如何使用指尖陀螺制作一個(gè)無(wú)刷電機(jī)

就像神奇寶貝的熱潮一樣，指尖陀螺突然流行起來(lái)，讓其中一個(gè)在你的手指之間旋轉(zhuǎn)變得更加流行。但是最近人們（包括我）最終厭倦了它，因此在這個(gè)項(xiàng)目中，讓我們通過(guò)使用指尖陀螺構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電機(jī)來(lái)為指尖陀螺帶來(lái)新的目的。有了這個(gè)電路，您將能夠在基本物理學(xué)的幫助下使指尖陀螺永遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)，而不必?fù)?dān)心它在房間的某個(gè)角落閑置。您還將了解無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@里使用的概念與著名的BLDC 電機(jī)中使用的概念相同。聽起來(lái)很有趣?讓我們開始吧...

所需材料：

指尖陀螺

12V 電磁鐵

釹磁鐵

12V 直流適配器

7805 穩(wěn)壓器

1N4007 二極管

電阻器（1K 和 10K）

發(fā)光二極管

霍爾傳感器 （US1881）

連接線

面包板

固定旋轉(zhuǎn)器和電磁鐵的裝置

如何讓指尖陀螺無(wú)限旋轉(zhuǎn)？

如果您了解其工作背后的概念，則該項(xiàng)目簡(jiǎn)單易構(gòu)建，我們現(xiàn)在將對(duì)此進(jìn)行討論。因此，正如我們之前所說(shuō)，我們將使用與 BLDC 電機(jī)相同的概念。BLDC 電機(jī)非常有名，在無(wú)人機(jī)、遙控護(hù)理以及主要是電動(dòng)汽車中的重要應(yīng)用。這些電機(jī)使用霍爾傳感器而不是普通電刷，因此標(biāo)志性的名稱為無(wú)刷直流電機(jī)。我不想太深入地了解它的工作原理，但在這里我簡(jiǎn)要解釋一下BLDC 電機(jī)的工作原理。在 BLDC（輪轂型）電機(jī)中，定子將繞組形成電磁鐵，轉(zhuǎn)子將具有永磁體。稱為霍爾傳感器的傳感器用于感測(cè)與電磁鐵相反的磁鐵的極性，并使用該信息觸發(fā)具有相同極性的電磁鐵。正如我們所知，就像極排斥一樣，因此電磁鐵會(huì)將永磁體推開，使其旋轉(zhuǎn)。重復(fù)此順序，霍爾傳感器將讀取磁體極性并有序觸發(fā)電磁鐵以保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在，來(lái)到我們的項(xiàng)目，將指尖陀螺變成無(wú)刷電機(jī)。在這里，指尖陀螺是轉(zhuǎn)子。由于普通的指尖陀螺沒(méi)有任何磁鐵，因此我們必須將磁鐵固定在指尖陀螺上。確保僅使用釹磁鐵，并確保所有磁鐵朝上或同一極。你可以通過(guò)使用另一個(gè)磁鐵來(lái)做到這一點(diǎn)，我的微調(diào)器末端有一個(gè)金屬片，因此很容易粘住磁鐵，如下所示。我還拆下了中心外殼以露出滾珠軸承。

轉(zhuǎn)子現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好了磁鐵，接下來(lái)我們需要將電磁鐵直接放置在磁鐵路徑下方，以便我們可以排斥磁鐵。我的是一個(gè) 12V 電磁鐵，為您的電源并使其靠近您的所有磁鐵，以確保它們相互漣漪?，F(xiàn)在我們需要感知磁鐵何時(shí)在電磁鐵頂部并僅在那時(shí)觸發(fā)它。一旦磁鐵產(chǎn)生波紋，我們應(yīng)該關(guān)閉電磁鐵，讓指尖陀螺自由旋轉(zhuǎn)，并在電磁鐵上方遇到釹磁鐵時(shí)再次打開電磁鐵，這就是你將得到一個(gè)指尖陀螺的方式，每次檢測(cè)都會(huì)旋轉(zhuǎn)。這種檢測(cè)和觸發(fā)可以使用下面的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

電路圖及說(shuō)明：

下面給出了指尖陀螺電機(jī)項(xiàng)目的完整電路圖，下面進(jìn)一步解釋電路中每個(gè)組件的責(zé)任。

12V 直流適配器：該項(xiàng)目對(duì)12V的需求是電磁鐵僅使用12V工作。它還消耗約330mA電流，因此我選擇了12V 1A DC適配器作為電源。

7805 穩(wěn)壓器：該項(xiàng)目的電源為 12V，但我們需要為霍爾傳感器和 L293D 模塊提供穩(wěn)定的 5V，因此我們使用 7805 將 12V 轉(zhuǎn)換為 5V。

L293D 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：如前所述，我們必須根據(jù)磁鐵在指尖陀螺上的位置快速打開和關(guān)閉電磁鐵。L293D 通常用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但它也可用于我們的應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)電磁鐵。它從霍爾傳感器獲取輸入，并根據(jù)該輸入打開或關(guān)閉電磁鐵。我們將只使用一個(gè)電磁鐵，因此另一個(gè)部分是空閑的。

霍爾傳感器：霍爾傳感器用于檢查磁鐵是否直接在電磁鐵的頂部，只有當(dāng)它在那里時(shí)，它才會(huì)通過(guò) L293D 為電磁鐵供電;否則，電磁鐵將保持關(guān)閉狀態(tài)。

電阻 10k：10K 電阻用于拉高霍爾傳感器的輸出引腳，該電阻是必需的，否則傳感器的輸出引腳將保持浮動(dòng)狀態(tài)。

電阻器 1K 和 LED：電阻與 LED 結(jié)合使用，用于指示霍爾傳感器是否檢測(cè)到磁鐵。如果檢測(cè)到磁鐵，LED 將熄滅，否則它將保持亮起。您可以在下面的視頻中檢查這一點(diǎn)。

二極管：二極管只是一個(gè)續(xù)流二極管，由于其電感性質(zhì)，它可以保護(hù)L293D免受電磁鐵的反向電流的影響。如果您正在短時(shí)間內(nèi)測(cè)試它，則可以選擇使用它。

電容器（C1 和 C2）：電容器 C1 和 C2 是平滑電容器，只允許純直流流過(guò)它，因?yàn)樗鼈儗⒃试S交流電通過(guò)接地。這些電容器也是可選的。

完成電路后，將霍爾傳感器放置在電磁鐵上方一點(diǎn)，然后將指尖陀螺放在電磁鐵上，以保持最小的氣隙。我使用螺紋螺栓和螺母進(jìn)行所需的布置，您可以使用自己的方法。我的下面看起來(lái)像這樣。

讓我們旋轉(zhuǎn)指尖陀螺：

一旦您準(zhǔn)備好電路并按照上圖所示安排了微調(diào)器，就可以將您的指尖旋轉(zhuǎn)器視為 BLCD 電機(jī)。只需給微調(diào)器一個(gè)初始推動(dòng)，你就會(huì)讓它永遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)，如下面的視頻所示。

如果它沒(méi)有按預(yù)期工作，請(qǐng)使用電路中的 LED 檢查霍爾傳感器是否正常工作，并檢查電磁鐵是否正確通電和斷電。還要確保霍爾傳感器的右側(cè)朝上，并且磁體的極性也與前面描述的相同。旋轉(zhuǎn)器的速度取決于霍爾傳感器的位置和氣隙的距離。您可以嘗試使用霍爾傳感器并檢查您在哪個(gè)位置獲得最大速度。