Почему нет макроскопических электростатических электромеханических деталей?

9

Итак, я понимаю, что реле, двигатели и другие электромеханические устройства почти всегда являются электромагнитными устройствами. Почему это? Я знаю, что существуют электростатические двигатели, но что делает их существенно хуже, чем электромагнитные двигатели?

Обратите внимание, что я спрашиваю конкретно о макроскопических устройствах. Я знаю, что электростатические электромеханические устройства распространены в MEMS.

— топка
источник

2

Разве некоторые из механизмов захвата бумаги в копирах не являются электростатическими? Кроме того, некоторые методы нанесения краски? Электроспиннинг мембран?

— Скотт Сейдман

@ScottSeidman Это вполне возможно! Я больше думал о машинах, аналогичных двигателям, где требуется высокая мощность.

— Очаг

3

@ ScottSeidman: Конечно, существует множество приложений для статического электричества , но просто попробуйте построить электростатический двигатель мощностью 700 Вт, который может работать на вашей стиральной машине!

— Дейв Твид

Считаете ли вы пьезоэлектрические двигатели и приводы? Они достаточно распространены.

— Спехро Пефхани

1

Электростатические аудио колонки.

— Роберт Харви

14

Вы рассчитали напряжения, которые вам понадобятся, чтобы получить эквивалентную силу или крутящий момент? Гораздо проще создавать компактные машины эквивалентной мощности, основанные на высоких токах, а не на высоких напряжениях.

Создание компактной машины в основном сводится к способности адекватно концентрировать поле. Магнитные поля легко концентрировать, добавляя больше витков к катушкам и используя железные полюсные наконечники для их наведения.

Существуют аналогичные структуры для электрических полей, но ключевая проблема заключается в том, что воздух (и другие диэлектрики) разрушаются при сильных полях, позволяя электронам выходить из проводников, что разрушает все. Даже в жестком вакууме спонтанное излучение ограничивает возможности развития поля.

— Дэйв Твид
источник

Это касается двигателей и динамиков, но мне также интересно узнать о реле. Похоже, что электростатическое реле позволит избежать случайной проблемы, связанной с запутыванием реле, измеряя эффект Холла, хотя это может быть достаточно редкой проблемой, которая на самом деле не имеет значения.

— Очаг

1

Нет существенной разницы между динамиками и реле или соленоидами. Не думаете ли вы, что утечка электронного поля может испортить и соседнюю электронику? Одна альтернатива - пьезоэлектрические машины.

— Дэйв Твид

Разница, на которую я ссылаюсь, заключается в уровне мощности. Реле не предназначены для приведения в действие чего-либо большего, чем контакт, в то время как динамики преобразуют электрическую мощность в аудио мощность, а соленоиды в механическую мощность. Но да, ты прав. Утечка всегда будет проблемой, но мне кажется, что магнитные поля потенциально более проблематичны, чем статические электрические поля. Впрочем, это может быть неправильно!

— Очаг

Реле с удовольствием питает более мощные устройства: автомобильные противотуманные и точечные лампы в 10-х ампер ...

— Solar Mike

1

Электростатические реле в виде, например, MEMS-переключателей являются привлекательной технологией, которая уже в течение некоторого времени находится в центре внимания научных исследований и разработок. Небольшой масштаб устройств MEMS означает, что полезная функциональность (переключение контакта) может быть достигнута при разумной напряженности поля. Коммерческие предложения доступны, и вы начинаете видеть их на рынках.

— user49628

8

Продолжаются исследования электростатических машин. Прототип роторного привода описан: Г. Рейцем, Б. Бутримовичем, Дж. Ридом, Б. Ге и Д. К. Людойсом, «Электростатическая машина с переключаемым упругим усилием, изготовленная из устойчивых элементов для вращательных приводов», «Конгресс и выставка преобразования энергии IEEE 2017 года ( ECCE), Цинциннати, Огайо, 2017, стр. 2389-2395

Описанная машина работает при 9000 вольт и имеет жидкий диэлектрик. Он производит 2 Нм крутящего момента при останове, но внутренний тормозной момент увеличивается со скоростью, равной крутящему моменту, создаваемому при скорости около 1100 об / мин. Машина была построена в раме NEMA 42. C-Motive Technologies Inc., как говорят, коммерциализирует эту технологию.

— Чарльз Коуи
источник

4

Одним из макроскопических применений электростатики, которое имеется в продаже, являются электростатические громкоговорители (ESL). Это, как правило, дорогие динамики, ограниченные «аудиофильными» приложениями.

Более подробная информация здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_loudspeaker

— Ник
источник

1

Вот хорошая книга, детализирующая несколько видов электростатических двигателей ...

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

Я бы не назвал их «хуже», но они отличаются от магнитных двигателей.

Как уже отмечалось выше, вам потребуются очень высокие напряжения и / или большая площадь поверхности для создания даже относительно низкого крутящего момента, но для применений с низким крутящим моментом, высокой скоростью, высокой надежностью и низкой мощностью электростатический двигатель может быть хорошим выбором, особенно если у вас уже есть высоковольтный / слаботочный источник питания.

— bigjosh
источник