DIY電磁浮上装置

この電磁浮上装置は、見るのがエキサイティングで興味深い反重力プロジェクトを構築するのに最適です。この装置は、目に見えるサポートなしで何かを浮かせることができます。それは、自由空間や空中を泳ぐ物体のようなものです。この装置を機能させるには、電磁石を使用して物体を引き付ける必要がありますが、電磁石に非常に近い場合、電磁石は非アクティブになり、引き付けられたオブジェクトは重力によって落下し、落下する前に再び落下するオブジェクトを引き付けます。完全に重力によるものであり、このプロセスは継続します。プロジェクトは超音波音響浮揚に似ていますが、ここでは超音波を使用する代わりに電磁波を使用します。

概念に戻ると、この切り替えプロセスは非常に高速で指定された間隔で実行する必要があるため、人間が電磁石をオンまたはオフにすることはできません。そこで、電磁石を制御して電磁フローティングを実現するスイッチング回路を構築しました。

必要なコンポーネント

S.No	部品/コンポーネント名	タイプ/モデル/値	量
1	ホール効果センサー	A3144	1
2	MOSFETトランジスタ	Irfz44N	1
3	抵抗	330オーム	1
4	抵抗	1k	1
5	表示LED	5mm任意の色	1
6	ダイオード	IN4007	1
7	26または27ゲージマグネットワイヤー	0.41〜0.46 mm	1kg以上
8	点線のベロボード	小さい	1

磁気浮上回路図

完全な磁気浮上回路図は以下にあります。ご覧のとおり、通常使用可能ないくつかのコンポーネントのみで構成されています。

このDIY磁気浮上回路の主要コンポーネントは、ホール効果センサーとMOSFETトランジスタ、および電磁コイルです。私たちは以前、電磁コイルを使用して、ミニテスラコイル、電磁コイルガンなどの他の興味深いプロジェクトを構築しました。

電磁石の最初の切り替えとオン/オフには、Irfz44NNチャネルMOSFETを使用します。Irfz44n / TIP122 / 2N3055などの高電流処理能力を備えた任意のNチャネルMOSFETまたは同様の（NPN）強力なトランジスタをこの目的に使用できます。Irfz44Nトランジスタは、5Vで動作するマイクロコントローラプロジェクトで一般的に使用されているため、地元の市場で簡単に入手できます。一方、25度の温度で49Aのドレイン電流処理能力を備えています。幅広い電圧で使用できます。

最初に、12ボルト構成で回路とプロジェクト全体を実験してテストしましたが、電磁コイルとMOSFETの両方が非常に熱くなっていることがわかったため、5Vに戻す必要がありました。違いや問題はなく、MOSFETとコイルは常温でした。また、MOSFET用のヒートシンクは必要ありませんでした。

抵抗R1は、適切なしきい値電圧またはトリガー電圧を取得するために、MOSFETのゲートピン電圧を高く保つために使用されます（プルアップ抵抗のように）。ただし、ネオジム磁石が中央に取り付けられたホール効果センサーの近く（電磁石の中央）にある場合、またはネオジム磁石がホール効果センサーの範囲内にある場合、回路はMOSFETゲートピンに負の出力を提供する必要があります。その結果、getピン/制御ピンの電圧降下、インジケータLEDのMOSFETドレインピン出力、および電磁石も降下し、無効になります。ネオジム磁石が取り付けられた物体が重力によって落下または落下すると、ネオジム磁石はホール効果センサーの範囲外になり、ホール効果センサーは出力を提供しなくなります。MOSFETのゲートピンがハイになり、すばやくトリガーされます（R1抵抗制御ピン/ゲートピンがすでにハイの場合）。電磁コイルにすばやく通電し、ネオジム磁石が取り付けられた物体を引き付けます。このサイクルは続き、オブジェクトはぶら下がったままになります。

R2 330ohm抵抗は、5vでLEDを点灯するために使用され（インジケータLED）、LED保護のために電圧と電流の流れを制限します。D1ダイオードは、逆フィードバック電圧ブロッキング用のリレーのように、すべてのコイルデバイスで使用されるフィードバックブロッキングダイオードに他なりません。

磁気浮上回路の構築

電磁石用のコイルを作ることから始めます。エアホール電磁石を作るには、まず電磁石のフレームや本体を作る必要があります。これを行うには、すでに中央の穴が開いている直径約8mmの古いペンを使用します（私の場合、直径をバーニアスケールで測定しました）。油性ペンで必要な長さをマークし、約25mmの長さにカットします。

次に、小さなボール紙/硬い上質の紙を使用するか、プレキシガラスを使用して、下の写真に示すように、中央の穴で長さ約25mmの巻線直径を2つカットします。

「feviquick」の助けを借りて、または強力な接着剤の助けを借りて、すべてを修正します。最後に、フレームは次のようになります。

これを構築するのが面倒な場合は、古いはんだ付けワイヤーホルダーを使用できます。

電磁石フレームの準備ができました。次に、電磁コイルの作成に移ります。まず、巻線径の片側に小さな穴を開けてワイヤーを固定します。電磁石の巻き始め、約550回転することを確認します。各層は、セロテープまたは他の種類のテープで区切られています。あなたがあなたの電磁石を作るのがとても怠惰であるならば（私の場合、私は5vで働くという利点も持っている私の電磁石を作りました）、あなたはそれを6vまたは12vリレーから取り出すことができます、しかしあなたはあなたのホール効果センサーA3144は最大5Vのみを受け入れます。したがって、ホール効果センサーに電力を供給するために、LM7805電圧レギュレータICを使用する必要があります。

センターエアコア電磁石コイルの準備ができたら、脇に置いて手順2に進みます。ここの写真にあるように、すべてのコンポーネントを配置してVeroボードにはんだ付けします。

電磁コイルとホール効果センサーのセットアップを固定するには、コイルの状態調整のためにスタンドが必要です。センサーのセットアップは、重力に対する物体の安定した吊り下げにとって重要です。 2本のパイプ、段ボール、そして小さなPVC配線ケーシングを配置しました。必要な長さのマーキングには油性ペンを使用し、切断にはハンドソーとナイフを使用しました。そして接着剤と接着剤銃の助けを借りてすべてを修正しました。

PVC配線ケーシングの中央に穴を開け、接着剤を使用してコイルを固定します。その後、センサーを折ります。電磁コイルの穴の中に入れます。電磁コイルからぶら下がっている物体（ネオジム磁石が取り付けられている）の距離は、センサーが電磁石の中央の穴の中にどれだけ押し込まれているかに依存することに注意してください。ホール効果センサーには特定の検知距離があり、物体を完全に吊るすには電磁引力範囲内にある必要があります。これで、自家製の電磁浮上装置を使用する準備が整いました。

磁気浮上回路の動作とテスト

両面テープを使用して、段ボールでコントロールボードを固定します。ケーブルタイを使用して、スタンドフレームにうまく配線します。制御回路との接続はすべて行ってください。センサーを電磁石の中央の穴の中に入れます。電磁石内のホール効果センサーの完全な位置を調整し、電磁石とネオジム磁石の間の最大距離を設定します。電磁石の引力により距離が異なる場合があります。 5V 1Ampまたは2Ampモバイル充電器から電力を供給し、プロジェクトがどのように機能するかを最初にテストします。

この電磁浮上プロジェクトに関するいくつかの重要な点に注意してください。コイルとセンサーのセットアップの調整は不可欠です。そのため、物体を重力に向かって安定してまっすぐに吊るす必要があります。安定したシステムとは、何かのバランスが取れていることを意味します。例として、上から持った長い棒を考えてみましょう。それは安定していて、重力に向かってまっすぐにぶら下がっています。底を真っ直ぐ下の位置から離すと、重力によって底が安定した位置に引き戻される傾向があります。したがって、この例から、コイルとセンサーの直線的な位置合わせがいかに重要であるかが明確に理解できます。物を落下させずに長時間真っ直ぐに吊るすことが重要であり、それがこのプロジェクトを支持する理由です。あなたのより良い理解のために、安定した吊り下げの重要性と、優れた性能を実現するためにセンサーとコイルをどのように取り付けるかを示すブロック図を作成しました。

• 電磁石からぶら下がっている物体の距離を増やしたい場合は、電磁石の出力と引力範囲を増やし、センサーの配置/位置を変更する必要があります。
• より大きな物体を吊るしたい場合は、電磁力を増やす必要があります。そのためには、マグネットワイヤゲージと巻数を増やす必要があり、吊り下げ物に取り付けられたネオジム磁石の数も増やす必要があります。
• より大きな電磁石はより多くの電流を消費し、私の回路は現在5Vでのみ動作していますが、場合によっては、コイルのパラメーターによっては電圧を上げる必要があるかもしれません。
• 12Vリレーコイルまたは高電圧の強力な電磁コイルを使用する場合は、A3144ホール効果センサーにLM7805電圧レギュレーターを使用することを忘れないでください。

下の写真は、プロジェクトが完了したときにどのように機能するかを示しています。チュートリアルを理解し、役立つことを学んだことを願っています。

このプロジェクトの完全な動作は、以下に添付されているビデオで確認することもできます。ご不明な点がございましたら、下のコメントセクションに残すか、フォーラムを使用してその他の技術的な質問をお寄せください。