Elektromagnetiese slinger: 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Aan die einde van die tagtigerjare het ek besluit dat ek 'n horlosie heeltemal van hout wil bou. Destyds was daar geen internet nie, so dit was baie moeiliker om navorsing te doen as wat dit vandag is … alhoewel ek dit reggekry het om 'n baie ru wiel en slinger ontsnap. Die tydsduur was beperk en dit was taamlik moeilik, maar dit sou 'n paar minute lank kliek voordat die gewig die vloer sou raak. My hulpbronne … hulpmiddels, geld, vaardighede in houtwerk … was ook beperk, wat die werk aan die projek nogal frustrerend gemaak het. Dus, vir die tyd, is die droom van die houtklok laat vaar. Snel vorentoe 30 plus jare. Ek is nou afgetree, ek het baie wonderlike gereedskap en my vaardighede in houtwerk het dramaties verbeter. Ek het ook toegang tot rekenaars, ongelooflike sagteware vir rekenaargesteunde ontwerp (CAD) en die internet. Die klokprojek is dus weer aan die gang. Ek het besluit om oor die proses te skryf terwyl ek deur die ontwerp werk. Lyk net na 'n prettige ding om te doen.

Aanvanklik wou ek 'n horlosie bou wat deur swaartekrag aangedryf is en deur 'n slinger gereguleer is. Onlangs, terwyl ek lukraak op die internet rondgrawe, het ek 'n man op die eiland Kauai teëgekom wat houthorlosies en ander soorte 'kinetiese kuns' ontwerp. Sy naam is Clayton Boyer. Dit was die ontdekking van Mr. Boyer se klokontwerpe wat my geïnspireer het om my eie klokprojek voort te sit. Een van sy ontwerpe wat my gefassineer het, is die 'Toucan' genoem. Die loop -ontsnapping wat op die horlosie gebruik word, lyk soos die snawel van die voël met dieselfde naam. Dit was 'n aangename klok om te kyk en die ontwerp was baie grillerig, maar wat uiteindelik my aandag getrek het, is hoe dit bestuur word. Daar was geen gewigte of vere nie. Dit lyk asof die slinger magies heen en weer swaai sonder verlies aan energie. Die geheim was 'n elektromagnetiese dryfstelsel wat in die basis van die klok versteek was en 'n magneet aan die einde van die slinger. Omdat ek 'n elektriese ingenieur was, het ek gedink dit is regtig cool, en ek het besluit om uit te vind hoe dit alles werk en my eie weergawe van Mr. Boyer's Toucan te bou. Om seker te wees … ek kon pas die planne vir die klok gekoop het, aangesien dit beskikbaar was vir ongeveer $ 35, maar waar is die pret daarin?

Nadat ek nog bietjie op die internet rondgekyk het, het ek agtergekom dat die konsep dateer uit die vroeë 1960's met die Kundo Anniversary Clocks. Hulle word aangedryf deur 'n droëbattery en sal 'n jaar of wat loop voordat u die battery moet vervang (dus die naam, vermoed ek). Die eenvoud van die dryfbaan het my gefassineer. Daar was twee spoele (een wond bo -op die ander), 'n germanium -transistor en 'n battery. Dit is alles! Ek hou van eenvoudige dinge wat werk, en dit kan nie veel eenvoudiger word nie. Een van die spoele is gekoppel aan die basis -ingang van die transistor en die ander spoel is in serie aan die uitgangkant van die transistor met die battery. Die ander stuk van die legkaart was 'n magneet aan die einde van 'n slinger. Terwyl die slinger deur die spoel swaai, veroorsaak die magneet 'n stroom binne die spoel wat die basis van die transistor dryf. Dit veroorsaak dat die transistor aanskakel en stroom vloei in die uitsetkring van die battery deur die spoel wat in serie daarmee is. Daar is ook 'n transformator -effek wat veroorsaak dat meer stroom in die ingangspoel veroorsaak word tot die punt waar die transistor versadig word. Die maksimum hoeveelheid stroom vloei nou in die uitgangskant van die transistor en die spoel in die stroombaan word volledig deur die battery gevoed, waardeur 'n elektromagneet met dieselfde polariteit as die magneet in die slinger geskep word. Die tydsberekening is so dat die magnetiese veld wat deur die elektromagneet gegenereer word, die magneet in die slinger afstoot terwyl dit verby swaai en 'n bietjie skop gee. Sodra die slinger verby beweeg, stop die spoelstroom in die basis van die transistor en dit skakel af. Hierdie proses word herhaal elke keer as die slinger deur die spoel swaai … wat ekstra energie verskaf om die verliese in die stelsel te oorkom en alles aan die gang te hou. Netjies huh? Die wonderlike hiervan is dat dit baie min krag verbruik en die battery lank sal hou. Houthorlosies wat deur vere of gewigte aangedryf word, sal slegs 'n dag of wat loop voordat hulle teruggespoel moet word. Hulle het hul eie aantrekkingskrag, maar dit was vir my 'n pyn om elke dag die klok te draai. Ek kan nog steeds een hiervan bou (ek is mal oor Arnfield -ontsnappings), maar vir eers gaan dit elektronika wees in plaas van swaartekrag.

Die eerste deel van hierdie reis is dus om uit te vind hoe om die elektromagneties -gepulseerde slinger te bou, aangesien dit nie net die klok sal reguleer nie, maar ook die enjin wat dit aandryf. Uiteindelik sal ek, bykomend tot hierdie tutoriaal op die slinger, 'n aantal tutoriale publiseer wat die ontwerp van die klok in die algemeen, ratontwerp, raamkonstruksie en dan alles bymekaarbring om 'n werkende klok te voltooi. Bind dus vas … hier gaan ons met die ontwerpproses vir die slinger …

Voorrade

Die hoofkomponent van die elektromagneties -impulse slinger is die spoelbaan. Ek gebruik 'n 10d gewone spyker (beskikbaar by u gemiddelde hardewarewinkel) as die ferrietkern. Die bedrading vir die spoele is 35 AWG magneetdraad. Dit is 'n baie fyn draad bedek met 'n dun, nie -geleidende materiaal. 'N 2N4401 NPN bipolêre aansluitingstransistor word gebruik om stroomvloei deur die stroombaan te beheer. Kapton -band dek die spyker en die voltooide kern, maar u kan bykans enige tipe band gebruik. Die einddoppe van die spoel is 'n akrielblad van 1/16 duim sowel as 'n silindriese stuk eik om die transistor- en spoelbedrading te huisves. Verskeie stukkies hout is vir die res van die prototipe -samestelling gebruik, asook stokkies in 'n aantal diameters. Ek werk baie graag met stokkies … dit laat my dink aan een van my gunsteling kinder speelgoed … Tinker Toys! Ek vind dat hulle hulself baie goed leen vir die ontwikkeling van prototipes. Die kragtoevoer is 'n ingepaste muurmodule wat AC 110 tot 9 volt DC omskakel. Uiteindelik word die horlosie op batterye aangedryf, maar die aansluitmodule is tans baie gerieflik en konsekwent. 'N Ander belangrike komponent is 'n neodymiummagneet wat aan die einde van die slinger ingebed is. Die magneet wat ek gebruik het, is 1/2 duim in deursnee en 'n kwart duim dik.

Stap 1: Spoelkern -samestelling

Terwyl ek besig was met my navorsing oor die spoel, loop ek oor 'n klokherstelforum waar een van die drade die besonderhede van die spoelontwerp bespreek. Hulle het wonderlike foto's gehad wat my die idee gegee het hoe ek die transistor en die verwante bedrading in die basis van die spoel kan wegsteek. 'N Ander belangrike detail was dat hulle die spoele met 4000 draaie genoem het. Sjoe, dit het baie geklink en in my agterkop 'n bietjie kommer laat ontstaan oor hoe redelik dit sou wees om die spoel te draai, maar ek het nogtans ingedruk.

Ek het gedink hoe groot ek wou hê dat die voltooide spoel moes wees, en ek het 'n sentimeter in deursnee en 'n sentimeter lank. Ek sny sirkels van 1 duim uit 'n 1/16 -duim -akrielblad om te gebruik vir die einddoppe en nog 'n skyf met 'n deursnee van 'n stuk eikehout vir die basis. Ek het 'n kanaal van 'n kwart duim in die eikehoutskyf gemaal, asook 'n gat met 'n deursnee van 3/16 duim om die transistor te akkommodeer. Ek het ook klein gaatjies geboor om die bedrading in die kanaal in die basis te kan lei. Sien die foto's vir meer inligting. Aanvanklik het ek 'n gedeelte uit die onderste akrielstuk gesny om die drade makliker in die basis te laat loop. Terugskouend moes ek net klein gaatjies geboor het om by die in die basis te pas. Maar geen probleem nie. Daar is ook gate in die akrielstukke en die eikehoutstuk geboor vir 'n goeie pas oor die spyker. Die samestelling was soos volg: Plaas die nie-gekerfde akrielskyf op die spyker. Draai 'n stuk band 1-1/4 duim om die spyker soos aangedui, en voeg dan die gekerfde asielskyf by. Ek het epoksie op die eikehoutskyf aangebring en dit dan op die spyker gegly sodat dit aan die akrielskyf vasgemaak is.

Voordat ek na die spoelwikkelproses oorgegaan het, het ek 'n paar vinnige en vuil berekeninge gedoen om 'n idee te kry van die grootte van die voltooide bedrading en die elektriese weerstand van die twee spoele. Dit het geblyk dat ek die hele draad op my kernsamestelling sou kon pas, sodat ek gelukkig was.

Stap 2: Spoel -draai -mal

Ek het besluit dat dit 'n groot pyn sou wees om die draad heeltemal met die hand om die kern te draai, so geïnspireer deur Tinker Toy -tegnologie, het ek 'n mal uit doppels en stukkies laaghout en MDF saamgepak. Ek het agtergekom dat ek 'n bietjie warm gom op die eikeskyf van die spoelkern moet sit om dit stewig vas te hou. Anders was daar 'n bietjie te veel wrywing in die samestelling en sou die kern nie beweeg as ek die kruk draai nie. Dus, met 'n bietjie meer skuur om die wrywing en 'n bietjie warm gom verder te verminder, was die mal in werking.

Stap 3: draai die spoele op

Die draad is 'n spesiale soort draad wat magneetdraad genoem word. Dit is 'n baie fyn enkeldraaddraad wat bedek is met 'n dun isolerende materiaal. Ek het 35 AWG gebruik. Dit is baie algemeen en net soos alles anders, kan u dit by Amazon kry. Ek het die spoel wat u op die eerste foto sien, gered uit die asblik by die werk na 'n laboratorium skoonmaak geleentheid. Ek weet nie hoe oud dit is nie, maar dit lyk asof dit baie dekades gelede gekoop is. LOL.

Ons draai twee spoele, een bo -oor die ander, oor die spyker in die kernsamestelling. Dit is noodsaaklik dat beide spoele in dieselfde rigting om die eenheid gewikkel word … anders werk dit nie. Elke spoel sal ongeveer 4000 voue om die spyker hê. Dit is nou nie so 'n groot probleem as u nie presies 4000 draaie op elke spoel kry nie, sodat u nie die detail hoef te sweet nie, maar ek het wel 'n notaboek wat ek gereeld bygehou het. Dit het 'n paar uur geneem om die verpakking te voltooi, maar ek het net 'n sokkerwedstryd aangeskakel om te kyk, sodat ek nie verveeld raak nie. Ek kon elke pas ongeveer 50 draaie om die spyker maak, sodat ek 'n paar keer sou maak om honderd wikkels te kry en dit op my notaboekie aan te teken en aan te hou totdat ek 4000 wikkels bereik het.

Hier is die proses om in te draai: Begin om die binnespoel te draai deur 2 of 3 duim draad in die eikebasis te ryg. Merk die einde van hierdie draad "1". Voltooi u 4000 omhulsels en maak seker dat u aan die einde van die kern van die eikebome beland. Sny die draad en laat ongeveer 2 tot 3 sentimeter ekstra lengte, sodat u dit weer in die eikebasis kan terugdraai. Benoem hierdie einde "2". Begin die buitenste spoel op dieselfde manier deur 2 of 3 duim draad in die eikebasis te ryg. Benoem hierdie einde "3". Maak nog 4000 draaie, sny die draad en ryg die punt dieselfde as in die basis. Benoem hierdie einde "4". Foto 4 en 5 toon die finale resultaat van die inpakproses. Weereens … Maak seker dat u die binne- en buitenste spoel in dieselfde rigting draai!

Stap 4: Voltooi die kring

Soos u in die skema kan sien, is die kring uiters eenvoudig, wat hierdie toestel so ongelooflik koel maak. Ek het soortgelyke projekte gesien wat eerder verwerkers gebruik het … wat vir my is soos om 'n sleehamer te gebruik om 'n vlieg dood te maak. Ek bedoel nie om hierdie tipe projekte te verslaan nie, maar ek is net 'n groot fan van ontwerpe wat die werk met die laagste kompleksiteit verrig.

In die tweede prentjie speel ek met verskillende routingstrategieë vir die bedrading. Ek het waarskynlik 'n groter ooreenkoms daaruit gemaak as wat ek moes. Daar is slegs 'n paar sleutelpunte … bedraad dit net soos die skematiese, maar aangesien die kragtoevoer buite die spoeleenheid gaan wees, moet u die drade hê wat aan die kragbron sal koppel wat aan die onderkant van die eenheid uitsteek. Met ander woorde: Die V+ -draad gaan na die versamelaar van die transistor en die V-draad gaan na die draad met die etiket "2" op u spoel. Uiteindelik sal u spoeleenheid 'n positiewe en 'n negatiewe terminaal hê. Dit is 'n goeie idee om dit as sodanig te benoem as u klaar is, sodat u nie vergeet watter een is nie. Ag … ek het amper vergeet. U moet 'n stuk fyn skuurpapier gebruik om die isolerende laag op die magneetdraad te verwyder voordat u dit soldeer! Vir duidelikheid oor die skematiese … "Lo" is die buitenste spoel en "Li" is die binnespoel en let ook op dat ek die punte van die spoeldrade 1, 2, 3 en 4 gemerk het om te pas by hoe ons dit gedoen het toe ons die rolle draai.

Ek het die spoel eers getoets voordat ek dit met epoxy ingepot het … goed, want ek het 'n fout gemaak! Ha, ek het myself bederf deur te praat oor hoe eenvoudig alles was. Maak dus seker dat u die samestelling toets voordat u dit pot.

Om die voltooide samestelling te toets, het ek 'n seldsame aardmagneet op 'n lengte draad vasgemaak en dit net oor die spykerkop in die spoel gehang. Koppel dan die krag aan die spoel en swaai die magneet verby die spykerkop. Dit behoort vanself op te styg. Daar is 'n goeie plek vir die afstand tussen die magneet en die spykerkop. Te naby en die beweging is rukkerig … te ver en dit sal nie werk nie.

Die laaste prentjie toon die voltooide spoel sowel as die seldsame aarde (neodymium) magneet wat ek gebruik het.

Stap 5: Slingerkomponente

Sodra ek 'n bekende werkende ontwerp vir die spoelmontering gehad het, moes ek 'n prototipe slinger bou sodat ek die prestasie -eienskappe daarvan kon evalueer. Ek was baie nuuskierig om uit te vind hoeveel krag die toestel gebruik, en ek moes ook weet hoe groot 'n boog die slinger sou swaai, aangesien dit sou beïnvloed hoe ek met die ontwerp van my horlosie te werk gaan.

Ek het my spoel in 'n houtkissie ingepak en 'n skakelaar en kragaansluiting bygevoeg. Die boks pas in 'n uitsparing aan die onderkant van die basis wat in prentjie twee getoon word. Alles pas by wrywing, sodat ek onderweg aanpassings kan maak om optimale prestasie te behaal. Ek het 'n koperbuis by die regop in foto 3 gevoeg om die wrywing te verminder. Ek het 'n 10d spyker vir die pen gebruik om die slinger aan die regop stuk te koppel. Op prent 5 kan jy die seldsame aardmagneet aan die einde van die slinger sien. Ek het nooit iets gevind wat sê dat magneetpolariteit belangrik is nie. Dit blyk nie saak te maak nie …. watter soort pla my, want ek dink intuïtief dat dit moet. Maar ek het nog nooit daaraan aandag gegee nie, en dit lyk asof dit altyd werk, so ek dink nie. Die laaste foto toon die 9 volt DC kragbron. Die 1 amp huidige kapasiteit is te veel … dit hoef nie naby daaraan te wees nie, soos ek later uitgevind het.

Stap 6: Monteer die slinger

Die basis is 'n stuk duim van twee duim dik. Ek wou hê dat dit swaar moes wees om te keer dat die eenheid kantel as die slinger swaai. Alhoewel dit 'n prototipe was, het ek steeds besluit om dit 'n bietjie aan te trek en met dun stukke rooi sederhout af te sny. Kon myself nie help nie!:)

Die spoelmodule sluit aan die onderkant van die basis (prent 2) en die hele ding word regs na bo gedraai (prent 3). Die regop staan in die bokant van die basis (prent 4). Dit pas by wrywing. Steek die spyker deur die koperbuis regop (prent 5). En druk uiteindelik die slinger op die spyker (laaste foto).

Ek het die slinger so verstel dat daar 'n effense gaping tussen dit en die basis was.

Stap 7: Prototipe prestasie resultate

Deur na die grafiek wat ek agter die werkende slinger in die video geplaas het, te kyk, kan u sien dat die slinger verby die middellyn swaai, maar nie verby die laaste reël kom nie. Dit plaas die hele boog wat die slinger tussen 72 en 80 grade swaai … ek skat ongeveer 75 grade. Dit is waardevolle inligting wanneer dit tyd is om die loop -ontsnapping vir die klok te ontwerp.

Ek het ook 'n stroomsonde aan die kraglyn gekoppel en die stroomopname tydens werking gemonitor. Ek was baie bly om uit te vind dat die gemiddelde stroomtrekking 'n bietjie meer as 2 milliampere was !!! Wat regtig lekker is, is dat ek die klok se battery kan laat werk. As ek C -batterye gebruik, kry ek meer as 5 maande se werkstyd voordat ek die batterye moet vervang. Nie te sleg nie!

Die rede waarom ek opgewonde is oor die gebruik van batterye, is omdat ek nie wil hê dat 'n kragkabel na die horlosie moet lei wat die geheim van hoe dit werk, weggee nie. Ek sal die batterye in die basis van die horlosie wegsteek. Boonop kan ek dit oral plaas.

Stap 8: Volgende …

Soos u kan sien, was ek besig met die volgende stappe van my klokontwerp. Ek het wel uitgebrand toe ek die tandrat gesny het. Ag, dit is 'n vervelige proses. As ek ooit besluit om 'n klomp van hierdie horlosies te bou, glo ek dat ek in 'n lekker CNC -router sal belê !!!

So terwyl ek 'n blaaskans neem, het ek die hande uitgesny en aan die klokraam begin werk. So ver so goed!

Terwyl ek dink aan die volgende instruksies in hierdie reeks, dink ek ek sal praat oor die proses wat ek ondergaan het om die ratte te ontwerp en te bou.

Sien jou dan!

Willy