levitador electromagnético utilizando un sensor HALL simétrico " Hall-Effect Magnetic Levitator "

hola que tal a todos y sean nuevamente bienvenidos a este pequeño blog, hoy les traigo esta nueva entrada la cual trata sobre un nuevo levitador electromagnético que he realizado, pero a diferencia del que presente hace un tiempo aquí en el blog, el cual utiliza sensores ópticos infrarrojo IR, este nuevo utiliza sensores de efecto Hall de salida simétrica

pero antes que es un levitador electromagnético:

un levitador electromagnético es un circuito o aparato electrónico capaz de mantener un objeto metálico suspendido o flotando el aire sin nada físico visible que lo sostenga

 entonces que mantiene el objeto levitante suspendido en el aire??

pues el objeto levitante solo se mantiene suspendido o levitando en el aire nada más y nada menos que por medio de una fuerza electromagnética generada por un electroimán, el cual es controlado por un circuito el cual detecta la posición del objeto levitante para controlar el nivel de potencia necesaria en el electroimán para mantener el objeto levitando y estable en una sola posición

como detecta la posición del objeto levitante:

 pues en esta versión la posición del objeto levitante, es detectada por medio de un sensor de efecto Hall ( ojo esta versión requiere que el objeto levitante tenga obligatoriamente un pequeño imán de neodimio o de los contrario no funcionara) el cual cuando no hay un objeto levitante el circuito de control activa el electroimán a máxima potencia, ahora al colocar el objeto levitante este es atraído por el electroimán entonces este empieza a subir, al subir el objeto levitante, el sensor Hall detecta el campo magnético del imán del objeto levitante, enviando una señal al circuito de control para que ajuste el ciclo de trabajo del electroimán para reducir su potencia, ahora una vez que se redujo la potencia del electroimán el objeto levitante cae debido la fuerza gravedad, entonces el sensor Hall al no detectar el campo magnético del objeto levitante hace que el circuito de control active nuevamente el electroimán a máxima potencia atrayendo nuevamente el objeto levitante y así se repite el ciclo miles de veces por minuto (de hecho el objeto levitante está vibrando cuando está levitando pero debido a que este proceso ocurre tan rápido es imperceptible para el ojo humano)

en mi caso he usado un sensor de efecto Hall simétrico debido a que no tengo acceso a un sensor de efecto Hall de tres pines y lineal como el  SS945, entonces he utilizado uno del tipo simétrico porque estos se consiguen fácilmente en motores DC sin escobillas es mi caso este sensor lo he sacado de un motor DC sin escobilla que encontré dentro de una vieja unidad de disquetes pero también se puede sacar de otros motores como el que utiliza las lectoras de CD he incluso en alguno motores de unidades de disco duros

pero el problema de estos sensores Hall simétricos es que sus salidas no tienen polaridad definida

el voltaje entre la salida + y - del sensor de efecto Hall puede oscilar positivo y negativo, pero cuando se hace referencia a tierra, uno subirá y el otro bajará (o lo contrario, dependiendo de la polaridad del campo magnético)

para obtener una salida de sensor útil, los dos voltajes son comparados y amplificados por un amplificador diferencial, ahora la salida del amplificador diferencial se le inyecta a un TL494 (KA7500), el cual comparará esa señal con un voltaje referencia de error que se preestablece mediante un potenciómetro, esto hará que el TL494 ajuste automáticamente el ciclo de trabajo del electroimán para mantener el sensor Hall en un nivel óptimo y el objeto levitando

sin mas que decir veamos el diagrama de este levitador

diagrama del levitador electromagnético utilizando un sensor HALL simetrico :

cómo pueden ver en el diagrama el circuito no es muy difícil de realizar solo hay que estar muy atento de no cometer un error a la hora de montar los componentes del circuito

por otro lado, los componentes necesarios para realizar este circuito son muy fáciles de conseguir en mi caso todos los componentes fueron reciclados de aparatos que ya no funcionaban

materiales: 

• un TL071 o cualquier otro amplificador operacional " OPAM " similar, en caso de no conseguir puedes usar fácilmente amplificadores operacionales doble como el TL072 o un LM358 o similares y solo usas uno de los dos amplificadores operacionales que vienen dentro del chip, en mi caso he usado uno de los dos amplificadores operacionales que vienen dentro de un JRC4558
• un TL494 o un KA7500
• un mosfet, este puede ser un IRF3205, un IRF540, un IRFZ44, un IRFZ48 entre otros mosfets con caracteristicas similares a los mencionados 
• un pequeño disipador de calor para el mosfet
• un sensor de efecto Hall simetrico, mas adelante veremos como conseguir estos sensores de efecto Hall simetrico facilmente
• un electroiman, este puede ser ya hecho o lo podemos hacer en casa, en caso de hacerlo en casa hay que bobinar sobre un tornillo 1200 espiras de alambre de cobre esmatado, mas adelante tendremos mas detalles de como hacerlo 
• un diodo FR107
• un diodo 1N4007
• dos diodos LED de cualquier color 
• tres resistencia de 56K
• una resistencia de 560 OHM
• una resistencia de 91 OHM
• una resistencia de 910 OHM
• dos resistencia de 1K
• una resistencia de 1.2K
• una resistencia de 2.2K
• una resistencia de 2.7K
• dos resistencia de 390K
• un potenciometro o reostato de 50K
• un capacitor de 220NF
• un capacitor de 100NF
• un capacitor de 1000UF 25V
• una pequeña PCB universal para montar todos los componentes 
• una fuente de alimentacion de 12 a 15 voltios DC con una corriente de 2 amperios, el consumo del circuito depende de las caracteristica del electroiman

electroimán :

bueno en mi caso el electroiman fue realizado en casa, pero ustedes pueden usar uno ya hecho ya sea de algun relet o de algun otro aparato
en mi caso el electroiman lo he realizado bobinando 1200 espiras de alambre de cobre esmaltado de 0.4mm sobre un tornillo de 10 centimetros de largo por 1 centimetro de diametro con una cabeza " la parte de la tuerca del tornillo " de 1.5 centimetro mientas mas pequeña esta cabeza el objeto levitante se mantendra mas centrado y sera mas facil hacerlo levitar
el tornillo no es muy critico ya que este puede ser mas largo o mas corto lo importante es que puedas bobinar todas las espiras de alambre de cobre esmaltado en el, y que sea de metal ferroso
mi electro iman ya terminado tiene una ipedancia de 5.5 OHM
pero usted puede ajustar a gusto el electriman ya sea para hacerlo mas potente o mas pequeño todo depende de tu creatividad

importante :

es indispensable el uso de un pequeño imán de neodimio en el objeto a levitar ya que de lo contrario el levitador no funcionara y simplemente si el objeto levitante en metálico se quedara pegado al electroimán, esta es una pequeña desventaja de este levitador comparado con el levitador que utiliza sensores ópticos, ya que la que utiliza sensores ópticos simplemente necesita que el objeto a levitar sea metálico y no muy pesado para hacerlo levitar, puedes ver el levitador con sensores ópticos aquí

el sensor de efecto Hall debe ser colocado ser fijado en el extremo del electroimán donde será atraído el objeto levitante, una vez fijado el sensor Hall debes asegurarte de que funcionan bien el circuito de control, para hacer esto debes colocar un tester en la escala de voltaje en paralelo con las conexiones del electroimán debe haber aproximadamente de 5 a 7 voltios y luego procedes a acercar con cuidado un pequeño objeto levitante " como les había mencionado antes este debe tener un pequeño imán de neodimio " al sensor Hall ya fijado al electroimán y al acercar el objeto levitante el voltaje debe ir bajando hasta llegar a cero, si esto no sucede deveras intercambiar las conexiones de los pines 2 y 4 del sensor Hall para que el levitador funcione correctamente

por otro lado es importante proteger al sensor Hall contra posibles impactos por parte del objeto levitante, ya que mientras ajustamos nuestro levitador magnético de repente el objeto levitante puede ser atraído por el electroimán con mucha fuerza y podría fácilmente aplastar el sensor Hall dejando destruido, para protegerlo podemos pegarle un trozo de plástico o cubrirlo con una gruesa capa de resisa o silicona y de esta manera mantendremos a salvo el sensor en caso de un impacto por parte del objeto levitante

el potenciómetro de 50K es para ajustar la potencia del electroimán de acuerdo al peso del objeto levitante, este se debe girar lentamente hasta que los objeto a levitar levite sin problemas, para cada objeto levitante a usar es necesario ajustar el potenciómetro, ya que si por ejemplo el potenciómetro está en la mínima potencia el objeto levitante no levitara debido a que el electroimán no tendrá la suficiente potencia para atraerlo y mantenerlo suspendido, mientras que si el potenciómetro este en la posición de máxima potencia el objeto levitante será atraído por el electroimán y el objeto levitante se quedara pegado al mismo  

donde conseguir sensor de efecto Hall simetrico:

aqui podran apreciar lo facil que es conseguir estos sensores de efecto Hall simetrico de motores DC sin escobillas en mi caso como les habia mencinado antes yo lo saque de una  vieja unidad de disquetes pero también se puede sacar de otros motores como el que utiliza las lectoras de CD he incluso en alguno motores de unidades de disco duros o de los motores de algunas viejas fotocopiadoras entre otros motores DC sin escobillas, algunos motores traen estos mismos sensores Hall en encapsulados diferentes como veran en la siguente foto 

aunque la foto no es muy buena se pueden apreciar a los sensores Hall con un encapsulado similar al de un transistor TO92 pero con la diferencia de que tienen 4 pines, estos sensores tambien funcionaran para realizar nuestro levitador el orden de los pines de este tipo de sensor lo podras ver en el diagrama del circuito de este levitador magnetico 
estos sensores los saque de un motor DC sin escobilla de una vieja foto copiadora

fotos del levitador electromagnético  utilizando un sensor HALL simetrico " Hall-Effect Magnetic Levitator " :

aquí como ven ya tenemos el electroimán realizado en casa para nuestro levitador al cual le he fijado el sensor de efecto Hall en su extremo de abajo donde será atraído el objeto a levitar, ahora como podrá notar en la esquina izquierda de la foto, hay una pequeña plaquita, en esta plaquita se encuentra el

OPAM que conforma el amplificador diferencial

aquí en esta foto podemos apreciar más de cerca el sensor de efecto Hall fijado en el extremo del electroimán que hemos hecho en casa, como les mencione antes es muy importante proteger el sensor contra posibles impactos por parte de los objetos levitante o lo lamentara, ya que un solo impacto lo puede destruir, esto se puede hacer cubriéndolo con una generosa capa de resina o silicona o con trozo de plástico que cubra el sensor

aquí en esta foto podemos apreciar el circuito de control del levitador el cual está conformado por el chip TL494 o el KA7500 y junto a él se encuentra el mosfet de potencia utilizado para controlar la potencia del electroimán

una vez que hemos montado todos los componentes del circuito de control y hayamos fijado correctamente el sensor de efecto Hall en su lugar y después de haber derramado sudor y lágrimas ajustando el circuito ya es hora de probar a ver que tal funciona nuestro levitador electromagnético

para eso tomamos nuestro objeto a levitar el cual como les mencione antes debe tener un pequeño imán de neodimio o puedes usar directamente un pequeño imán de neodimio como objeto levitante, una vez que ya tenemos el objeto que levitaremos procedemos a energizar nuestro levitador una vez energizado empezamos a acercar lentamente el objeto a levitar al electroimán al principio puede que simplemente se pegue al electroimán o que se caiga pero no se deserpere tenga mucha paciencia, si pasa esto simplemente tome nuevamente el objeto a levitar y empiece a acercar nuevamente el objeto a levitar al electroimán pero lentamente y gire lentamente el potenciómetro hasta que el objeto levitante quede levitando sin problemas como los objetos levitantes que veras a continuación en las siguientes fotos " recuerde que para cada objeto levitante que queramos levitar es necesario ajustar el potenciómetro  "

como podrán observar en las fotos nuestro levitador electromagnético utilizando un sensor HALL simétrico funciona perfectamente sin ningún problema manteniendo los objetos levitantes muy estables

prueba de funcionamiento dellevitador electromagnético utilizando un sensor HALL simétrico " Hall-Effect Magnetic Levitator " 

como podrán ver en los videos el levitador funciona perfectamente sin problemas alguno

si ya has leído hasta aquí de seguro ya armaste y probaste este levitador y te ha funcionado sin problemas alguno y estarás muy feliz levitando algunos objetos en el ;)

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