Платформенный левитрон своими руками

Левитрон на датчике холла

Левитроном, как известно, называют волчок, вращающийся в воздухе над коробкой, в которой действует источник магнитного поля. Изготовить левитрон можно из популярного датчика холла.

Что такое левитрон

Левитрон – это игрушка. Ее нет никакого смысла покупать, если знать варианты изготовления самодельного устройства. Ничего сложного в конструкции такого левитрона не будет, если имеется обычный датчик холла, например, купленный для автомобильного трамблера, и оставленный впрок.

Графическая схема функционирования датчика

Следует знать, что эффект левитации наблюдается всегда в достаточно узкой зоне. Такие реалии несколько ограничивают свободу действий умельцев, однако при приложении терпения и времени, можно всегда настроить левитрон качественно и эффективно. Он практически не будет падать или скакать.

Левитрон из датчика холла

Левитрон на датчик холла и идея его изготовления проста, как и все гениальное. Благодаря силе магнитного поля в воздух поднимается кусок любого материала с электромагнитными свойствами.

Чтобы создался эффект «зависания», парения в воздухе, подключение осуществляется с большой частотой. Другими словами, магнитное поле, как бы, поднимает и бросает материал.

Схема устройства чересчур проста, и даже школьник, не просидевший уроки физики зря, сможет все самостоятельно соорудить.

1. Нужен светодиод (цвет его подбирается в зависимости от индивидуальных предпочтений).
2. Транзисторы RFZ 44N (хотя подойдет любой полевик, близкий к этим параметрам).
3. Диод 1N 4007.
4. Резисторы на 1 кОм и 330 Ом.
5. Собственно, сам датчик холла (А3144 или другой).
6. Медный намоточный провод размером 0,3-0,4 мм (около 20 метров будет достаточно).
7. Неодимовый магнитик в виде таблетки 5х1 мм.
8. 5-вольтный зарядочник, предназначенный для мобильника.

Теперь подробно о том, как проводится сборка:

• Делается каркас для электромагнита точно с такими же параметрами, как на фото. 6 мм – диаметр, около 23 мм – длина намотки, 25 мм – диаметр щечек с запасом. Изготавливается каркас из картонки и обычного тетрадного листа, с использованием суперклея.

Каркас для электромагнита

• Конец медного провода фиксируется на катушке, а затем проводится наматывание (примерно 550 витков). Неважно при этом в какую сторону наматывать. Другой конец провода тоже закрепляется, катушка пока откладывается в сторону.
• Паяем все по схеме.

• Датчик холла припаивается на проводки, а затем ставится на катушку. Надо вдеть его внутрь катушки, зафиксировать подручными средствами.

Внимание. Чувствительная зона датчика (определить ее можно по документации к датчику холла) должна смотреть параллельно земле. Поэтому, перед тем как вдеть датчик в катушку, рекомендуется немного согнуть это место.

• Катушка подвешивается, на нее подается питание через спаянную ранее плату. Катушка фиксируется посредством штатива.

Закрепленная в штатив катушка

Теперь можно проверить, как работает левитрон. Можно подвести к катушке снизу любой наэлектризованный материал. Он будет либо притягиваться катушкой, либо отталкиваться, в зависимости от полярности. Но нам нужно, чтобы материал зависал в воздухе, парил. Так оно и будет, если форма материала не слишком мала по отношению к катушке.

Примечание. Если магнит в виде таблетки маленький, то он будет левитировать не слишком эффектно. Может падать. Чтобы исключить огрехи в работе, надо сместить центр тяжести материала к низу – в качестве груза подойдет обычный кусок бумажки.

Что касается светодиода, то его можно и не ставить. С другой стороны, если хочется большего эффекта, можно организовать шоу с подсветкой.

Самодельный левитрон в классическом исполнении без датчика

Как видим, благодаря наличию датчика холла удалось изготовить вполне эффектную игрушку. Однако это вовсе не означает, что без датчика не обходится. Напротив, самодельный левитрон в классическом исполнении, это лишь большой магнит от динамика (диаметром 13-15 см) и маленький кольцевой магнит для волчка (2-3 см в диаметре), без использования датчика.

Ось волчка делается, как правило, из старой ручки или карандаша. Главное – стержень подбирается так, чтобы плотно заходил по центру кольцевого магнита. Лишняя часть ручки после этого срезается (примерно 10 см в длину вместе с закрепленным магнитом для волчка, то что надо).

Классическая схема изготовления левитрона подразумевает также наличие десятка различных шайб, вырезанных из плотной бумаги.

Шайбочки буду нужны для идеальной настройки волчка (при необходимости сажаются после кольцевого магнита на стержень).

Внимание. Чтобы самодельный волчок идеально левитировал, помимо настройки шайбочками, нужно не ошибиться с полярностью. Другими словами, установить кольцевой магнит соосно большому магниту.

Левитация волчка над большим магнитом

Но и это еще не все. Как в первом случае (с использованием датчика холла), так и во втором, надо добиться идеальной ровности источника притяжения.

Говоря иначе, поставить большой магнит на идеально ровную поверхность. Чтобы добиться этого, применяются деревянные подставки различной толщины.

Если магнит сидит не ровно, подставки ставятся с одной стороны или с нескольких, таким образом, настраивается ровность.

Платформенные левитроны

Отличается платформенная схема левитрона, как правило, наличием не одного, а нескольких магнитов-источников. Парящий в воздухе материал или волчок будет стремиться в этом случае упасть на один из магнитов, сместившись с вертикальной оси. Чтобы этого избежать, надо суметь скорректировать центральную зону притяжения, и сделать это идеально точно.

И тут на помощь приходят те самые катушки, с вдетым внутрь датчиком холла. Пусть таких катушек будет две, и расположить их следует ровно по середине платформы, между магнитами. На схеме это будет выглядеть вот так (1 и 2 — магниты).

Схема платформенного левитрона

Из схемы становится понятно, что целью управления катушками является создание горизонтальной силы, центра притяжения. Сила эта формально названа Fss, и направлена она к оси равновесия при возникновении смещения, указанного на схеме, как Х.

Если подключить катушки так, чтобы импульс создавал зону с обратной полярностью, то можно решить вопрос со смещением. Это подтвердит любой физик.

В качестве корпуса для конструкции платформенного левитрона подбирается любой старый проигрыватель ДВД. Из него снимаются все «внутренности», устанавливаются магниты и катушки, а в целях красоты, верхняя часть закрывается практичной крышкой из тонкого, можно прозрачного материала (пропускающего магнитное поле).

Датчики холла должны выступать через отверстия платформы, должны быть распаяны на разогнутых ножках разъемов.

Что касается магнитов, то это могут быть круглые элементы толщиной в 4 мм. Желательно, чтобы один из магнитов был больше второго по диаметру. Например, 25 и 30 мм.

Существуют и более сложные варианты левитронов, изготовленные по схеме раскручивания волчка, находящегося внутри небольшого глобуса. Эти левитроны также могут строиться с использованием датчиков холла – эффективных составляющих, совершивших целую революцию в автопромышленности и других сферах человеческой деятельности.

Источник: https://ozapuske.ru/holl/kak-sdelat-levitron-na-datchike-xolla.html

Аналоговый левитрон на ШИМ

• Здесь рассказано и показано, как сделать крутой левитрон своими руками!
• Эту поделку меня вынудили собрать в универе 🙂
• Делал я её в паре с одногруппником, задачей которого было сделать чумовой корпус, а с меня — электронную начинку.
• Насколько всё классно получилось — судите сами, пишите комментарии, интересно будет почитать, обсудить.

Не помню, как именно мы пришли именно к идее сделать левитрон, тема поделки была вольная. Конструкция вроде и простая, но глаз притягивает.

Вообще сам левитрон — устройство, которое поддерживает какой-либо предмет в среде, которая никак не соприкасается с какой-либо поверхностью, кроме как через воздух. В вакууме тоже будет работать.

В данном случае электроника заставляет парить магнит, а магнит уже можно приклеить к, например, банке из-под вкусного недорогого напитка 🙂

Если хорошенько поискать в интернете, то можно увидеть много разных вариантов электромагнитного левитрона, например:

Их можно условно разделить на подвесной и отталкивающий. Если в первом случае необходимо просто компенсировать силу тяжести, то во втором ещё и смещение в горизонтальной плоскости, так как согласно теореме Ирншоу «всякая равновесная конфигурация точечных зарядов неустойчива, если на них кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания ничто не действует.» — цитата из вики.

Из этого вытекает, что подвесной левитрон проще в изготовлении и настройке, если таковая вообще необходима.

Сильно заморачиваться не хотелось, поэтому для универа сделали подвесной левитрон, о котором здесь идёт речь, а отталкивающий уже делал для себя любимого 🙂 О нём в другой статье будет написано.

Чуть позднее удалю этот текст и дам тут ссылку на него. Работает великолепно, но минусы свои тоже имеет.

В свою очередь все подвесные левитроны можно так же условно разделить на цифровые и аналоговые по способу удержания предмета на одном расстоянии. А по типу датчиков их можно разделить на оптические, электромагнитные, звуковые и, наверное, всё.

Итого мы представили подвесной левитрон с цифровым регулированием высоты (ШИМ сигнал тут рулит) с электромагнитными датчиками Холла.

Сама идея была позаимствована на сайте geektimes, а печатная плата была изготовлена уже персонально под наш набор деталей.

Так же в исходном проекте были использованы трёхвыводные датчики SS49, но сроки были весьма сжатые, у нас они стоили мягко говоря неоправданно дорого ($4 за штуку против $6 за 10 штук в китае — ссылка для примера), поэтому мы использовали четырёхвыводные датчики Холла. Пришлось изменить схему и внести конструктивные дополнения в устройство.

Так же для большей понтовости был добавлен блок светодиодов, которые плавно загораются при поднесении магнита, то есть когда левитрон начинает работать и плавно выключаются, когда магнит убирают. Всё это будет отражено на схеме.

Собственно, схема левитрона на четырёхвыводных датчиках:

И схема левитрона на трёхвыводных датчиках и более простой подсветкой:

Принцип действия довольно прост. Катушка, являющаяся электромагнитом при подаче питания притягивает магнит — предмет притягивается. Датчик, прикреплённый между магнитом и катушкой фиксирует увеличение магнитного потока, что означает приближение магнита. Электроника это отслеживает и отключает катушку от источника напряжения. Магнит начинает падать под действием силы тяжести.

Датчик фиксирует уменьшение магнитного потока, что сразу же обнаруживается электроникой и на электромагнит подаётся напряжение, магнит притягивается — и так происходит очень часто — около 100 тысяч раз в секунду. Возникает динамическое равновесие. Человеческий глаз не успевает заметить этого. Частота генератора задаётся резистором и конденсатором на выводах 5 и 6 микросхемы TL494.

Второй датчик на другой стороне электромагнита нужен для того, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое самой катушкой. То есть, если бы не было этого второго датчика — при включении электромагнита система бы не могла отличить интенсивность магнитного поля неодимового магнита от магнитного поля, создаваемого самим электромагнитом.

Итак, мы имеем систему двух датчиков, сигнал с которых поступает на операционный усилитель в дифференциальном включении. Это значит, что на выходе операционного усилителя появляется лишь разность напряжений, получаемых с датчиков.

Для примера. На одном из датчиков на выходе напряжение 2,5 В, а на другом — 2,6 В. На выходе будет 0,1 В. Этот дифференциальный сигнал находится на выводе 14 микросхемы LM324 по схеме.

Далее этот сигнал поступает на два следующих операционных усилителя — OP1.1, OP 1.3, выходные сигналы которых через диодный вентиль идут на 4 вывод микросхемы TL494. Диодный вентиль на диодах D1, D2 пропускает только одно из напряжений — то, которое будет больше по номиналу.

Вывод №4 ШИМ контроллера рулит следующим образом — чем выше напряжение на этом выводе — тем меньше скважность импульсов.

Резистор R9 предназначен для того, чтобы в ситуации, когда на входах диодного вентиля напряжения меньше 0,6 В — вывод №4 был однозначно притянут к земле — при этом ШИМ будет выдавать максимально большую скважность.

Вернёмся к операционным усилителям OP1.1, OP 1.3. Первый служит для выключения ШИМ контроллера, пока магнит находится на достаточно большом расстоянии от датчика, чтобы катушка не работала на максимуме вхолостую.

С помощью OP 1.3 задаём коэффициент усиления дифференциального сигнала — по сути задаёт глубину обратной связи (ОС). Чем сильнее обратная связь — тем сильнее система будет реагировать на приближение магнита.

Если глубина ОС не достаточна — магнит можно будет поднести вплотную, а прибор не начнёт снижать мощность, накачиваемую в электромагнит.

Переменный резистор P3 ставить не обязательно — он служит для настройки частоты генератора.

OP1.2 является генератором напряжения 2,5 В, необходимый для четырёхвыводных датчиков. Для трёхвыводных датчиков типа SS49 он не нужен.

Забыл упомянуть о элементах C1, R6 и R7. Их фишка в том, что постоянный сигнал здесь урезается в 10 раз за счёт резисторов, а переменный за счёт конденсатора спокойно проходит дальше, тем самым достигается упор работы схемы на резкие изменения расстояния магнита до датчика.

1. Диод SD1 предназначен для гашения обратных выбросов в момент отключения напряжения на электромагните.
2. Узел на T2 позволяет плавно включать и выключать светодиодную линейку при появлении импульсов на электромагните.
3. Перейдём к конструктивному исполнению.

Одним из ключевых моментов в левитроне является электромагнит. Мы делали каркас на основе какого-то строительного болта, на котором были вырезаны круглые бортики из фанеры.

Магнитный поток здесь зависит от нескольких ключевых факторов:

• наличие сердечника;
• геометрия катушки;
• ток в катушке

Если проще, то чем больше катушка и больший ток течёт в ней — тем сильнее она притягивает магнитные материалы.

В качестве обмотки использовали провод ПЭЛ 0,8 мм. Мотали на глаз, пока размеры катушки не показались внушительными. Получилось следующее:

Найти необходимый провод в наших краях может не получиться, однако вполне легко находится в интернет магазинах — провод 0,4 мм для намотки катушки.

Далее был отрезан болт, чтобы он не выступал за пределы бортика, чтобы было удобно крепить датчик.

А пока моталась катушка была подготовлена и вытравлена плата. Делалась по технологии ЛУТ, рисунок платы был сделан в программе Sprint LayOut. Скачать плату левитрона можно по ссылке.

Травилась плата в остатках аммония персульфата, пустая банка которого была успешно применена далее в этом проекте 🙂

Хочу отметить, что размещение деталей, а так же разводка дорожек подразумевают очень аккуратную пайку, так как легко наделать соединений там, где их быть не должно. Если таковых навыков нету — вполне дозволительно это сделать компонентами больших размеров на макетной плате, типо такой, а соединения выполнять с помощью проводов с обратной стороны.

По итогу плата получилась такая:

• Плата очень эргономично вписалась в габариты катушки и была прикреплена прямо на неё с помощью могучего термоклея, тем самым превращаясь в единый моноблок — подключил питание, настроил и система работает.

Но это всё было до того, как был готов электромагнит. Плата была сделана немного раньше и чтобы хоть как-то протестировать работоспособность устройства была временно подключена менее габаритная катушка. Первый результат порадовал.

Датчики, как уже писалось выше, применены от систем слежения положения BLDC двигателей, четырёхвыводные. Так как не удалось найти на них документацию пришлось опытным путём выяснять, какие выводы за что отвечают. Форм-фактор получился такой:

1. Тем временем подоспел крупногабаритный электромагнит. Эта штука вселяла большую надежду 🙂

Первые испытания с большим электромагнитом показали довольно большое рабочее расстояние. Тут есть один нюанс — датчик, который расположен на стороне неодимового магнита должен быть немного дальше от катушки для уверенного срабатывания электроники.

Последнее фото больше напоминает некий космический спутник. Кстати, именно так и можно было бы оформить этот левитрон. И у тех, кто намерен повторить конструкцию — всё впереди 🙂

Неодимовые магниты были заказаны в Минске, разных форм и размеров. Опять же, из-за спешки. А так, у китайцев тоже можно легко найти: раз, два, три.

В качестве левитирующего предмета было решено использовать банку прохладительного напитка. Лепим на двухсторонний скотч магнит к банке, проверяем.

Работает прекрасно, в целом, устройство можно считать готовым. Осталось внешнее оформление. Из брусков и палок была сделана опорная балка, корпус нашего моноблока был выполнен из той самой пустой пластиковой банки из-под аммония персульфата. Из моноблока выходит всего два провода на питание, как и задумывалось.

• К этому моменту уже была напаяна навесным монтажом схема плавного включения линейки светодиодов, сама линейка успешно примонтирована на вездесущий термоклей.
• В качестве блока питания выступает позаимствованный у какого-то принтера блок, переделанный с 42 В на 12 В.
• Внешний вид блока питания тоже покажу 🙂
• Похожий по характеристикам блок питания в интернете.

Далее из фанеры была сделана подставка, в котором помещался блок питания и разъём для подключения 220 В. Наверху была наклеена матерчатая ткань для красоты, вся конструкция окрашена в жёлто-чёрный цвет. Банку поменяли, так как в ходе экспериментов она немного помялась.

1. Из этого всего помимо эффекта левитации получился ещё очень даже замечательный ночник.
2. Видео добавлю чуть позднее, а пока в довершение всему хочу сказать, что мою конструкцию легко повторил 13-летний учащийся моего радиокружка.
3. Пока ещё внешний вид до законченного варианта не доведён, но электронная начинка работает как положено. Фото его конструкции:

Источник: http://tokes.ru/diy/analogovyj-levitron-na-shim

Левитрон самодельный

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. 

Для правильной работы устройства полярность катушки и магнита должны быть выбраны соответствующим образом. Это легко сделать с помощью простого компаса. Магнит должен быть направлен к Земле полюсом «S». Приведенная в действие катушка также должна смотреть на Землю с южным полюсом. Таким образом, катушка будет тянуть магнит, когда он находится в пределах своего магнитного поля. 

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:

1. катушка точно и симметрично намотана, 
2. датчик расположен точно в центре сердечника, 
3. почти весь вес шара находится намного ниже магнита, 
4. 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 устройствам магнитной левитации

   Обсудить статью Левитрон самодельный

Источник: https://radioskot.ru/publ/levitron_samodelnyj/1-1-0-1435