: Construisez l'enceinte

Construire notre enclos est assez simple avec les matériaux recommandés, mais n'hésitez pas à utiliser tout ce que vous avez. Cette enceinte super simple a été inspirée par ce robot génial pour montrer tous les composants internes. Une fois terminé, l'enceinte doit mesurer 8"Lx10"Px12"H.

Tout d'abord, nous allons empiler et sécuriser notre plexiglas et mesurer et percer quatre trous près des coins en veillant à laisser de l'espace sur les bords et à percer avec des forets de plus en plus gros pour éviter les fissures. Une fois terminé, nous aurons quatre trous de 5/16 de pouce dans les coins des trois feuilles de plexiglas. * Assurez-vous de noter l'orientation pour un ajustement symétrique. Ensuite, nous allons percer un trou ou des trous pour notre prise d'entrée sur l'une des feuilles. Cela peut varier en fonction de votre prise, mais devrait être près de l'arrière du boîtier. Nous allons maintenant commencer à construire le boîtier. Commencez par insérer les quatre tiges filetées de 5/16 dans les trous de l'une de vos feuilles. Fixez la feuille à environ 1,5 à 2 pouces du bas des tiges avec une rondelle et un écrou de chaque côté du plexiglas et ajoutez un pied en caoutchouc au bas de chaque tige. Assurez-vous que tout est de niveau avant de continuer.

Ensuite, nous ajouterons un écrou et une rondelle à environ 3 à 4 pouces du haut de nos tiges et placerons la feuille avec le trou pour le cric sur le dessus.

La dernière étape de notre boîtier consistera à fixer la dernière feuille de plexiglas sur le dessus une fois que nous aurons ajouté les composants à l'étape suivante.

Étape 4: Monter et sécuriser les composants

Maintenant que nous avons une plate-forme, nous pouvons construire et installer nos composants.

Ce circuit et cette paire de solénoïdes relativement simples peuvent être construits selon le schéma ci-joint ou vous pouvez en obtenir un pré-construit ici. Notez que le SS495 est monté au bas de la bobine. L'ajout d'une LED vous permet de vérifier la puissance et un voltmètre numérique vous permet de détecter une charge à des fins de réglage, tous deux en option, ils peuvent être câblés directement à l'entrée 12v des circuits avec une résistance en ligne de 10k sur le fil chaud (+). C'est amusant de savoir que l'un des circuits intégrés du circuit est conçu pour un contrôleur de moteur et l'autre pour un ventilateur, mais associez-les à quelques autres composants et nous pouvons l'utiliser pour faire léviter des objets dans les airs !

Nous pouvons ensuite câbler la prise jack à l'entrée du circuit en notant le schéma du circuit et en rappelant que le boîtier de la prise jack est la masse (-).

Ensuite, nous allons connecter les sorties 1 et 2 de notre circuit intégré LMD18201 à notre bobine de solénoïde. Insérez un boulon en acier au centre de la bobine et sur la tête du boulon, montez le capteur à effet Hall SS495 A auquel nous connecterons nos fils selon le schéma. Les composants pré-construits comprendront des connecteurs qui peuvent simplement être encliquetés ensemble.

Il peut être utile à ce stade de tout sécuriser temporairement, connectez soigneusement l'alimentation et testez le champ du solénoïde avec votre aimant.

Une fois satisfait, vous pouvez sécuriser vos composants sur la plate-forme. Le circuit doit être droit pour permettre la circulation de l'air et près de la prise, le solénoïde doit avoir le côté avec le capteur orienté vers le bas et la LED et l'écran LCD en option peuvent être placés où bon vous semble. L'ajout d'un film rétractable et de gaines métalliques à ce stade rend tout propre et permet d'éviter les courts-circuits et les fils tirés. Enfin, pour sécuriser et couvrir davantage tout, nous ajouterons notre dernière feuille de plexiglas. Ajoutez d'abord un écrou et une rondelle à chaque tige, puis la dernière feuille de plexiglas et ajustez-la pour que la feuille supérieure entre en contact avec votre solénoïde, en la maintenant fermement en place. Une fois en place et à niveau, ajoutez quatre rondelles et écrous supplémentaires et couvrez avec vos embouts en caoutchouc.

Étape 5: Votre EMLEV est terminé ! Il est temps de régler et de tester

Nous avons presque terminé; mais nous devrons faire quelques calculs et quelques réglages avant de pouvoir commencer à impressionner nos amis et collègues.

Lors du montage de notre solénoïde, notre orientation n'a pas pris en compte la polarité. Par conséquent, nous devrons sélectionner le bon pôle de notre aimant pour faire face à notre bobine. Pour ce faire, connectez l'alimentation et commencez à amener l'aimant dans le champ du solénoïde. Un côté de l'aimant attirera en continu, l'autre aura tendance à se bloquer à plusieurs centimètres de notre bobine, notez ce côté de l'aimant. Attention à ne pas trop s'approcher; les deux pôles s'attireront violemment s'ils sont trop près de la bobine sous tension.

Maintenant que nous savons quel pôle de notre aimant nous utilisons, nous allons maintenant déterminer le poids qu'il peut supporter. Trop peu de poids et la charge attirera sans léviter, trop de poids et le champ magnétique ne pourra pas vaincre la gravité et votre objet tombera. Vous pouvez utiliser des essais et des erreurs aléatoires pour trouver le poids optimal en attachant des objets aléatoires à votre aimant, mais je suggère une approche qui conduit à des résultats plus quantifiés. À l'aide de petits écrous et boulons, ajoutez-les progressivement à votre aimant et testez. Une fois que vous avez trouvé un point d'équilibre (vous sentirez un léger clic lorsqu'il se verrouille en place), notez le poids de la charge à l'aide d'une petite échelle. Ajoutez ou supprimez ensuite de petites quantités de poids pour trouver votre portée et optimiser la stabilité. Vous pouvez ensuite l'utiliser comme référence et commencer à faire léviter tout ce qui se situe dans cette plage de poids qui se situe généralement entre 45 et 55 grammes sans compter l'aimant.

Lorsqu'il fonctionne correctement, connectez un oscilloscope pour voir les champs en action ! Grâce aux lectures de mon DSO nano, nous pouvons voir précisément quand le champ changeant se produit et pourquoi.

Étape 6: Préparez-vous à inspirer et à surprendre

Toutes nos félicitations! Vous avez rendu l'impossible possible !

Votre EMLEV devrait maintenant être complet, fonctionnel et fera léviter tout objet dans la plage de poids déterminée. Maintenant, nous pouvons choisir un objet à faire léviter. Essayez de monter l'aimant sur une pierre ou attachez des clous ou des écrous, attachez un souvenir, les possibilités sont infinies, ces gars-là ont même fait léviter une grenouille vivante !

J'ai choisi une grande cuillère à soupe pour l'effet.

"Ne faites pas léviter la cuillère; c'est impossible. Au lieu de cela, essayez seulement de réaliser la vérité. Il n'y a pas de cuillère." - para. La matrice (1999)

Cet appareil va épater les esprits; les yeux vont gonfler, les mâchoires vont tomber et les têtes vont exploser ! Est-ce magique ? Est-ce scientifique ? Eh bien, la seule différence entre un magicien et un scientifique est qu'un scientifique vous dit comment c'est fait. Merci d'avoir consulté mon Instructable et j'ai hâte de voir ce que vous faites léviter, laissez des photos dans les commentaires. Vous pensez que ce Instructable est cool ? Faites-le moi savoir en cliquant sur voter en haut de la page !

Deuxième Prix du Concours Capteurs 2016

Deuxième prix du concours Make It Fly 2016