Левитрон своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 06.09.2024

Если вы являетесь постоянным читателем данного сайта, то наверняка помните статью о самодельном левитроне, который с помощью магнитного поля (создаваемого электромагнитом) может удерживать металлические предметы в воздухе. В данной статье хочу вас познакомить с еще одним вариантом левитрона, магнитное поле которого создается с помощью постоянных магнитов, а левитирующим предметом будет волчок с неодимовым магнитом

Видео инструкция — как сделать левитрон своими руками

Большие магниты можно снять с динамиков от телевизора, муз. центра и пр. Неодимовый магнит находится в динамиках сотовых телефонов.

Настройка левитрона

На большой магнит положите пластину (не металлическую) толщиной не более 1см. Установите волчок в центр магнита и слегка придерживайте ручку волчка, если волчок соскальзывает в бок, то в середине магнита недостаточно магнитного поля. Исправляется это путем замены большого магнита на магнит с большим внутренним диаметром.

Для платформы запуска используем любую не металлическую пластину толщиной 3-4 см. и с помощью бумажных листов увеличиваем толщину до тех пор, пока запущенный волчок не начнет нормально крутиться на месте. Если волчок будет прилипать к краю, то его вес слишком мал. Далее плавно поднимаем платформу, волчок должен подлететь вверх. Если он подлетает слишком высоко, то необходимо увеличить его вес, который подбирается с точностью до 0.1 г. Автор для утяжеления использовал изоленту (желтая, по краю) Если подлетает невысоко и улетает в сторону, то необходимо проследить, в какую сторону улетает волчок и с противоположной стороны, под большой магнит подложить листы (таким образом, производится настройка магнитного поля, относительно уровня моря).

Левитрон позволяет осуществлять магнитную подвеску объектов с небольшим весом путем управления магнитным полем, создаваемым катушкой L1. Обратная связь происходит с помощью датчика Холла, выпаянного со старого 3,5" дисковода (от дискет). Под воздействием внешнего магнитного поля на клеммах H+ и H- возникает разность потенциалов в зависимости от направления поля и его положения.

Схема электрическая левитрона с датчиком Холла

Датчики Холла такого типа довольно низкого качества, но их вполне достаточно для этого применения. Некоторые используют дорогие ратиометрические датчики, но они дороги и довольно труднодоступны. Датчик, который использован тут, является линейным устройством, но его легко спутать с цифровыми, что также часто стоят на дисководах. Чтобы избежать ошибки, проверьте его с помощью обычного мультиметра или осциллографа.

Катушка левитрона представляет собой спиральную проволоку диаметром 0,4 мм на сердечнике - винт с поперечным сечением около 1 см кв. и длиной около 5 см. Под ним установлен датчик. Хорошей идеей является защита его пластиком, который не был бы поврежден неодимовым магнитом, если его случайно ударить об сердечник катушки. Объект, подвешенный под катушкой, должен быть снабжен неодимовым магнитом. Например цилиндрический магнит с поперечным сечением 15 мм и длиной 20 мм.

Схема также содержит элементы, защищающие катушку и полевой транзистор от сгорания, когда объект прилипает к сердечнику или выпадает из поля. В этом случае схема управления катушкой закрыта, и ток там не течет. Итого:

катушка точно и симметрично намотана,
датчик расположен точно в центре сердечника,
почти весь вес шара находится намного ниже магнита,
катушка ориентирована точно вертикально.

Графики сигналов в контрольных точках

Uh+: напряжение на положительном выходе галлотрона,
Ua: напряжение на выходе повторителя A,
Ub: напряжение на выходе инвертирующего усилителя B,
Uc: напряжение на выходе триггера Шмидта C,
Ud: напряжение, управляемое полевым транзистором.

Что касается потребления тока, измерения цифровым мультиметром показали значение ниже 100 мА (рост при увеличении веса). Чтобы увеличить грузоподъемность, катушки также должны быть увеличены, как и поперечное сечение сердечника и / или его магнитная проницаемость. Можно попытаться использовать ферритовое, но такие сердечники имеют значение частот выше 100 кГц.

Транзистор имеет постоянный ток 7 А и сопротивление канала 30 мОм. В результате он вообще не нагревается. Однако вы можете поднять напряжение, управляющее затвором транзистора, чтобы уменьшить это сопротивление, что, в свою очередь, уменьшит потери тепла в транзисторе.

На самом деле, расстояние от левитирующего объекта зависит от силы электромагнита. Это означает, что чем больше произведение тока катушки и количества витков катушек, тем больше напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой. Но это еще не все. Кроме того, на расстояние также влияет проницаемость и площадь поперечного сечения сердечника, чувствительность и динамический диапазон датчика Холла, размер неодимового магнит (интенсивность магнитного поля).

Форум по обсуждению материала ЛЕВИТРОН САМОДЕЛЬНЫЙ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Описание технологии.

Эффект левитации многим кажется фантастикой. Несмотря на развитие современных технологий, сложно представить, что возможно компенсировать силу тяжести. Однако это вполне можно сделать, если купить магниты и воспользоваться наработками американской компании Fascinations Toys and Gifts. Ей удалось создать уникальную игрушку — волчок, который, вращаясь, взлетает над основой на несколько сантиметров. На чём основана его работа?

Левитрон - фантастическая игрушка, прототип будущих летающих машин

Принцип действия

Однако простота этой конструкции является обманчивой. Кольцеобразная основа создаёт магнитное поле достаточно сложной формы. В результате образуется своеобразная гравитационная яма. В её центре магнитное поле несколько слабее, чем по краям. В результате вращающийся волчок пребывает в некоем состоянии равновесия.

Как устроен левитрон

Равновесие это является достаточно хрупким и в любой момент может быть нарушено. На него влияют такие факторы, как температура окружающей среды, высота над уровнем моря, колебания в земном магнетизме. Вращение помогает обеспечить нужное положение волчка и не даёт ему перевернуться. Учитывая, что на волчок влияет только сопротивление воздуха, длительность вращения может быть достаточно большой, и всё это время гироскоп будет парить в воздухе.

Похоже на тот любопытный объект из фильма "Аватар", не правда ли?

Как запустить левитрон

Учитывая нестабильность равновесия, те, кто принимает решение приобрести игрушки с левитирующим эффектом, должны быть готовы к тому, что запустить волчок удастся не сразу. Потребуется настроить положение опоры и потренироваться аккуратно удалять подставку. В первую очередь нужно добиться горизонтального положения основы. С этой целью игрушки обычно снабжаются регулируемыми ножками.

Если всё сделано верно, то гироскоп будет, вращаясь, висеть в воздухе. Очень важно и подъём, и удаление пластины проводить аккуратно. В этом случае удастся полюбоваться удивительным зрелищем: предмет будет находиться в воздухе без какой-либо опоры. И чем сильнее изначально будет раскручен волчок, тем дольше продлится эффект.

Летающий глобус, корабль или самолет - в основе всех этих игрушек лежит левитрон

В последние годы появилась возможность купить магниты, которые демонстрируют развитие эффекта антигравитации. Наибольшей популярностью пользуются игрушки, работающие от электричества, такие, например, как летающий глобус. Приобретя такой левитрон, можно наблюдать парение, которое иногда длится неделями.
Можно ли построить левитрон своими силами? Можно, если взять неодимовые магниты 50х30 и мощнее.

Если кто-то не побоится сделать такую же интересную штуку, то вот вам подробная инструкция:

Немного теории

mg – вес фишки,
F1 и F2 – силы взаимодействия фишки с магнитами платформы,
Fmag – суммарное воздействие, уравновешивающее вес фишки,
ДХ – датчики Холла.

На рис. 3. изображено взаимодействие фишки с катушками (опять же, по моему понятию), а остальные силы – опущены.

Из рисунка 3 видно, что цель управления катушками – создать горизонтальную силу Fss, направленную всегда к оси равновесия при возникновении смещения Х . Для этого достаточно включить катушки так, чтобы одинаковый ток в них создавал магнитное поле противоположного направления. Остался пустяк: измерить смещение фишки от оси (величину Х ) и определить направление этого смещения с помошью датчиков Холла, а потом пропустить в катушках подходящей силы токи.

Конструкция
В качестве корпуса выбран кожух дисковода 3,5”, что приблизительно соответствует габаритам прототипов. Для горизонтирования платформы
ножки сделаны из винтов М3.
В верхней части корпуса вырезано фигурное отверстие, хорошо видимое на рис.5. Впоследствии оно закрыто декоративной зеркальной пластиной из хромированной латуни, закрепленной винтиками от винчестеров.

Датчики Холла расположены в отверстиях стеклотекстолитового основания платформы и распаяны на разогнутых ножках разъемов (не знаю типа). Разъемы выглядели как на рис.6.

Датчики выпаяны из двигателей CD- или DVD-привода. Там они расположены под краем ротора и хорошо видны на рис.7. На один канал нужно брать пару датчиков из одного двигателя – так они будут наиболее одинаковыми. Выпаянные датчики – на рис.8.

Магниты – прямоугольные 20х10х5 мм и дисковые диаметром 25 и 30 мм толщиной 4 мм (рис.9) – пришлось все-таки купить… Прямоугольные магниты установлены под основанием платформы, а из дисковых сделаны фишки.

Вид устройства снизу и сзади (вверх дном) – на рис. 10 и 11 (легенда одна на оба рисунка). Бардак, конечно, живописный…
Микросхема U2 TDA1552Q (3) размещена на теплоотводе (9), который раньше работал на видеокарте. Сам радиатор закреплен винтами на отогнутых частях верхней крышки корпуса. На радиаторе (9) закреплены также гнездо питания (1), контрольные гнезда (2) и узел терморегулирования (5).
Кусок стеклотекстолита, который раньше был клавиатурой, служит основанием платформы. Катушки (7) закреплены на основании винтами М4 и гайками. На нем же с помощью хомутов и саморезов укреплены магниты (6).
Контрольные гнезда (2) сделаны из компьютерного разъема питания и закреплены сзади устройства вблизи балансировочных резисторов (10) так, что легко доступны без разборки. Подключены гнезда, естественно, к выходам обоих каналов усилителя.
Схема предусилителя и его стабилизатора питания, включая балансировочные резисторы (10), смонтирована на макетной плате и в результате наладки превратилась в живописный свинарничек, от макрофотографирования которого пришлось воздержаться.

1 – крепление гнезда питания
2 – контрольные гнезда
3 – TDA1552Q
4 – выключатель питания
5 – узел терморегулирования
6 – магниты под хомутиками
7 – катушки
8 – магнитные шунты
9 – теплоотвод
10 – балансировочные резисторы

Наладка

Выставление нулей на выходах обоих каналов при каждом отладочном включении – обязательно. Можно без фанатизма: +–20 мВ – вполне приемлемая точность. Возможно некоторое взаимовлияние между каналами, так что при значительном начальном отклонении (больше 1-1.5 вольт по выходу канала) выставление нулей лучше сделать дважды. Стоит помнить, что при железном корпусе баланс разобранного и собранного устройства – это две большие разницы.

Проверка фазировки каналов

Настройка положения парящей фишки

Опции

Я расположил индикаторы так, чтобы светился тот, в сторону которого фишка смещена от центра. Индикаторы помогают легко повесить фишку над левитроном, а также горизонтировать платформу. В нормальном состоянии все они погашены.

Схема узла терморегулирования – на рис. 13. Его назначение – не дать оконечному усилителю перегреться. На выходе термоузла включен вентилятор 50х50 мм 12В 0,13А от компьютера.

В схеме термоузла легко узнать немного измененный триггер Шмитта. Вместо первого транзистора использована микросхема TL431. Тип транзистора Q1 указан условно – я воткнул первый попавшийся NPN, способный выдержать рабочий ток вентилятора. В качестве термодатчика использован терморезистор, найденный на старой материнской плате в процессорном сокете. Термодатчик приклеен на радиатор оконечного усилителя. Подбором резистора R1 можно отрегулировать термоузел на срабатывание при температуре 50-60С. Резистор R5 совместно с коллекторным током Q1 определяет величину гистерезиса схемы относительно напряжения на управляющем входе U1.
В схеме на рис. 13 резистор R7 введен для снижения напряжения на вентиляторе и, соответственно, шума от него.
На рис. 14 видно, как вентилятор врезан в нижнюю крышку корпуса.

Другой способ применения термоузла – подключение к управляющему выводу MUTE микросхемы оконечного усилителя (рис. 15). Величина указанного на схеме номинала R5 предполагает подключение MUTE (вывода 11 микросхемы U2 по рис. 4) к питанию через резистор 1кОм (НЕ напрямую, как в даташите!). Вентилятор в таком случае не нужен. Правда, при подаче сигнала MUTE на усилитель фишка падает, и после снятия сигнала MUTE сама (почему-то?) не взлетает.

Подсветка – 4 ярких светодиода диаметром 3мм, расположенные наклонно к центру в отверстиях основания платформы и декоративной пластины в тех местах, куда фишка не падает. Они включены последовательно и через резистор 150 Ом – к цепи общего питания устройства 15В.

Заключение

Грузоподъемность

НЕ делай, как я!

Читайте также: