Lewitron – zjawisko lewitacji magnetycznej

37_1226741025Zjawisko lewitacji magnetycznej polega na unoszeniu się metalowego przedmiotu w powietrzu. Unosi się on dzięki działaniu na niego niewidzialnej dla ludzkiego oka siły wywołanej przez pole elektromagnetyczne. Unoszący się przedmiot nie jest zatem związany mechanicznie z innym układem.

Aby osiągnąć stan lewitacji w warunkach naszej planety, należy zrównoważyć siłę powodującą spadek ciał, czyli siłę grawitacji – należy zadziałać siłą o tym samym kierunku, takiej samej wartości, lecz przeciwnym zwrocie – a więc zgodnie z prostym rachunkiem wektorowym suma działających na ciało sił będzie wynosiła 0, ciało będzie utrzymywało się w jednym punkcie przestrzeni, nie  poruszając się.

zas_dzialaniaZjawisko lewitacji magnetycznej jest już wykorzystywane w kolejach magnetycznych, w których tradycyjne torowisko zostało zastąpione przez układ elektromagnesów. Dzięki polu magnetycznemu kolej ta nie ma kontaktu z powierzchnią toru, gdyż cały czas unosi się nad nim. Do realizacji tego zadania wykorzystuje się właśnie elektromagnesy. Pojazdy mogą przez to rozwijać duże prędkości. Dzięki zastosowaniu magnesów eliminowane jest tarcie kół, które w tradycyjnych pociągach znacznie ogranicza maksymalną prędkość jazdy. Dzięki temu pociągi tego typu osiągają prędkość do 600 km/h, są to najszybsze pociągi świata.

lewitacjaZasada działania:

Ogólnym celem działania całego urządzenia jest utrzymywanie lewitującego przedmiotu w stałym położeniu w określonej odległości od elektromagnesu. Aby było to możliwe, potrzebny jest jakiś pomiar tego położenia. Wykorzystany jest tutaj fotorezystor, który zmienia swoją rezystancję wraz ze zmianą oświetlenia. Strumień lasera przechodzi tuż nad przedmiotem tak, że wiązka światła jest częściowo zasłonięta. Gdy lewitujący przedmiot przesunie się za bardzo w dół odsłoni więcej wiązki padającej przez fotorezystor. Sygnał z fotorezystora po wzmocnieniu spowoduje zwiększenie przepływu prądu w uzwojeniu elektromagnesu, a co za tym idzie zwiększenie siły działającej na przedmiot. Gdy siła ta będzie zbyt duża i przedmiot znajdzie się zbyt blisko elektromagnesu, wiązka światła zostanie zasłonięta i prąd płynący przez uzwojenie zmniejszy się. Dzięki takiemu sprzężeniu zwrotnemu siła działająca na przedmiot jest cały czas korygowana na podstawie położenia przedmiotu, co zapewnia stabilną, nieustanna pracę.

zas_dzial2


Opis wykonania:

Cały projekt robiłem dość długo, chciałem wykonać go precyzyjnie wiec w sumie zajęło mi to około 3 miesięcy wraz ze wszystkimi testami. Konstrukcja wykonana jest z pleni i prętów gwintowanych, jest to moim zdaniem najlepszy sposób na zbudowanie czegoś takiego ponieważ można w ten sposób swobodnie regulować wysokość promienia lasera jak i wysokość płytki wraz z fotorezystorami. Mam zamiar zmienić tranzystor sterujący z BD911 na jakiś mocniejszy, w solidniejszej obudowie, np. w TO-03. Ten obecny tranzystor słabo odprowadza ciepło, mimo ze radiator jest solidnie chłodzony to jednak praca jest nierównomierna, to znaczy na początku elektromagnes ma większa moc a po chwili moc spada. Cewkę nawinąłem drutem o średnicy 0.9mm, na cewce jest około 130m takiego drutu. Jako rdzeń zastosowałem śrubę M10 zamkową. Maksymalny prąd przepływający przez cewkę to około 2.5A przy 12V.

Schemat ideowy:

17_1226741198

 

Schemat montażowy:

pcb

Pobierz schemat płytki PCB (CadSoft EAGLE)

Temat Lewitronu na forum elektroda.pl


Galeria:


Wideo:

Notka: 

Dzięki Lewitronowi zająłem trzecie miejsce w Polsce i pierwsze w okręgu Poznańskim na Olimpiadzie Innowacji Technicznych. Wspominam o tym, aby sie pochwalić, ale również chcę zachęcić innych do ciągłego pogłębiania wiedzy i rozwijania się w tym kierunku. Często wykonane projekty które widzę na forach internetowych są tak ciekawe że mogłyby konkurować na wysokim poziomie w olimpiadach technicznych i konkursach. Dlatego zachęcam was wszystkich – rozwijajmy się dla siebie, ale pokażmy też innym że potrafimy!


11 Responses to Lewitron – zjawisko lewitacji magnetycznej

  1. Krzysztof napisał(a):

    Witam lewitron działa super sam sobie tki zrobiłem

  2. Kamil Szkutnik napisał(a):

    Mikołaj – jakakolwiek dioda prostownicza o prądzie minimum 3A.

    Daniel – Ja nie miałem problemów ze stabilnością lewitującego elementu, upewnij się że konstrukcja mechaniczna jest wystarczająco stabilna. Element lewitujący nie może być z daleko od cewki, spróbuj zrobić próbę przy mniejszej odległości od cewki – albo przy większej odległości?

  3. Daniel napisał(a):

    Chciałbym się ciebie spytać czy gdy zrobiłeś i uruchomiłeś lewitator to czy obiekt lewitujący nie wpadał w drgania i czy nie spadał. Wykonałem podobny projekt i mam takie problemy.

  4. Mikołaj napisał(a):

    Jaką można dać diodę w zamian za 1n5401?

  5. Mikołaj napisał(a):

    Jaki woltarz jest przy C2,C3,C5?
    Może być obojętny np. 100v?

    • Kamil Szkutnik napisał(a):

      Mikołaj, a skąd miałoby się wziąć na kondensatorach 100V? C2 oraz C1 jest przed stabilizatorem, więc tam napięcie może być trochę większe, około 12V. Natomiast kondensatory za stabilizatorem tj. C3, C4, C5 mają dokładnie określone napięcie przez układ.

      Jeżeli chodzi o drut, myślę że 0.34mm jest zbyt cienki. Proponuję znaleźć odpowiednio grubszy, możesz go kupić np. w warsztatach zajmujących się przezwajaniem silników.

  6. Mikołaj napisał(a):

    Ok jeszcze jedno można zastosować drut cieńszy (0,34mm) mogę to obliczyć z kalkulatora podanej na stronie download?

  7. Mikołaj napisał(a):

    czy można dać zamiast lasera i fotorezystora dalmierz umieszczony pod elektromagnesem?
    i jeszcze jedno po co mają być dwa fotorezystory?

    • Kamil Szkutnik napisał(a):

      Teoretycznie można zastosować dalmierz, jednak tak jak każde inne rozwiązanie zupełnie zmieni to schemat urządzenia. Jednak myślę że jest to do zrobienia.
      Zastosowanie dwóch fotorezystorów eliminuje wpływ zewnętrznego oświetlenia na działanie urządzenia.

      Pozdrawiam

  8. Grzegorz napisał(a):

    Podoba mi się pomysł i jakość wykonania ! Jako elektronik z 20-letnim stażem doceniam rozwiązania proste i eleganckie. Życzę dalszych sukcesów !

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *