看，飞碟！
本帖最后由 RRoy 于 2023-5-11 10:40 编辑好久没和大家介绍项目了，本周我们来利用主动式磁悬浮和磁感应技术来浮动一个装有闪烁灯光的模型飞碟。
物料清单
除了 3D 部件和手工绕制线圈之外，大多数部件可以直接购买或从现有设备上拆卸。
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6 x M3 x 10mm 机械或 内六角螺丝
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1 x M3 X 6mm 机械或 内六角螺丝
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1 x M3 X 螺母
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5 x M2.5 X 10mm 机械或 内六角螺丝
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无线充电器圆柱形板 100mm（直径），更小的尺寸需要一个垫片
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磁悬浮模块
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钕磁体圆柱形磁体 10mm x 10mm，N42/3.9Kg 拉力
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3 根不锈钢杆，直径为 6mm，长度为 70mm，或者选择卷起的碗架作为替代材料来源
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6 x M3 x 10mm 螺纹六角支柱
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红色 LED
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LED UVA 3mm
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电阻 910R/0.125W
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漆包铜线（ECW）35AWG/0.15mm
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3D打印材料: PLA 绿色 - 发光（圆顶和底座）
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3D打印材料: PLA 丝绸银（飞碟主体）
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3D打印材料: PLA - 白色（内部支架和线圈成型体）
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半刚性薄塑料板或塑料容器的一部分（直径 19mm）
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柔性多股线（22AWG/0.35mm sq. - 7 x 0.25mm）或类似
工具：
[*]3D 打印机
[*]2.5mm 钻头
[*]3mm 钻头
[*]4mm 钻头
[*]锯子
[*]钳子
[*]尺子
[*]组合方块
[*]螺丝刀、内六角螺丝（3mm 和 4mm）
[*]钳子
[*]焊铁
[*]焊料
[*]砂纸
[*]细点标记笔
[*]透明胶带
[*]剪刀
[*]手工刀
[*]塑料胶
[*]称重秤
[*]水平仪
这边注意先熟悉工具的使用方法并遵循建议的操作程序，确保佩戴适当的个人防护设备操作。
步骤1：方法
这个项目使用两种磁场应用方法。
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悬浮
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感应
悬浮
该项目使用主动悬浮而非被动悬浮，以下是比较。
主动模式
主动悬浮是该项目的主要重点，它使用被动磁铁和主动电磁铁一起实现，没有牵引物。被动磁铁安装在飞碟内部，而由电磁铁制成的主动磁铁安装在飞碟外部。
电磁铁、传感器和控制电子装置形成反馈回路，外部磁铁和飞碟顶部的磁铁相互作用。控制机制来维持系统的平衡，使外部磁铁既不太靠近也不太远离电磁铁。如果飞碟移动得更接近电磁铁，则减小电磁铁的电力，让飞碟在重力的作用下移走。当飞碟移开时，增大电磁铁的电力将它拉回。这个过程发生得非常快，以至于人眼无法察觉，从而保持飞碟“锁定在空间中”。
被动模式
采用磁铁和牵引物即可实现被动悬浮。
其中一端被一根线或电线固定，而另一端则是装在飞碟内部的磁铁，它被吸附到外部磁铁下，使牵引物受到张力。
感应
如果给第一个线圈提供变化电压的电流，则它会产生一个变化的磁场，这个变化的磁场会在接近第一个线圈的第二个线圈内感应出变化的电压。
在这种情况下，第一个产生磁场的线圈是一台无线充电器，第二个线圈连接到了LED灯。飞碟内有2个LED灯，由安装在飞碟底部的两个单独线圈驱动。一个LED灯安装在圆顶窗下面，另一个LED灯安装在底盘中心。当飞碟底盘在无线充电器范围内时，LED灯会闪烁。灯的强度与飞碟与无线充电器板的接近程度成正比。
步骤2：设计
这些3D打印部件是使用BlocksCAD设计的，主要由两个部分组成。
悬浮底座
包括以下部分：
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头部单元-包含悬浮模块和电源插座
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头部盖 x 2-覆盖悬浮模块（一个功能性和一个装饰性）
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尾部部件-覆盖头部单元的后面
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灯罩-用于悬浮模块的电源指示器
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基座单元-包含感应板
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基座间隔垫-用于提高薄充电器的高度
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间隔垫-用于增加刚度，可以独立使用或堆叠使用（可选）
飞碟主体
包括以下部分：
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圆顶窗口-固定磁铁。
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主体-支持和保持所有关联模块
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支架-用于固定配重物，与磁铁配合使用（根据使用需求有两个版本）
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基座-固定线圈
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线圈成型体 x 2-组成电感接收器
以上所有stl文件可以在文末打包下载。
步骤3：打印参数设置
打印设置
用于悬浮座的设置：
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层高：0.15毫米
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填充密度：15%（如果需要增加强度和刚度，可以增加填充密度）
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黏附性：Skirt
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无支撑结构
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组装尺寸：105.5毫米（宽）x 158.8毫米（长）x 117毫米（高）
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组装重量：278克
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材料：PLA银色丝光
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材料：PLA绿色 - 发光（电源指示灯）
用于飞碟的设置：
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层高：0.15毫米
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填充密度：100%
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黏附性：Skirt
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无支撑结构
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组装尺寸：70毫米（直径）x 32mm（高度）
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组装重量：38克
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材料：PLA绿色 - 发光（穹顶和底座）
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材料：PLA银色丝光（飞碟主体）
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材料：PLA - 白色（内部支撑和线圈成型体）
步骤4：后期处理
可能需要进行打磨，去除表面的异常情况，扩大螺钉、管道和圆顶窗口中磁铁的开口。
步骤5：线圈绕制
用于电感照明。
取两个印刷好的线圈成型件，将它们粘在一起形成轴。
线圈绕制是一个两部分的过程，每个 LED 一个线圈。
留出一段约为60mm的电线并绕50圈电线，尽量保证匝间紧密均匀。由于手工缠绕，可能会有一些变化，如匝数、导线间距和重叠等，但不问题不大。
完成后，固定自由端并剪掉电线留下60mm，将其用胶带粘在卷轴的侧面。
将铜线的自由端焊接到LED的两个独立引脚上。
第二个线圈和LED重复这个过程。
通过将线圈放置在无线充电板（WCP）的中心来测试LED和线圈，LED应该会闪烁。如果它没有闪烁，请用电表检查是否存在短路和/或开路。
即使线圈与WCP的距离约为20mm，LED也应该可以正常工作，
尽管由于磁场减弱，它们将比线圈接触WCP时更暗淡。
如果一切正常，请在线圈上涂上清漆以固定绕线位置。
步骤6：飞碟组装
将圆柱形磁铁推入圆顶窗口。（注意极性可能会影响悬浮效果，因此只有在验证功能后才使用胶粘固定。）
取三臂开放式支架，将M4螺栓连同两个垫圈插入小中央孔中，并用螺母固定。这样能增加重量使其更加稳定。
将飞碟身子翻转，揭开底部，将开放式支架的螺钉头朝向自己，插入并旋转，使三臂在三个凸出的扣子下面，确保螺孔对准，然后插入一个M3 X 10毫米的螺钉。
如果选择被动悬浮，则在底部中心钻一个小孔，用来安装系留绳，这样就不需要当前形式的感应照明。
主动悬浮不需要系留绳。
感应照明（仅与无线充电器搭配使用时需要）
将基座放置在一个小中央凹槽上，将一个LED灯放入凹槽中，并使用胶水或胶带固定，将剩余的灯线绕到圆柱形空腔中，将线圈硬纸管放入空腔中，并使用胶水或胶带固定。
将第二个LED灯引线穿过飞碟身体的小开口。
使用M3 X 10毫米的螺钉将基座固定到机身上，在机身中的两个空腔中使用一个自由的螺孔。
拆卸先前插入的固定开放式支架的螺钉。
旋转基座以与机体上的两个空洞对齐，并用M3 X 10毫米的螺钉固定。
将连接在圆顶窗口上的磁铁端插入开放式支架，如果磁铁不够牢固，可以在磁铁周围包上一层胶带或使用柔性胶水，以便必要时轻松拆卸。
这样飞碟的组装就完成了。
步骤7：支撑管
悬浮站需要3根支撑管。
这些管子是由6毫米空心不锈钢制成，长度为70毫米。
使用锉刀锯去毛刺后，在每个端部安装螺纹插件。
准备一个镀铬的M3 x 10毫米中空支柱，通过在一端的边缘上磨出一个浅锥形来形成一个浅倾斜。
（相比于未镀铬的黄铜支撑柱，镀铬的M3支撑柱稍微宽一些，更加贴合，这可能只是供应商差异造成的）。
这个锥形是为了让支撑柱恰好能够放入钢管的内侧边缘，而不会滑落。
在钢管的另一端插入一个平头螺栓或钉子，让它的平头与管的外围重叠。
拿起钢管，让支撑柱面向下，并将其放在虎钳或木板的平顶表面上。用锤子轻轻拍打螺栓或钉子的头部，把支撑柱驱进管子里。
取出螺母/钉子。
在最终安装之前，注意在头部和基座上的孔中测试管子的贴合情况。
步骤8：尾部盖
尾部盖用于隐藏悬浮模块（LM）的电源插头和安装电源指示灯。
打印时，两个中空圆柱体将会有由于打印过程产生的脊线，以便在制造和测试过程中更容易拆除。使用砂纸抛光圆柱体表面以去除脊线，这将使拆卸更加容易。
指示灯由紫外LED和电阻器组成，接线到电源插座的12V。
计算电阻器值和功率评级：
电阻器 = V/R，Rled =（Vin-Vled）/ I =（12V-3V）/ 10mA = 900R（最接近的相等值为910R）。
功率= V * I = Vrled * I = 9V * 10mA = 90mW（最接近的相等值为125mW）。
在将指示灯安装到尾部盖之前，使用12V进行测试（注意极性）。如果不发光，请检查短路和/或开路，并使用测试仪正确定位LED的极性。
将指示灯固定在尾部盖的中央孔上，并将线（约80mm）从头部单元的中央孔中穿过。
步骤9：悬浮模块
悬浮模块（LM）是一个完全集成的单元，包括电磁铁、霍尔效应传感器、驱动器和控制逻辑。
LM插入到头部单元中，该单元还容纳电源插座。
头部单元的盖子由两个部分组成，盖子和盖子的盖子。
插座和LM由盖子固定在原位。
盖子盖子的盖子是可选的，因为它的唯一作用是装饰。
它们单独或组合使用与5个M2.5 x 10mm螺钉安装到头部单元。
步骤10：悬浮底座装配
将两个前支管插入头部和底座单元的前向孔，并将两个单元向彼此压缩，形成50mm的间隙。此间隙非常关键，用来确保在悬浮期间，飞碟与无线充电垫之间的距离不会太远，这可能会影响感应照明，使其无法正常工作。
将第三根管子插入背面的孔中，停在头部单元的孔中。
将螺母螺纹到M3 x 10mm螺钉上，并插入第三个管子的下插孔中，涂上清漆/油漆或螺纹锁定剂并拧紧。
使用5个M3 x 10mm螺钉固定管子。
将M3 x 6mm螺钉插入底座单元第三个管子后面的水平孔中，并拧紧。
通过验证气泡水平仪来调整螺钉和头/底座单元来确保头部单元水平。
为了防止杂质黏附到电磁铁接触面并为霍尔传感器提供额外的保护，安装一块薄的半刚性塑料。
使用悬浮模块作为模板，在半刚性塑料上用细尖笔画出电磁铁的轮廓线，然后使用剪刀沿着线剪开，并将其安装在头部单元前部的底部。用胶水或胶带固定。
将紫外线LED的引线穿过电源插座下方的孔，并将引线焊接到正负引脚上。
将悬浮模块放入头部单元，并将电源插座放在插座中。
将悬浮模块电源电缆从头部单元中央通道向上移动，并插入插座孔中。
将尾部盖件按压到位。
将圆顶粘在LED的中心。
步骤 11：感应单元
悬浮底座设计用于容纳最大直径为 100 毫米、最大厚度为 13 毫米的圆形无线充电垫（WCP）。
通过创建垫片，可以容纳小的充电器。
在这种情况下，为本项目使用的充电器包含一个高度为 6 毫米的垫片。
垫片只需按入基座环中即可。
将电缆从中央通道引出，并插入无线充电垫。
将无线充电垫按压到基座环中。
步骤 12：操作
将 LM 和 WCP（如果包含在内）的电源适配器插入插座中，电源指示灯将亮起。
主动悬浮
手持飞碟，在使用手指保持两者之间的距离的同时，将其放置在悬浮机头下方。小心调整位置，直到找到最佳位置，飞碟就会漂浮起来。
感应照明
如果安装了无线充电器，LED 灯会闪烁。
在使用过程中，设备会有些许发热，无线充电板约为 20 度，悬浮底座头部约为 27 度，室温为 19 度。
故障排除
组装完成的飞碟重量为 38 克，但可以通过添加更多或更大的垫圈来进行调整。
如果飞碟一直被吸引到磁铁上，可以稍微增加重量；如果一直落下，可以稍微减少重量。
为了实现最佳悬浮效果，可以在不拆卸的情况下添加一些少量的黏性填料进行重量调整，然后内部替换同等重量物品。
如果验证了感应照明在飞碟放在无线充电器上时工作正常但在悬浮时无法工作，简单的解决方法是将 WCP 的高度调高，更靠近飞碟。
希望你觉得这个项目很有趣！
原文作者：Gammawave
原文链接：https://www.instructables.com/Locked-in-Space/
译文首发于公众号：DF创客社区
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