Wie macht man den Elektromagneten eines Magnetschwebegeräts?

Wir sprechen hier von Gleichstrom-Stabelektromagneten. Kurz gesagt gibt es zwei Aufgaben bei der Konstruktion von Elektromagneten. Erstens, um eine bestimmte Magnetkraft zu erhalten, und zweitens, um eine Überhitzung der Spule zu vermeiden.

Die grundlegenden notwendigen Gleichungen für magnetische Eigenschaften der Elektromagnete sind

1. Magnetflußdichte

2. Magnetischer Fluss

3. Magnetische Feldstärke

4. Magnetomotorische Kraft im Luftspalt

Erster Versuch

Der Durchmesser des Kerns, der ein 30 gr. aufhängen kann. Batterie in einem Abstand von – sagen wir – 17 mm vom Pol des Elektromagneten, darf nicht weniger als 7 mm Durchmesser haben (bei Sättigung). Ein Kern mit einem Durchmesser von 10 mm ist also eine sichere Wahl. Dieser Kern hat eine Haltekraft von etwa 4,5 kg, wenn er gesättigt ist (dh 1,6 T).

Das beste Material für den Kern ist „Schmiedeeisen“ oder „Magneteisen“. Sie haben eine hohe Permeabilität und keinen Restmagnetismus. Wenn Sie keinen Zugang zu diesen Materialien haben, können Sie Stahlschrauben der Serie 400 verwenden. Und noch besser, Sie können sie an ihrem Curie-Punkt kochen (mindestens 10 Minuten) und sehr langsam abkühlen lassen. Eine 10-mm-Schraube hat einen Kopf (Pol) von etwa 15 mm. Die Länge unseres Kerns (und folglich der Spule) spielt zwei Rollen: Erstens verlängert sie die magnetischen Linien (ok wird sehr schwach, bevor sie zum anderen Pol zurückkehrt) und zweitens vergrößert sie die äußere Oberfläche, was die Konvektion unterstützt und eine Überhitzung der Spule verhindert. Wählen wir eine Länge von 8 cm.

Der Polquerschnitt beträgt 1,767 cm^2 und die zu schwebende Masse beträgt etwa 0,3 N. Die erforderliche magnetische Flussdichte beträgt also 0,0650 Wb/m^2 (weit entfernt von der Sättigung!). Der gesamte magnetische Fluss im Kernbereich beträgt 0,0000114 Wb, was auch für den Spalt gilt, und die magnetische Feldstärke beträgt etwa 51.500 AT/m. Daher liegt der mmf in der 17-mm-Lücke bei etwa 875 AT. Die endgültige Hubkraft dieses Elektromagneten beträgt also 0,45 kg.

Wenn wir nun eine 8 cm lange Spule mit 0,8 cm Wicklungstiefe füllen und die Endtemperatur der Spule mit Lackdraht AWG 24 (ca AT und all dies wird durch einen Strom von etwa 500 mA erzeugt.

Ich überlasse Ihnen die Optimierung dieses Elektromagneten sowie die Berechnung der Induktivität und des Widerstands der Spule, der Drahtlänge (bekannt als mittlere Windungslänge), des Drahtgewichts und schließlich der Kosten.