Elektromagnetiline pendel: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Veel 1980ndate lõpus otsustasin, et tahaksin ehitada kella täielikult puidust. Tol ajal polnud internetti, seega oli uurimistööd palju keerulisem teha kui praegu … kuigi mul õnnestus kokku panna väga toore ratta ja pendli põgenemine. Jooksuaeg oli piiratud ja see oli üsna vaevaline, kuid klõpsas mõni minut mööda, enne kui kaal põrandat puudutas. Piiratud olid ka minu ressursid… tööriistad, raha, puidutööoskus… mis muutis projekti kallal töötamise üsna masendavaks. Niisiis loobuti selleks korraks puidust kellaunistusest. Edasiliikumine 30 pluss aastat. Olen nüüd pensionil, mul on palju tõeliselt häid tööriistu ja minu puutööoskus on dramaatiliselt paranenud. Samuti on mul juurdepääs arvutitele, hämmastavale arvutipõhise disaini (CAD) tarkvarale ja Internetile. Nii et kellaprojekt on tagasi. Olen otsustanud kirjutada protsessist, kui ma disaini läbi töötan. Tundub lihtsalt lõbus tegevus.

Esialgu tahtsin ehitada kella, mida veab gravitatsioon ja reguleerib pendel. Hiljuti, kui ma internetis suvaliselt ringi kaevasin, sattusin Kauai saarel ühele sellile, kes kujundab puidust kellasid ja muud liiki “kineetilist kunsti”. Tema nimi on Clayton Boyer. Just härra Boyeri kellakujunduste avastamine inspireeris mind oma kellaprojekti jätkama. Üks tema kavanditest, mis mind lummas, kandis nime “Toucan”. Kellal kasutatud jalutuskäik meenutas samanimelise linnu arvet. Seda oli lõbus vaadata ja disain oli väga kapriisne, kuid minu tähelepanu köitis lõpuks see, kuidas seda juhtiti. Puudusid raskused ja vedrud. Tundus, et pendel liigub võluväel edasi -tagasi ilma energiakaotuseta. Saladus oli kellaalusesse peidetud elektromagnetiline ajamissüsteem ja magnet pendli otsas. Elektriinsenerina arvasin, et see on tõesti lahe, ja otsustasin välja mõelda, kuidas see kõik töötas, ning koostada oma versioon härra Boyeri tukaanist. Kindel … Oleksin võinud just kella plaanid osta, kuna need olid saadaval umbes 35 dollari eest, kuid kus on selles lõbu?

Pärast pisut rohkem internetis uurimist leidsin, et kontseptsioon pärineb 1960ndate algusest Kundo juubelikelladega. Nende toiteallikaks oli kuivaelemendiline aku ja need töötasid umbes aasta enne aku vahetamist (seega nimi, ma arvan). Ajami ahela lihtsus huvitas mind. Seal oli kaks mähist (üks haav teise peal), germaaniumi transistor ja aku. See on kõik! Mulle meeldivad lihtsad asjad, mis töötavad, ja seda ei saa palju lihtsamaks muuta. Üks mähistest on ühendatud transistori põhisisendiga ja teine mähis on akuga jadamisi transistori väljundküljel. Teine pusletükk oli pendli otsa kinnitatud magnet. Kui pendel rullides liigub, indutseerib magnet transistori alust juhtiva mähise sees voolu. See põhjustab transistori sisselülitamise ja voolu voolamine väljundahelas akust läbi mähise, mis on sellega jadas. Samuti on olemas trafo efekt, mis põhjustab sisendmähises suurema voolu tekitamist kuni transistori küllastumiseni. Nüüd voolab maksimaalne vooluhulk transistori väljundpoolsel küljel ja selle vooluahela mähis saab täielikult pingestatud aku abil, luues elektromagneti, mille polaarsus on sama, mis pendli magnetil. Ajastus on selline, et elektromagneti tekitatud magnetväli tõrjub pendli magnetit mööda liikudes tagasi ja annab sellele väikese löögi. Kui pendel liigub mähistest mööda, peatub vool transistori põhjas ja see lülitub välja. Seda protsessi korratakse iga kord, kui rullid pendlit õõtsutavad… varustades sellega täiendavat energiat, mis on vajalik süsteemis esinevate kadude ületamiseks, ja hoiab kõik liikumises. Korralik jah? Mis on tõesti suurepärane, on see, et see tarbib väga vähe energiat ja aku peab kaua vastu. Vedrudest või raskustest juhitavad puidust kellad töötavad vaid ühe päeva, enne kui neid tuleb tagasi kerida. Neil on oma atraktiivsus, kuid mulle tundus iga päev kella keeramine valuna. Ma võin ikkagi kunagi neist ühe ehitada (ma armastan Arnfieldi põgenemisi), kuid praegu on see gravitatsiooni asemel elektroonika.

Selle teekonna esimene etapp on välja mõelda, kuidas ehitada elektromagnetiliselt impulssne pendel, kuna see ei reguleeri mitte ainult kella, vaid on ka seda juhtiv mootor. Lõppkokkuvõttes avaldan lisaks sellele pendliõpetusele ka mitmeid õpetusi, mis hõlmavad kellavärgi disaini üldiselt, hammasrataste disaini, raami konstruktsiooni, ja panen siis kõik kokku, et töökell valmis saada. Nii et rihm sisse … siin jätkame pendli kujundamise protsessi …

Tarvikud

Elektromagnetilise impulsiga pendli põhikomponent on mähise ahel. Kasutasin ferriitsüdamikuna 10d harilikku naela (saadaval teie keskmises ehituspoes). Mähiste juhtmestik on 35 AWG magnettraat. See on väga peen traat, mis on kaetud õhukese mittejuhtiva materjaliga. Vooluahela läbivoolu juhtimiseks kasutatakse 2N4401 NPN bipolaarse ristmiku transistorit. Kaptoni teip katab küünte ja valmis südamiku, kuid võite kasutada peaaegu igasugust linti. Spiraali otsakorgid on 1/16 tolli akrüülleht, samuti silindriline tammeosa, mis asetab transistori ja mähise juhtmestiku. Ülejäänud prototüübisõlme jaoks kasutati mitmesuguseid puidujuppe ja -jääke koos mitme läbimõõduga tüüblitega. Mulle meeldib tüüblivardadega töötada … see meenutab mulle ühte minu lapsepõlve lemmikmänguasja … Tinker Toys! Ma leian, et need sobivad prototüüpide arendamiseks üsna hästi. Toiteallikaks on pistik seinamoodulis, mis muudab vahelduvvoolu 110 kuni 9 volti alalisvooluks. Lõppkokkuvõttes töötab kell patareitoitega, kuid praegu on pistikmoodul väga mugav ja järjepidev. Teine põhikomponent on neodüümmagnet, mis on pendli otsa kinnitatud. Minu kasutatav magnet on 1/2 tolli läbimõõduga ja veerand tolli paks.

Samm: mähise südamiku kokkupanek

Spiraali uurides jooksin üle kella remondi foorumi, kus üks teemasid arutas mähise disaini üksikasju. Neil oli suurepäraseid pilte, mis andsid mulle idee, kuidas varjata transistori ja sellega seotud juhtmeid mähise aluses. Teine oluline detail oli see, et nad mainisid mähiseid, mis sisaldasid 4000 pööret. Vau, see kõlas palju ja tekitas mu peas pisut muret selle pärast, kui mõistlik oleks mähise mähkimine, kuid ma vajutasin siiski.

Mõtlesin, kui suur ma soovin, et valmis mähis oleks, ja asusin tolli läbimõõduga ning tolli ja veerandi pikkuseks. Lõikasin 1/16 tolli akrüüllehest välja 1 tolli läbimõõduga ringid, mida kasutada otsakorkide jaoks, ja veel 1 tolli läbimõõduga ketas 1/2 tolli paksusest tammeosast aluse jaoks. Ma freesisin tamme ketasse veerandtollise kanali ja puurisin 3/16 tolli läbimõõduga augu transistori mahutamiseks. Puurisin ka väikesed augud, et saaks juhtmestiku juhtida aluse kanalisse. Vaadake üksikasju piltidelt. Algselt lõikasin alumisest akrüülist välja osa, et oleks lihtsam juhtmeid alusesse viia. Tagantjärele mõeldes oleksin pidanud lihtsalt puurima väikesed augud, et need sobiksid aluses olevatega. Aga pole suurt midagi. Samuti puuriti augud akrüülitükkidesse ja tammepuust tükk tihedalt küünte kohale. Kokkupanek oli järgmine: asetage sälkumata akrüülketas naelale. Keerake 1-1/4-tolline teibitükk küünte ümber, nagu näidatud, ja lisage seejärel sälkudega atsüülketas. Kandsin tamme kettale epoksiidi ja libistasin selle seejärel küüntele nii, et see oleks akrüülketta külge kinnitatud.

Enne mähise mähkimisprotsessi juurde liikumist tegin mõned kiired ja määrdunud arvutused, et saada ligikaudne ettekujutus sellest, kui suur on valmis juhtmestik ja kahe mähise elektriline takistus. Tundus, et suudan kogu juhtme oma tuumakomplektile paigaldada, nii et olin õnnelik.

2. etapp: mähise mähis

Otsustasin, et traadi südamiku ümber käsitsi keeramine oleks tohutu valu, nii et Tinker Toy tehnoloogiast inspireerituna klotsin tüüblitest ning vineerist ja MDF -plaadist purunenud jigi kokku. Leidsin, et pean mähisüdamiku tamme kettale panema kuuma liimi, et see tihedalt paigal püsiks. Vastasel korral tekkis sõlmes pisut liiga palju hõõrdumist ja südamik ei liikunud vända keerates. Nii et pisut rohkem lihvides hõõrdumist ja kuuma liimi tupsutamist veelgi vähendati, oli rakis töökorras.

3. samm: mähiste kerimine

Traat on spetsiaalne traat, mida nimetatakse magnettraadiks. See on väga peen üheahelaline traat, mis on kaetud õhukese isoleermaterjaliga. Kasutasin 35 AWG. See on väga tavaline ja peaaegu nagu kõik muu, mida saate Amazonist hankida. Päästsin pooli, mida näete esimesel pildil, pärast laboris koristamist prügikastist. Pole kindel, kui vana see on, kuid tundub, et see on ostetud palju aastakümneid tagasi. LOL.

Pakime südamiku sõlme naela kohale kaks mähist, üksteise peale. Oluline on, et mõlemad mähised oleksid kokku keeratud ühes suunas - vastasel juhul see ei tööta. Igal mähisel on küünte ümber umbes 4000 mähist. Nüüd pole see nii suur asi, kui te ei saa igal mähisel täpselt 4000 pööret, nii et te ei pea seda detaili higistama, kuid mul oli märkmik, mida varem jälgisin. Pakkimisprotsessi lõpuleviimiseks kulus paar tundi, kuid lülitasin vaatamiseks lihtsalt jalgpallimängu sisse, et mul igav ei hakkaks. Ma saaksin iga kord umbes 50 pööret küünte ümber teha, nii et teeksin paar passi, et saada sada mähist, ja teeksin selle märkmikule märkme ning jätkasin, kuni jõudsin 4000 mähiseni.

Pakkimisprotsess on järgmine: alustage sisemise mähise mähkimist, keerates tamme põhitükki 2 või 3 tolli traati. Märgistage selle juhtme ots "1". Täitke oma 4000 mähist ja veenduge, et jõuate tagasi südamiku tammepuust aluse otsa. Lõigake traat ja jätke umbes 2 või 3 tolli täiendavat pikkust, et saaksite selle tagasi tammepõhja sisse keerata. Märgi see ots "2". Alustage välimist mähist samamoodi, keerates tammepõhja sisse 2 või 3 tolli traati. Märgi see ots "3". Tehke veel 4000 pööret, katkestage traat ja keerake ots alusse samamoodi nagu enne. Märgi see ots "4". Pildid 4 ja 5 näitavad mähkimisprotsessi lõpptulemust. Jällegi … Veenduge, et mähkite nii sisemise kui ka välimise mähise samas suunas !!!

4. samm: ahela lõpuleviimine

Nagu skemaatiliselt näha, on vooluahel äärmiselt lihtne, mis muudab selle seadme nii uskumatult lahedaks. Olen näinud sarnaseid projekte, kus kasutati protsessoreid… mis minu jaoks on nagu kelguhaamri kasutamine kärbse tapmiseks. Ma ei taha seda tüüpi projekte maha lüüa, kuid ma olen lihtsalt suur disainide fänn, kes saavad oma töö madalaima keerukusega tehtud.

Teisel pildil mängisin ringi erinevate juhtmestiku marsruutimisstrateegiatega. Tõenäoliselt tegin sellest suurema diili kui peaksin. Seal on vaid paar põhipunkti … ühendage see lihtsalt skeemi järgi, kuid kuna toiteallikas on mähiseadmest väljaspool, peavad teil toiteallikaga ühendatavad juhtmed olema sõlme põhjast välja. Teisisõnu: V+ juhe läheb transistori kollektorisse ja V-traat läheb teie mähisõlmele märgisega "2". Seega on teie mähise komplektil positiivne ja negatiivne klemm. Kui olete lõpetanud, on hea need selliseks märgistada, et te ei unustaks, milline neist on. Ah … peaaegu unustasin. Enne jootmist peate magnetjuhtme isolatsioonikihi eemaldamiseks kasutama peene liivapaberit! Skeemi selguse huvides … "Lo" on välimine mähis ja "Li" on sisemine mähis ning arvestage ka sellega, et olen märkinud mähise juhtmete otsad 1, 2, 3 ja 4, et see vastaks sellele, kuidas me seda tegime kui mähised mässisime.

Ma testisin mähist enne epoksüga katmist … hea asi, kuna olin vea teinud! Ha, ma närvisin ennast rääkides sellest, kui lihtne kõik oli. Seetõttu kontrollige enne kokkupanekut kindlasti oma koost.

Valmis kokkupaneku testimiseks teipisin haruldaste muldmetallide magneti niidi pikkusele ja riputasin selle mähises oleva naelapea kohale. Seejärel ühendage mähis vooluga ja pöörake magnet naelapeast mööda. See peaks iseenesest õhku tõusma. Magneti ja naelapea vahelise kauguse jaoks on magus koht. Liiga lähedal ja liigutus tõmbab … liiga kaugele ja see ei tööta.

Viimasel pildil on nii valmis mähis kui ka haruldaste muldmetallide (neodüüm) magnet, mida kasutasin.

Samm: pendlikomponendid

Kui mul oli mähiseadme jaoks teadaolev hea tööplaan, pidin ma üles ehitama prototüübi pendli, et saaksin hinnata selle tööomadusi. Olin kõige uudishimulikum teada saada, kui palju seadet kasutati, ja ma pidin ka teadma, kui suure kaarega pendel õõtsub, kuna see mõjutab seda, kuidas ma oma kella kujundamisega edasi läksin.

Pakkisin oma mähisõlme väikese puidust kasti sisse ning lisasin lüliti ja toiteühenduse. Karp sobib pildil 2 näidatud aluskomplekti põhjas oleva väljalõike sisse. Kõik sobis hõõrdejõuga, et saaksin optimaalse jõudluse saavutamiseks kohandusi teha. Hõõrdumise vähendamiseks lisasin pildi 3 püstikule messingist toru. Ma kasutasin tihvti jaoks 10d naela, et ühendada pendel püstise tükiga. Pildil 5 näete haruldaste muldmetallide magnetit pendli otsas. Ma ei leidnud kunagi midagi, mis oleks öelnud, et magnetite polaarsus on oluline. Tundub, et see pole oluline…. mis mind tüütab, sest intuitiivselt ma arvan, et peaks. Kuid ma pole sellele kunagi tähelepanu pööranud ja tundub, et see töötab alati, nii et ma arvan, et mitte. Viimasel pildil on 9 -voldine alalisvooluallikas. 1 ampri praegune võimsus on üleliigne … see ei pea olema selle lähedal, nagu hiljem teada sain.

6. samm: pendli kokkupanek

Aluseks on kahe tolli paksune männitükk. Ma tahtsin, et see oleks raske, et komplekt ei läheks pendli õõtsumisel ümber. Kuigi see oli prototüüp, otsustasin selle siiski veidi riidesse panna ja kaunistasin selle õhukeste punase seedri tükkidega. Ma ei saanud ennast aidata!:)

Spiraalimoodul ühendatakse aluse alumise küljega (joonis 2) ja kogu asi pööratakse paremale poole üles (joonis 3). Püstik sisestatakse aluse ülaossa (joonis 4). See on hõõrduv sobivus. Sisestage nael läbi messingist toru püstises asendis (joonis 5). Ja lõpuks suruge pendel küünele (viimane pilt).

Reguleerisin pendlit nii, et selle ja aluse vahele jäi väike vahe.

7. samm: prototüübi toimivuse tulemused

Vaadates videot tööpendli taha paigutatud graafikule, näete, et pendel kõigub keskjoonest mööda, kuid ei jõua päris viimasest reast mööda. See asetab kogu kaare, mille pendel kõigub 72-80 kraadi vahel … Ma hindan umbes 75 kraadi. See on väärtuslik teave, kui on aeg kella jaoks kõnniteed kujundada.

Ühendasin voolutoruga ka voolusondi ja jälgisin töö ajal voolutugevust. Mul oli äärmiselt hea meel teada saada, et keskmine voolutugevus oli veidi üle 2 milliamperi !!! Mis on tõesti lahe, on see, et ma saan kella aku toiteks muuta. Kui kasutan C -patareisid, saan enne patareide vahetamist üle 5 kuu tööaega. Mitte väga halb!

Põhjus, miks ma olen patareide kasutamisest elevil, on see, et ma ei taha, et toitekaabel jookseks kellani, andes saladuse selle toimimisest. Peidan patareid kellaaluse alla. Lisaks saan selle ükskõik kuhu panna.

8. toiming: järgmine tulemine…

Nagu näete, olen olnud hõivatud kella disaini järgmiste sammudega. Sain hammasratta hammaste lõikamisel läbi. Jumal küll, see on tüütu protsess. Kui ma kunagi otsustan ehitada hunniku neid kellasid, siis usun, et investeerin kenasse CNC ruuterisse !!!

Seega lõikasin hammasrataste hammaste saagimisel pausi ja lõikasin käed välja ning hakkasin töötama kellaraami kallal. Siiamaani on kõik korras!

Kui ma mõtlen selle sarja järgmise juhendi ette, siis usun, et räägin protsessist, mille läbisin hammasrataste projekteerimisel ja ehitamisel, nii et seiske selle kõrval.

Näeme siis!

Willy