磁悬浮地球仪

制作一款磁悬浮地球仪摆件

Cherry

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项目状态:已完成
开放度:公开
所属分类:电子
发布时间:2020-02-05
最近更新:2020-02-20

详细说明


这是一个非常有趣的带有实验性质的项目。恩绍定理(Earnshaw''s theorem)指出点粒子集不能被稳定维持在仅由电荷的静电相互作用构成的一个稳定静止的力学平衡结构。通俗来说,就是用磁力是无法获得稳定的平衡的。但是这其中会存在「漏洞」,如果我们用电磁体拉起一块永磁体,然后在它们相互靠近即将接触的之时减小电流,永磁体实际上会悬浮在空中!于是我做了一个可以悬浮的地球仪……

在制作之前,我参考不同版本的悬浮项目,它们各有优缺点,也会存在一些问题,主要是稳定性欠佳。你们可以了解一下。
1、https://www.instructables.com/id/Levitron-electromagnetic-Levitation-Device/ 使用了霍尔开关,升力较小,约为一克。
2、https://www.instructables.com/id/Homemade-Levitation-Machine/ 使用了微控制器,其他组件很难实现。
3、GreatScott 制作的项目,在稳定性上也遇到了问题,可能是因为他将霍尔传感器放置在悬浮物体的下方,而不是靠近电磁铁。

我采用一些常见的元件来搭建这个项目。经过参考多个版本,我取长补短并且为增强悬浮的稳定性,我做出以下推断:
1、使用线性霍尔探头。因为霍尔开关过于灵敏,导致升力非常弱。
2、将霍尔探头安装在电磁铁内部或附近使用,这将使电路保持高频率振荡并产生有效的 PWM 信号。
3、提高电源的稳定性来应对感应以及开关,否则线圈电流消耗的波动会影响感测电路的电源电压,这可能会使悬浮力不稳定。

最后项目结果显示,这是一个强大而稳定的悬浮器。它可以轻松浮起 50gr 的磁铁并带有 50gr 的有效负载,它没有产生晃动或振荡。

整个项目并不难,但它需要花一些时间来完成焊接和缠绕电磁体的工作。

链接表


教程

组件清单
  • 45m 的 0.4mm(AWG26)漆包线 × 若干
  • 0.1mm/0.004" 线轴 × 若干
  • 9V 1A 电源 × 1
  • DC-DC 可调变压器 × 1(至少为 2A 工作)
  • 7805 稳压器 × 1
  • 1μF 陶瓷电容器 × 2
  • IRLZ44N MOS × 1
  • 1N4007 二极管 × 1
  • SS49E 线性霍尔探头 × 1
  • LM358 运算放大器 × 1
  • 10kOhm 微调电位器 × 1
  • 10kOhm 电阻 × 2
  • 纸板 × 若干
  • 热熔胶 × 若干
  • 厚纸条(1.3x3x90cm) × 若干
  • 圆形钕磁铁(直径20mm,厚3mm) × 2
  • 球形物体 × 1

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