Actionneurs ésotériques

Les moteurs sont partout ; Moteurs à courant continu, moteurs à courant alternatif, moteurs pas à pas et bien d’autres. Dans cet article, je vais regarder au-delà de ces appareils courants et rechercher des actionneurs électroniques plus ésotériques et inhabituels qui pourraient bien trouver leur place dans l'un de vos projets. En tout cas, leurs mécanismes sont intéressants en soi ! Rejoignez-moi après la pause pour une étude des appareils piézo-électriques, magnétostrictifs, magnétorhéologiques, bobines acoustiques, galvonomètres et autres appareils. J'aimerais également entendre parler de vos actionneurs et moteurs préférés, alors n'hésitez pas à commenter ci-dessous !

Les matériaux piézoélectriques semblent parfois magiques. Appliquez une tension à un matériau piézoélectrique et il bougera, aussi simple que cela. Le problème, bien sûr, c'est qu'il ne bouge pas beaucoup. L'appareil piézoélectrique que vous connaissez probablement le mieux est le modeste buzzer. Vous les conduisiez généralement avec moins de 10 volts. Même si un buzzer produit un son clairement audible, vous ne pouvez pas vraiment le voir fléchir (comme illustré ci-dessus).

Pour évaluer le mouvement d'un buzzer, j'ai récemment essayé d'en piloter un avec un pilote piézo de 150 volts, cela a abouti à une déviation totale d'environ 0,1 mm. Pas grand chose par rapport aux normes normales !

Cependant, pour certaines applications, la résolution est plus intéressante que la plage de déplacement. C'est ici que les actionneurs piézo brillent vraiment. L'application phare des actionneurs piézoélectriques est peut-être le microscope à sonde à balayage. Ceux-ci nécessitent souvent une précision inférieure au nanomètre (moins de 1 000e de 1 000e de millimètre) afin de visualiser des atomes individuels. Les piles piézo-électriques sont idéales ici (bien que les pirates aient également utilisé des buzzers bon marché !).

Parfois, cependant, vous avez besoin d’une grande précision sur une plus grande plage de déplacements. Il existe un certain nombre de configurations piézoélectriques qui permettent cela. Notamment Inchworm, « LEGS » et les actionneurs slip-stick.

L'actionneur PiezoMotor LEGS est illustré ci-dessus. Comme indiqué, les Piezos ne produisent que de petits mouvements (généralement inférieurs au millimètre). Plutôt que d'utiliser ce mouvement directement, LEGS utilise ce mouvement pour « marcher » le long d'une tige, en la poussant d'avant en arrière. La tige est donc déplacée, par petits pas nanométriques. Cependant, les piézoélectriques peuvent se déplacer rapidement (en fléchissant des milliers de fois par seconde). Et les LEGS (et les actionneurs Inchworm similaires) permettent un mouvement relativement rapide, avec une force élevée et une haute résolution.

L'astuce de la nappe (oui celle-ci est fausse, le gamin va bien ne t'inquiète pas. :))

Un autre type d'actionneur piézo à longue course utilise le « phénomène de stick-slip ». Cela ressemble beaucoup au tour de magie de la nappe présenté ci-dessus. Si vous tirez lentement sur le torchon, il y aura une friction importante entre le torchon et cette vaisselle et ceux-ci seront entraînés avec le torchon. Tirez-le rapidement et il y aura moins de frictions et la vaisselle restera en place.

Cette différence entre le frottement statique et dynamique est exploitée dans les actionneurs stick-slip. Le mécanisme de base est illustré dans la figure ci-dessous.

Lors de l'extension, le ralentissement d'une mâchoire fait tourner une vis, mais si la pile piézoélectrique est comprimée rapidement, la vis ne reviendra pas. La vis peut donc être amenée à tourner. En inversant le processus (extension rapide, puis compression lente), le processus est inversé et la vis est tournée dans la direction opposée. L'avantage de cette configuration est qu'elle conserve une grande partie de la précision originale du piézo. Les picomoteurs ont des résolutions d'environ 30 nanomètres sur une vaste plage de déplacement, généralement de 25 mm, ils sont généralement utilisés pour la mise au point et l'alignement optiques et peuvent être achetés sur eBay pour environ 100 dollars. Oh, et ils peuvent aussi être utilisés pour faire de la musique. Les favoris incluent Stairway to Heaven, et non pas 1 mais 2 versions de Still Alive (de Portal). La démonstration obligatoire de la Marche Impériale est intégrée ici :

Il existe de nombreuses autres configurations piézoélectriques, mais elles sont généralement utilisées pour fournir un mouvement de haute force et de haute précision. J'en documente quelques autres sur mon blog.

La magnétostriction est la tendance d'un matériau à changer de forme sous l'effet d'un champ magnétique. On parle beaucoup de magnétostriction ces derniers temps. Cependant, tout comme les piézoélectriques, il peut également être utilisé pour des mouvements de haute précision. Contrairement aux piézoélectriques, ils nécessitent des tensions relativement faibles pour fonctionner et ont trouvé des applications de niche.