Dlaczego nie ma makroskopowych elektrostatycznych części elektromechanicznych?

9

Rozumiem więc, że przekaźniki, silniki i inne urządzenia elektromechaniczne są prawie zawsze urządzeniami elektromagnetycznymi. Dlaczego to? Wiem, że istnieją silniki elektrostatyczne, ale co czyni je znacznie gorszymi niż silniki elektromagnetyczne?

Zauważ, że pytam konkretnie o urządzenia makroskopowe. Wiem, że elektrostatyczne urządzenia elektromechaniczne są powszechne w MEMS.

— Ognisko
źródło

2

Czy niektóre mechanizmy pobierania papieru w kopiarkach nie są elektrostatyczne? Również niektóre metody nakładania atramentu? Elektroprzędzenie membran?

— Scott Seidman

@ScottSeidman To całkowicie możliwe! Myślałem więcej o maszynach analogicznych do silników, w których wymagana jest duża moc.

— Palenisko

3

@ScottSeidman: Jasne, istnieje wiele zastosowań elektryczności statycznej , ale po prostu spróbuj zbudować silnik elektrostatyczny o mocy 700 watów, który może obsługiwać pralkę!

— Dave Tweed

Czy liczysz silniki piezoelektryczne i siłowniki? Są dość powszechne.

— Spehro Pefhany

1

Elektrostatyczne głośniki audio.

— Robert Harvey

14

Czy obliczyłeś napięcia, których potrzebujesz, aby uzyskać równoważną siłę lub moment obrotowy? O wiele łatwiej jest budować kompaktowe maszyny o równoważnej mocy oparte na wysokich prądach niż na wysokich napięciach.

Kompaktowość maszyny sprowadza się w zasadzie do odpowiedniej koncentracji pola. Łatwo jest skoncentrować pola magnetyczne, dodając więcej zwojów do cewek i używając do tego elementów z żelaznego bieguna.

Istnieją analogiczne struktury dla pól elektrycznych, ale kluczowym problemem jest to, że powietrze (i inne dielektryki) rozpadają się pod wysokimi polami, pozwalając elektronom na opuszczenie przewodników, co niszczy wszystko. Nawet w silnej próżni spontaniczna emisja ogranicza limit siły pola.

— Dave Tweed
źródło

Dotyczy to silników i głośników, ale ciekawi mnie również przekaźniki. Wydaje się, że przekaźnik elektrostatyczny uniknąłby sporadycznego problemu z przekaźnikiem, który popsułby pomiary efektu Halla, chociaż może to być na tyle rzadki problem, że tak naprawdę nie ma to znaczenia.

— Palenisko

1

Nie ma zasadniczej różnicy między głośnikami a przekaźnikami lub solenoidami. Czy nie sądzisz, że wyciek z pola elektrycznego może również zepsuć pobliską elektronikę? Jedną alternatywą są maszyny piezoelektryczne.

— Dave Tweed,

Różnica, o której mówię, dotyczy poziomu mocy. Przekaźniki nie są przeznaczone do uruchamiania niczego więcej niż kontakt, podczas gdy głośniki przekształcają energię elektryczną na moc audio, a elektromagnesy na moc mechaniczną. Ale tak, masz rację. Wyciek zawsze będzie problemem, ale wydaje mi się, że pola magnetyczne są potencjalnie bardziej problematyczne niż statyczne pola elektryczne. Ale to może być źle!

— Palenisko

Przekaźniki z radością zasilają urządzenia wysokoprądowe: samochodowe przeciwmgielne i punktowe lampy w 10 wzmacniaczach ...

— Solar Mike

1

Przekaźniki elektrostatyczne w postaci np. Przełączników MEMS są atrakcyjną technologią, która od dłuższego czasu jest przedmiotem znacznej uwagi badań i rozwoju. Mała skala urządzeń MEMS oznacza, że użyteczną funkcjonalność (przełączanie styku) można uzyskać przy rozsądnych natężeniach pola. Oferty komercyjne są dostępne i zaczynasz je widzieć na rynkach.

— user49628

8

Trwają badania nad urządzeniami elektrostatycznymi. Prototypowy siłownik obrotowy opisali: G. Reitz, B. Butrymowicz, J. Reed, B. Ge i DC Ludois, „Elektrostatyczna maszyna z przełączaną elastycznością zbudowana z trwałych elementów dla siłowników obrotowych” 2017 Kongres i ekspozycja konwersji energii IEEE ( ECCE), Cincinnati, OH, 2017, ss. 2389–2395

Opisana maszyna działa przy 9000 woltów i ma ciekły dielektryk. Wytwarza 2 Nm momentu obrotowego podczas przeciągnięcia, ale wewnętrzny moment oporu rośnie wraz z prędkością, aby zrównoważyć moment obrotowy wytwarzany przy około 1100 obr./min. Maszyna została zbudowana w ramie NEMA 42. Mówi się, że C-Motive Technologies Inc. komercjalizuje tę technologię.

— Charles Cowie
źródło

4

Jednym z makroskopowych zastosowań elektrostatyki, które są dostępne w handlu, są głośniki elektrostatyczne (ESL). Są to generalnie drogie głośniki, ograniczone do aplikacji „audiofilskich”.

Więcej informacji tutaj: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_loudspeaker

— Nacięcie
źródło

1

Oto ładna książka opisująca kilka rodzajów silników elektrostatycznych ...

http://rexresearch.com/jefimenko/jefimenkoesmotors.pdf

Nie nazwałbym ich „gorszymi”, ale różnią się od silników magnetycznych.

Jak inni zauważyli powyżej, będziesz potrzebować bardzo wysokich napięć i / lub dużej powierzchni, aby wytworzyć nawet stosunkowo niski moment obrotowy, ale w przypadku zastosowań z niskim momentem tocznym, dużą prędkością, wysoką niezawodnością i niską mocą silnik elektrostatyczny może być dobrym wyborem, szczególnie jeśli masz już dostępne źródło wysokiego / niskiego prądu.

— bigjosh
źródło