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mise à jour
le 28/01/2017

Dispositif de sustentation magnétique -

maquette de train à sustentation magnétique

 

Ce petit montage permet de toucher du doigt le phénomène de la sustentation électromagnétique, dont le principe de base est le même que celui des Maglev allemands et japonais, pourvus de systèmes beaucoup plus élaborés que celui-ci.

Quoi qu'il en soit, il est tout de même étonnant d'imaginer que, d'après les théories actuelles, ce sont des particules aussi immatérielles que les photons qui maintiennent cette balle de ping-pong et cette bille d'acier en équilibre. Et que dire des trains cités plus haut !

C'est vrai aussi que les gravitons qui attirent ces objets vers le bas sont des particules encore plus mystérieuses, qu'aucune expérience n'a réussi à mettre en évidence à ce jour !

 

Comment une balle de ping-pong peut-elle être attirée par un champ magnétique?
Le "secret"  , deux aimants au Néodyme (W-05-G de Supermagnete ) mis bout à bout et collés à l'intérieur...

Le dispositif est en principe très simple :

1 - un électroaimant fixé sur un support attire l'aimant introduit dans la balle de ping-pong

2 - pour éviter que la balle ne vienne se coller à l'électroaimant, il est faut interposer une barrière lumineuse. L
orsque la balle est située sous le faisceau lumineux, elle est attirée vers le haut et elle coupe alors le faisceau : l'attraction s'arrête, la balle redescend et le cycle recommence...

 
sustentation v3
principe suite

 

Le problème est que si l'on réalise un tel dispositif, il ne fonctionne pas ...

en effet, le corps suspendu n'étant soumis à aucun frottement mécanique, à part celui de l'air qui est négligeable, les oscillations ont tendance à s'amplifier rapidement et finissent par provoquer le décrochage de l'objet : pour obtenir un comportement stable, il faut agir sur le signal électrique de façon à limiter l'amplitude du mouvement

C'est ce que fait le schéma suivant

en allant du repère A au repère D, on trouve dans l'ordre :

- un pont diviseur de tension constitué d'une résistance et d'une photodiode : au point A apparaît le signal de correction de position qui est appliqué ensuite à un LM324 monté en suiveur (ou en adaptateur d'impédance) - brochage du LM324 (pdf)

- un réseau RC qui, en fonction de la fréquence d'oscillation de l'objet, crée un déphasage variable du signal que l'on retrouve au point B et qui tend à diminuer l'amplitude des oscillations (dernières courbes en bas de cette page)

- enfin un second LM324 qui amplifie suffisamment le signal modifié (point C) pour que le Darlington final travaille quasiment en commutation (point D)

- voir aussi la FAQ

schéma v3

 

Ci-dessous, une série de courbes mettant en évidence les déphasages entre les différents points de mesure, ainsi que les phénomènes d'hystérésis dus au noyau ferromagnétique de l'électroaimant. La tension au point A est fonction de la position de la partie supérieure de la sphère dans un faisceau laser : 1 V ≈ 1/10 mm.
(cliquer pour agrandir)
points A et B
points A et D
point A et capteur à effet Hall posé sur l'électroaimant
point D et capteur à effet Hall posé sur l'électroaimant


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Accrochage et stabilisation d'une balle de ping-pong
(cliquer pour agrandir)

1 - en la soulevant jusqu'à ce qu'elle soit attirée par l'électroaimant
 
2 - en la laissant tomber vers son niveau d'équilibre
 
     

Ces deux relevés sont intéressants, car ils montrent comment se réalise l'amortissement en moins d'1/10 de seconde : dès que la balle commence à monter, l'alimentation se coupe, et dès qu'elle amorce sa descente, la tension se rétablit

Cette action à contretemps du champ magnétique assure la stabilité du dispositif : le principe est un peu le même que pour une balançoire dont l'amplitude augmente tant que les poussées accompagnent le mouvement, et qui au contraire diminue lorsque les poussées sont désynchronisées (on peut vérifier l'efficacité du dispositif en débranchant le condensateur...)



le guide de fabrication du module version 3 est disponible au téléchargement dans la boutique lévitation
kit v3

 

Maquette de train à sustentation magnétique de type Maglev

Le dispositif est constitué de 2 modules de sustentation magnétique version 3, montés bout à bout
Sa masse est de 189 g avec les piles et il consomme environ 7 W
La température des bobines peut atteindre 90 °C



Ci-dessous, une seconde version alimentée par 4 batteries Lithium-Polymère 600mAh - 3,7V montées en série.
La tension d'alimentation du montage est donc de 14,8 V.
Le montage consommant environ 400 mA, l'autonomie théorique devrait dépasser une heure.
En pratique la maquette décroche du rail au bout de 25 min...


 

Troisième version équipée cette fois de 5 batteries LiPo de 600mAh totalisant donc 18,5V.
Destinée à évoluer à une bonne distance du sol, cette maquette est à présent équipée d'arceaux de sécurité !!!...


Prochaine évolution : faire circuler cette maquette en circuit fermé, équipée d'un système de propulsion...

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Ci-dessous des images thermographiques du modèle en fonctionnement.
On remarque que les éléments les plus sollicités sont les 2 bobines L1 et
les 2 résistances R7 (1/4W) qui alimentent les leds infrarouges LED1.

L'une des bobines L1 est plus chaude que l'autre, probablement
dû à une différence de distances par rapport au tube.

thermographie 4

 

thermographie 6


 
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