Schwebender Magnet (analog)

Hallo,

dieses Thema hat mich schon lange fasziniert. Die ersten Modelle, die ich im Internet gesehen habe, haben zur Lageregelung eine Lichtschrank, welche durch den schwebenden Gegenstand abgedeckt wird und somit ein Signal zur Regelung liefert. Vor kurzem habe ich dann einen Aufbau mit einem Hallsensor anstatt einer Lichtschranke entdeckt und habe mich an den Aufbau eines Funktionsmusters gemacht.

Im Prinzip funktioniert das ganze folgendermaßen:

Die Magnetkugeln werden durch den Elektromagneten angezogen. Das ganze wird durch einen Hall-Sensor direkt unterhalb des Elektromagneten erfasst und mit einem Sollwert verglichen. Wird der Sollwert erreicht, wird der Elektromagnet abgeschaltet. Die Magnetkugeln sinken wieder bis der Sollwert unterschritten wird und der Elektromagnet wird wieder eingeschaltet und das ganze beginnt wieder von vorn.

Geregelt wird das Ganze mit einem Operationsverstärker, der das Signal von dem Hallsensor mit einem Sollwert (einstellbar über ein Potentiometer) vergleicht. Der Elektromagnet wird dann über einen Power-MOSFET ein- bzw. ausgeschaltet.

Als Spannungsversorgung habe ich ein Steckernetzteil 12V/max. 300mA verwendet. Aus den 12V für den Magneten und den OP werden über einen 78L05 die 5V für den Hallsensor generiert. Wichtig ist die Freilaufdiode parallel zum Elektromagnet (im Bild rechts unten) um die Spannungsspitzen durch die Schaltvorgänge an der Spule abzuleiten.

Hier noch eine Hardcopy vom Oszilloskop: CH1: Signal vom Hall-Sensor CH2: Spannung über der Spule

Eine Spule habe ich für das Funktionsmuster nicht extra gewickelt sondern direkt den gewickelten Lackdraht von Conrad verwendet. Anhand den Abmessungen schätze ich, dass es ca. 600-800 Windungen sind bei 0,3mm Drahtdurchmesser und 50m Länge. Dies ergibt einen Widerstand von ca. 14 Ohm. Um die magnetische Wirkung zu verstärken, habe ich der Spule noch einen Eisenkern mit 10mm Durchmesser verpasst.

Die schwebende Magnetkugel hat einen Durchmesser von 19mm. Auf den Bildern habe ich zusätzlich 2 kleinere Kugeln mit angehängt, dies sieht noch besser aus.

So, das war es erstmal über das Funktionsmuster. Als nächstes möchte ich noch eine digitale Regelung testen und verschiedene Spulen verwenden. Später dann mehr darüber in einem neuen Eintrag.

Bei Fragen einfach melden.

Gruß Jürgen