Attuatori esoterici

I motori sono ovunque; Motori DC, motori AC, stepper e molti altri. In questo articolo guarderò oltre questi dispositivi comuni e cercherò attuatori elettronici più esoterici e insoliti che potrebbero trovare posto in uno dei tuoi progetti. In ogni caso, i loro meccanismi sono interessanti di per sé! Unisciti a me dopo la pausa per un'indagine su dispositivi piezoelettrici, magnetostrittivi, magnetoreologici, bobine vocali, galvonometri e altri dispositivi. Mi piacerebbe anche conoscere i tuoi attuatori e motori preferiti, quindi commenta qui sotto!

I materiali piezoelettrici a volte sembrano magici. Applica una tensione a un materiale piezoelettrico e questo si muoverà, in modo semplice. Il problema ovviamente è che non si muove molto. Il dispositivo piezoelettrico con cui probabilmente hai più familiarità è l'umile cicalino. Di solito li guideresti con meno di 10 volt. Sebbene il cicalino produca un suono chiaramente udibile, non puoi realmente vederlo flettersi (come mostrato sopra).

Per misurare il movimento di un cicalino, recentemente ho provato a pilotarne uno con un driver piezoelettrico da 150 volt, il che ha prodotto una deflessione totale di circa 0,1 mm. Non molto per gli standard normali!

Per alcune applicazioni, tuttavia, la risoluzione è di primario interesse piuttosto che la portata. È qui che gli attuatori piezoelettrici brillano davvero. L'applicazione simbolo degli attuatori piezoelettrici è forse il microscopio con sonda a scansione. Questi spesso richiedono una precisione sub-nanometrica (meno di un millesimo di millesimo di 1 millimetro) per visualizzare i singoli atomi. Gli stack piezoelettrici sono l'ideale in questo caso (anche se gli hacker hanno utilizzato anche cicalini economici!).

A volte, però, è necessaria un'elevata precisione su una gamma più ampia di corse. Esistono numerose configurazioni piezoelettriche che lo consentono. In particolare Inchworm, “LEGS” e attuatori slip-stick.

L'attuatore PiezoMotor LEGS è mostrato sopra. Come notato, i piezoelettrici producono solo piccoli movimenti (generalmente inferiori al millimetro). Invece di usare direttamente questo movimento, GAMBE lo usa per “camminare” lungo un’asta, spingendola avanti e indietro. L'asta viene quindi spostata, a piccoli passi nanometrici. Tuttavia, i piezoelettrici possono muoversi rapidamente (flettendosi migliaia di volte al secondo). E le GAMBE (e un simile attuatore Inchworm) consentono movimenti relativamente rapidi, ad alta forza e ad alta risoluzione.

Il trucco della tovaglia (sì, questa è finta, il bambino sta bene, non preoccuparti. :))

Un altro tipo di attuatore piezoelettrico a corsa lunga utilizza il “fenomeno stick-slip”. Questo è molto simile al trucco magico della tovaglia mostrato sopra. Se si tira lentamente il panno si creerà un notevole attrito tra il panno e le stoviglie e queste verranno trascinate insieme al panno. Tiratelo velocemente e ci sarà meno attrito e le stoviglie rimarranno al loro posto.

Questa differenza tra attrito statico e dinamico viene sfruttata negli attuatori stick-slip. Il meccanismo di base è mostrato nella figura seguente.

Quando si estende lentamente, una ganascia fa ruotare una vite, ma se lo stack piezoelettrico viene compresso rapidamente, la vite non ritornerà. La vite può quindi essere fatta ruotare. Invertendo il processo (estendendosi velocemente, poi comprimendosi lentamente) il processo viene invertito e la vite viene girata nella direzione opposta. L'aspetto interessante di questa configurazione è che conserva gran parte della precisione originale del piezoelettrico. I picomotori hanno risoluzioni di circa 30 nanometri su una vasta gamma di corse, in genere 25 mm, vengono generalmente utilizzati per la messa a fuoco e l'allineamento ottico e possono essere acquistati su eBay per circa 100 dollari. Oh, e possono anche essere usati per fare musica. I preferiti includono Stairway to Heaven e non 1 ma 2 versioni di Still Alive (da Portal). La dimostrazione obbligatoria della Marcia Imperiale è incorporata qui:

Esistono numerose altre configurazioni piezoelettriche, ma in genere vengono utilizzate per fornire movimento ad alta precisione e forza elevata. Ne documento alcuni altri sul mio blog.

La magnetostrizione è la tendenza di un materiale a cambiare forma sotto un campo magnetico. Ultimamente si parla parecchio di magnetostrizione. Tuttavia, proprio come i piezoelettrici, può essere utilizzato anche per movimenti di alta precisione. A differenza dei piezoelettrici, richiedono tensioni relativamente basse per il funzionamento e hanno trovato applicazioni di nicchia.