Левитрон. История создания.

GagTime / 26 Дек 2015 / Нет комментариев

Однажды у меня возникла навязчивая идея подвесить предмет в воздухе за счёт лишь одного магнитного поля. И хотя теорема Ирншоу доказывает, что, используя только магниты невозможно удержать объект в гравитационном поле, с помощью дополнительных механизмов корректировки такая левитация возможна.

Конечно, самый простой в реализации способ корректировки — использование гироскопических сил. Но он не интересен в виду ограниченного времени висения. Поэтому было решено использовать для корректировки датчики Холла, определяющие смещения левитирующего магнита от положения неустойчивого равновесия и электромагниты для возврата его в точку равновесия. 

Краткое гугление привело меня на форум радиокота, где, как оказалось, группа энтузиастов активно обсуждала реализацию подобных схем коррекции. Я решил не изобретать велосипед и собрать уже разработанную ими схему:

Принцип действия её прост. Когда левитирующий магнит смещается от положения равновесия, возникает изменение конфигурации магнитного поля, приводящее к возникновению разного напряжения на выходах датчиков Холла (SS495A). Каждый датчик Холла выдает сигнал на два дифференциально включённых операционных усилителя (LM324), на прямой вход одного и инвертирующий другого. Напряжение с ОУ идёт на затворы mosfet транзисторов (IRF7389), управляющих током через электромагниты. В результате электромагниты изменяют магнитное поле так, что левитирующий магнит возвращается назад в точку неустойчивого равновесия. То есть по факту магнит не висит, а совершает колебания вблизи точки равновесия с большой частотой и малой амплитудой.

Рисунок платы я подглядел там же. Так что вооружившись текстолитом, лазерным принтером и термопрессом я приступил к её изготовлению:

Электромагниты я нашёл в шаговом двигателе старого FDD 5.25″. Они оказались чуть больше по размеру, чем я ожидал. Приклеил их на двухстороннем скотче.

Постоянные магниты для подставки и левитирующую фишку заказал в интернете.

Первый пуск! Полёт нормальный!

Грузоподъёмности вполне хватило что бы поднять фигурку тигрёнка.

В процессе тестирования и отладки левитроном крайне заинтересовался мой кот. И если сначала он лишь наблюдал со стороны, то потом…

Он осмелился подойти ближе. И через десяток секунд с силой ударил лапой по тигрёнку, что привело к его падению на подставку и расколу одного из магнитов…

Так что я решил сделать защитный корпус из фанеры. Нарисовал чертёж в OpenSCAD, вырезал в фаблабе Политеха на лазерном станке. Склеил термоклеем (кроме крышки, она держится на трении). В плате засверлил пару отверстий для крепления в корпусе. Получилось вот так:

Левитрон на Geek Picnic 2015 (Санкт-Петербург). Часть магнитов вынес наружу для красоты, накрыл тигра колбой для сохранности.

В последствии, корпус покрыл лаком, приклеил резиновые ножки, а датчики Холла для защиты от случайных сгибаний закрыл пластиковым куполом (см. первое фото)

Всем спасибо, кто дочитал! Надеюсь, кому-нибудь пригодится.