Эзотерические приводы

Моторы повсюду; Двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока, шаговые двигатели и множество других. В этой статье я собираюсь выйти за рамки этих обычных устройств и найти более эзотерические и необычные электронные приводы, которые могут найти место в одном из ваших проектов. В любом случае их механизмы интересны сами по себе! Присоединяйтесь ко мне после перерыва для обзора пьезо, магнитострикционных, магнитореологических, звуковых катушек, гальванометров и других приборов. Мне бы тоже хотелось услышать о ваших любимых приводах и двигателях, поэтому, пожалуйста, оставьте комментарий ниже!

Пьезоэлектрические материалы иногда кажутся волшебством. Приложите напряжение к пьезоэлектрическому материалу, и он начнет двигаться, вот и все. Загвоздка, конечно, в том, что он мало двигается. Пьезоэлектрическое устройство, с которым вы, вероятно, наиболее знакомы, — это скромный зуммер. Обычно вы управляете ими с напряжением менее 10 вольт. Хотя зуммер издает отчетливо слышимый звук, вы не можете увидеть, как он изгибается (как показано выше).

Чтобы измерить движение зуммера, я недавно попытался управлять им с помощью пьезо-драйвера на 150 В, в результате общее отклонение составило около 0,1 мм. Не очень много по обычным меркам!

Однако для некоторых приложений основной интерес представляет разрешение, а не дальность перемещения. Именно здесь пьезоактуаторы действительно проявляют себя с лучшей стороны. Примером применения пьезоактюаторов, пожалуй, является сканирующий зондовый микроскоп. Для визуализации отдельных атомов часто требуется субнанометровая точность (менее 1000 из 1000 1 миллиметра). Пьезо-стеки здесь идеальны (хотя хакеры также использовали дешевые зуммеры!).

Однако иногда вам нужна высокая точность в большем диапазоне хода. Существует ряд пьезоконфигураций, которые позволяют это сделать. В частности, Inchworm, «LEGS» и скользящие приводы.

Привод PiezoMotor LEGS показан выше. Как уже отмечалось, пьезоэлементы производят лишь небольшое (обычно субмиллиметровое) движение. Вместо того, чтобы использовать это движение напрямую, LEGS использует его, чтобы «ходить» вдоль стержня, толкая его вперед и назад. Таким образом, стержень перемещается с крошечными нанометровыми шагами. Однако пьезоэлементы могут двигаться быстро (сгибаясь тысячи раз в секунду). А LEGS (и аналогичный привод Inchworm) обеспечивают относительно быстрое движение с большой силой и высоким разрешением.

Трюк со скатертью (да, это подделка, с ребенком все в порядке, не волнуйтесь. :))

Другой тип пьезоактуатора с большим ходом использует «феномен прерывистого движения». Это очень похоже на фокус со скатертью, показанный выше. Если вы будете тянуть ткань медленно, между тканью и посудой возникнет значительное трение, и они будут тянуться вместе с тканью. Потяните быстро, и трения будет меньше, и посуда останется на месте.

Эта разница между статическим и динамическим трением используется в приводах скачкообразного действия. Основной механизм показан на рисунке ниже.

При выдвижении и замедлении челюсть вращает винт, но если пьезоблок быстро сжать, винт не вернется. Таким образом, винт можно заставить вращаться. При инвертировании процесса (быстрое растяжение, затем медленное сжатие) процесс меняется на обратный и винт поворачивается в противоположном направлении. Особенность этой конфигурации в том, что она сохраняет большую часть исходной точности пьезоэлемента. Пикомоторы имеют разрешение около 30 нанометров в огромном диапазоне хода, обычно 25 мм. Они обычно используются для оптической фокусировки и выравнивания, и их можно купить на eBay примерно за 100 долларов. Да, и их также можно использовать для создания музыки. Среди фаворитов — Stairway to Heaven и не 1, а 2 версии Still Alive (из Portal). Обязательная демонстрация Имперского марша заложена здесь:

Существует множество других пьезоконфигураций, но обычно они используются для обеспечения движения с высокой силой и высокой точностью. Еще несколько я документирую в своем блоге.

Магнитострикция – это тенденция материала изменять форму под действием магнитного поля. В последнее время мы довольно много говорим о магнитострикции. Однако, как и пьезоэлементы, его также можно использовать для высокоточного движения. В отличие от пьезоэлементов, для работы им требуется относительно низкое напряжение, и они нашли нишевое применение.