Доброго времени суток!

Задача стоит интересная. Нужно сделать маломощный линейный привод соленоидного типа.
Под катушку дан цилиндрический корпус диаметром 0,8 см (считай - наружный диаметр катушки - она внутри корпуса будет), длиной 2 см. Ход "поршня" должен быть не менее 1 см. Напряжение планируется 12 вольт.

Возникает вполне понятное желание получить при минимальных размерах макисмальную тягу. Я человек без высшего технического образования, но из курса школы помню, что чем больше витков, чем больше сила тока, тем лучше. Возникают вопросы о конструкции катушки, которые приводят к дилеме:
-чем больше витков - тем больше длина провода а соответствено выше сопротивление и ниже сила тока;
-чем больше витков хочется уместить в одном и том же объеме, тем тоньше провод и больше его сопротивление и ниже сила тока.

Как это все свести к макисмальному КПД. Искал литературу в интернете на эту тему - мало что интересного. ПОскольку экспериментировать не хочется, может быть кто-то посоветует как рассчитать.

Хотя если честно, дело наверное не в рассчетах, меня интересует не цифра обозначающая тягу, а принципы при которых тяга буте максимальной, компромисс между сечением провода, количеством витков и подаваемым током и напряжением.

Никаких чудес не бывает - магнитное поле зависит от плотности тока в обмотке, котрая ограничивается рассеиваемой мощностью, поэтому Вам нужно выбрать удобное для Вас сопротивление, а по нему сечение.

Тягу в первом приближении оценить легко:
Ежели потянуть за "поршень" с силой F и тем самым заставить его переместиться на расстояние dx,
то будет произведена работа F*dx, а энергия магнитного поля (W) увеличится на величину dW, равную этой самой F*dx.
Энергия поля это интеграл по объёму от B*H/2.
Величина B одинакова в железе и в воздухе, а H = B/(мю*мю0). Так как мю железа много больше единицы достаточно посчитать энергию только в воздушном зазоре площадью S и шириной x.

W = B*B*S*x/(2*мю0);
F = dW/dx = B*B*S/(2*мю0);

Индукция B ограничена насыщением железа.
При B=1Тл и "поршне" диаметром 4мм получается сила порядка 5 Ньютонов, примерно полкилограмма.

А по части выделения тепла в катушке - посмотрите книжки по расчёту трансформаторов.
В первом приближении всё сводится к площади сечения окна для обмотки и допустимой плотности тока в меди, а она - в свою очередь - определяется условиями охлаждения.

Для трансформаторов малой мощности обычно принимают плотность тока от 3 до 5 Ампер на кв.мм (для внутренних обмоток при непрерывной работе), но условия охлаждения для катушки соленоида будут получше, возможно удастся и 10 А/кв.мм получить.

Ламерский вопрос - а сердечник в такой катушке нужен? Или металлический "поршень" сам будет втягиваться в медную обмотку?

На сколько процентов длины он изначально должен быть в катушке, чтобы сразу развивалась максимальная тяга?



То есть я был не прав если думал что при одинаковой площади сечения всех витков катушки тяга будет больше там, где витков больше?

И какой же все-таки оптимум соотношения наружного и внутреннего (то есть наружного диаметра сердечника) диаметров катушки?

Вы не написали, какой должен быть привод. Что будет служить сердечником - магнит или магнитомягкий материал. Геометрия зависит (но не очень сильно) от необходимых Вам параметров, как то: должна ли сила быть постоянной по ходу, ход сердечника, и т.д. Можно, например сделать как бы ярмо, заключив соленоид в магнитный кожух в виде наружного цилиндра с "полюсами", один из которых ваш подвижный. Тогда будет большой энергетический выигрыш.
Короче, целевая функция неясна. Поиск по ключевой фразе "магнитные цепи" Вам поможет.

Ок, поищу.

А по теме - сердечник железный, ход сердечника - 1 см, сила желательно постоянная, однако если ето сопряжено со снижением мощности, то не обязательно. Кстати, если применять магнит, мощность увеличится? По крайней мере плюс будет в том, что можно будет двигать сердечник в обе стороны.


А нельзя ли какую-нибудь картинку поясняющую...

Картинку трудно. На словах. Представьте банку от маслин, внутри которой к ее дну впаян стержень до половины ее высоты. Все это из магнитомягкого материала. Диаметр стержня равен диаметру подвижного магнита. В верхней части банки отверстие того же диаметра. Только стенки банки толстые.
Или упрощенный вариант. Буква Ф со срезанной верхней половиной вертикальной палки. Но габариты будут несколько больше, чем у банки. Сечение (площадь) у стержня и оболочки должны быть примерно равны. Расчет (честный) такой магнитной системы весьма трудоемок. Но можно все сделать на глазок - будет чуть хуже, но чуть-чуть.

Можно еще снизить напряжение питания.Дальнейшая ваша конструкция не ясна. У вас не совсем
линейный двигатель.В вашей конструкции не создается бегущее магнитное поле.У вас возвратно-поступательное движение.Чтобы его преобразовать нужен , в идеале, кривошипно шатунный механизм.
В соленоиде сердечник возвращает пружина.Вам придется переключать полярность на катушке.
Честно говоря 2см. длина катушки и 1см. вылет сердечника,меня смущают.Какой должен быть момент?
Подобный механизм в китайских часах, которые завалили всю Россию.И размеры небольшие и всего
1 батарейка.Можно посмотреть и сколько витков в катушке.

Короче, вы профессионпалы будете смеяться над любителем-робототезником, но задача такая - есть шагающий робот-шестиног.
Приводится в движение он мини-актуаторами - моторчик от вибры сотового на вал цепляется винт с резьбой, а тяга цепляется к гайке, накрученной на винт. Все-бы хорошо, но хочется сделать передвижение робота более интеллектуальным. А вышеописанный механизм лишен возможности к пассивным движениям (что кстати делает его ломким при внешних воздействиях на "ноги"), кроме того сложно контроллироватть силу и невозможна "работа на удержание".

Вот и подумываю, как бы все сделать на соленоидах.

А габариты такой "мышцы" для ноги я уже описал выше - цилиндр 2х0,8 см, ход тяги - 1 см. Какая должна быть тяга? Да максимально возможная при габаритх катушки, способной уместиться в вышеуказанный корпус. Вот тут кто-то писал про 5Н- меня устроит.

Надеюсь все тенические моменты моей задачи ясны.
На мой вопрос так и не ответили - будет ли сила выше, если сердечник намагнитить, или сделать его самого катушкой, втягивающейся в другую катушку,

ИМХО моторчик и передача винт-гайка наиболее экономичный вариант. К тому же, как мне кажется, его КПД и сила будут в бесконечное число раз больше чем у электромагнита.
Есть ли в вашем устройстве измерение тока вибромоторчика?
Что значит "работа на удержание"?

Смеяться не буду (как достаточно опытный робототехник)
но скажу что ходить на соленойдах не получется если АКБ нести на спине - слишком большая мощность нужна, а сила, развиваемая катушкой с сердечником будет существенно нелинейна. Именно в первом посте, про линейный двигатель был шанс увеличить КПД системы, и добиться малых колебаний момента на ноге, однако мне видится весьма проблематичным изготовление таких маленьких приводов с требуемой точностью и приемлемым числом магнитной редукции в двигателе.
Естественно сердечник катушки следует делать не просто из магнита, а из редкоземельного магнита с высокой напряженностью магнитного поля, чтобы получить максимальный кпд системы. Но опять-таки изготовить требуемый штивт с многополюсным магнитом с точностью сотых милиметра - проблема. да и управление линейным двигателем - почти тоже самое что синхронным - нужны точные датчики положения, а так же точные измерения величины тока через катушки.

Теперь про конструкцию робота.
для удержания робота на ногах лучше использовать подпружиненые ноги, чтобы система находилась в равновесии когда робот стоит на месте. Тогда все энергозатраты пойдут лишь на перемещение робота в пространстве.
Не знаю как далеко вы продвинулись в создании своей шагалки (было бы крайне интересно взгянуть на фото). Но по опыту моих коллег должен предупредить, что удерживающие двигатели и переносные двигатели должны иметь существенно различные динамические диапазоны.
Касательно винтовой пары - не все так старшно, можно сделать конструкцию, которая не будет ломаться при внешних нагрузках . Для этого надо использовать не целиковую гайку, а разрезную, или только ее половину, и пружиной поджимать ее к винту. при черезмерной нагрузке она будет проскакивать по резьбе.

Разъясните мне эту китайскуй грамоту, пожалуйста...



Хм.... можно тогда не гайку а линейку с зубцами... Короче надо подумать. А идея с соленоидами привлекательна...
Много аналогий с человеческой мышцей. Там если вам интересно тоже разнотипные мышечные фибриллы втягиваются друг в друга.

Соленоид может мгновенно "расслабиться". КРоме того, представьте себе задачу - с определенной скоростью опускать груз некоего, неизвестного заранее веса. Я слабо себе представляю такое на моторчиках с проскальзывающими гайками. А если робота заставить спрыгивать с небольшой высоты - амортизировать приземление как он будет?

Колян, как опытный робототехник, объясните мне. Простите, выражсь по-простонародному - навскидку - какой максимальной тяги можно добиться от соленоида, пусть идеально сконстуированного, если размеры его огранициваются длиной 2 см, диаметром 1 см.


Спасибо.

с китайской грамотой значит так.
что такое динамический диапазон надеюсь писать не надо.
представьте себе 6-ти ногую шагающую машину, которая идет статической походкой со скоростью V - в каждый момент времени 3 ноги стоят на земле, а 3 переносятся вперед.
Очевидно, что стоящие ноги движутся относительно корпуса со скоростью -V, а оторванные от земли со скоростью V, и все они имеют достаточно большую амплитуду колебаний. Теперь следует обратить внимание, на то, что ноги весят значительно меньше корпуса робота, а следовательно усилие, требуемое для их переноса невелико.
Другое дело удерживающие двигатели - 3 ноги должны быть в состоянии удерживать весь вес робота продолжительное время, а высота их отрыва от земли может быть мала, следовательно скорость может быть малой.

Про соленойды и мышцы - всем это известно, однако КПД не идет ни в какое сравнение.
Уж лучше тогда жгут резиновый закручивать двигателем - вот и гибкость системы появится, и самоадаптивность, и непредсказуемость в управлении

А как при спрыгивании человек делает - разбирается по-месту - так что с прыжками - это к системе управления.

И вообще, забыл сказать, что построить шагающий аппарат это только 10% пути до момента, когда он начнет сам ходить.

С соленойдом, я, к сожалению уже институтский курс физики забыл
Хотя метод расчета описанный выше вполне подходит по-моему, правда получить поле в 1Тл сдается мне будет трудновато. Но может я чего и подзабыл, в справочник надо лезть и считать.

Да это я уже продумал, и даже более детально.

Меня беспокоит мощность такого робота. Я видел в интернете роботов на сервомашинках. У одной машинки усилие около 3 кг. Мне столько не надо, я кататься на нем не собираюсь ))) Если робот весит 200 гр, я думаю, 3 одновременно стоящие ноги... по 66, плюс запас для бодрости... ну хоть 100 грамм тяги даст соленоид вышеуказанных размеров при качественном исполнении?

И еще.... Если вы представляете себе механику ноги "паука", то перенос ноги будет осуществлять один соленоид, а поднятие ноги или удержание корпуса над землей - другой.


Попался мне раз винчестер битый... Там в системе позиционирования головки есть катушка простенькая - витков на 100, и магнит - не знаю, что это за магнит, но тяга получается внушительная, без сердечника, просто магнит и обмотка.... именно тогда я впервые подумал о том, что соленоид может что-то вытянуть. Правда в винчестере в этой системе принцип вращения и отталкивания...

Я к тому и завел весь этот разговор - стоит ли браться за дело, если мне не нужна большая мощьность робота, если я хочу 200 гр поднять тремя соленоидами, диаметром не более 1 см - получится ли?

200 грамм поднять получится тремя соленойдами - если они на земле останутся

просто, прикинь вес системы - один соленойд размером 1 см в диаметре и 2 в длину весит порядка 50граммов
итого : 6 штук - 300 гр, а сюда надо еще 100 гр АКБ (это я беру Li-Ion 4 банки по 2 Ач) ну и система управления в макете будет не меньше 100 гр. + рама + еще 6 двигателей на переносную степень - итого получится грамм 700. Че-то многовато, не кажется?

пока что все что я видел с достаточно малым весом было изготовлено на пневматике с внешним подведением давления.

ЗЫ
Обращаю еще раз внимание, что временные затраты на разработку и исследование алгоритмов управления таким роботом в разы больше времени создания конструктива. Поэтому было бы правильней создать прототип достаточно большх размеров, и лишь когда весь софт будет готов реализовывать мелкий вариант.

соленоид, соленоид, соленоид и синусоида, синусоида, синусоида

похоже на
Форум разработчиков электроники - Electronics developers forum > Сборка РЭУ > Питание, блоки питания, охлаждение

Если все таки на современном уровне делать, то я бы посмотрел в сторону пъезокерамических линейных двигателей.
Достоинства - компактно, большие скорости перемещения и довольно сильные...
Недостаток - цена...

Здравствуйте!

В связи стем, что все нынче подорожало, решил сделать самостоятельно соленойд. Мне их надо около 10 штук. Нужны для поднятия мишеней. Маленькие копии настоящих. Вес около 50 грам, но лучше делать с запасом. Схему поднятия пока не придумал, буду решать вопрос по мере решения проблемы с соленойдом. Может быть какой-нибудь другой вариант предложите (например электромагниты), более дешевый, буду рад. Чем проще и дешевле тем лучше. Я по образованию бухгалтер, но так получилось, что сейчас преподаю огневую подготовку. Вот и решили с товарищами сделать для детей тир. Конечно без их финансового участия. Поэтому бюджет ограничен. Мишени уже сделали, но будем переделывать под механизм подъемника.

Условия, под которые необходимо делать подъемник:
- минимизация расчетов, формул по тяге, все делать с запасом, что не сгорит и т.д.;
- сила подъема 100 грам (это с запасом);
- работа от сети 220в, есть возможность от АКБ авто 12в (старенький в гараже валяется);
- нажатие на кнопку (поднятие мишени) - 1-2 секунды, что бы не сгорел (лучше с запасом);
- выход штока минимум 10 мм.

Есть соленойд из старого мафона. Это товарищи преподаватели технари помогли. Выковыряли из старого хлама. Но там бандура на 2 кг веса, хотя сказали все лишнее убрали. Первоначально хотели сделать копию этой бандуры, но там много всего наворочено + трансформатор, а я видел в замках дверных без трансформатора все от 220 работает нормально. + Делать копию - покупать зап.часи стало не реально дорого и всего по 10 штук. Сразу говорю, что товарищи которые это "подогнали" помогать дальше не будут, так как хотят благ, которых у нас нет. А детей учить надо. Далее прошу этот вопрос не обсуждать. Только по теме и желательно на пальцах, как для ребенка)

Хочу купить, для начала на один опытный образец:
- какую нибудь катушку. Вопрос: из чего?
- 2-3 метра медной проволоки сечение 0,5-1 мм. Может надо толще?
- какую-нибудь проволоку по толщине отверстия в катушке. Длину буду пилить по схеме соединений рычагов с мишенью. Со схемой соединений думаю проблем не будет так как руки растут из нужного места и котелок в принципе варит.
Провод и кнопка есть...

Прошу сильно меня не ругать за идею, не смеяться, а предложить что-то конструктивное. За ранее всех благодарю за участие.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

рассматривайте задачу комплексно
чтобы пулька смогла выбить мишень - она (мишень) не должна быть связана с подъёмным устройством, и не должна быть массивной.
чтобы мишень поднялась на место - она должна быть связана с подъёмным устройством и иметь способы крепления к подъёмному устройству.
решите эту задачу - механизм подъёма придёт на ум сам

а механизмов линейного движения много. И не только шаговые двигатели или соленоиды.
Можно в поворотную петлю крепления мишени к подставке вделать фрикцион и снабдить его обычным коллекторным двигателем. По резкому удару по мишени фрикцион проворачивается, и мишень падает. В то же время медленное вращение двигателя обеспечивает необходимое сцепление, и мишень поднимается.

Пусть у вас мишени просто так падают назад, без возврата. Когда на подставке закончатся мишени, подставка наклоняется вниз, или поворачивается по своей оси, и все упавшие мишени сами возвращаются на упоры. Потом подставка поднимается на место.

Насколько видно, все мишени на одной оси, поэтому достаточно одного двигателя с редуктором и одним валом, на который посадить все мишени, а также хомутами прикрутить к нему рядом с каждой подхватывающие и откидывающиеся зацепами собачки (пружинные захваты).

На этом всё. Втыкаете двигатель в розетку, он всё время вращается, и за каждый оборот вала все упавшие мишени будут ставиться на место.

В идеале, подошёл бы двигатель от стола микроволновки, вот только он вращается каждый раз в произвольную сторону.

В общем плане на соленоидный привод стоит идти только в случае крайней необходимости. Если работа привода кратковременная, если перемещение небольшое и сделать его нужно быстро. КПД соленоида, даже оптимально спроектированного, невысок, габариты, материалоемкость, относительно велики.
Для робота все-таки стоит смотреть в сторону обычного двигателя с какой-то передачей.

Поздно увидел обсуждение.
Наверное, можно приспособить привод автомобильного стеклоподъемника.
Можно найти такой привод в сборе и попробовать. Мощности, думаю, хватить должно.

Спасибо за советы. Делаю предварительный вывод, что саленойд - не эффективно.

Вопрос тогда такой как поднимать мишени другим бюджетным вариантом?

Стеклоподъемники, это кажется совсем не бюджетный вариант. К тому же не понятно как реализовать такое.
Запись про один мотор на все мишени, то же не подходит, так как хотелось бы реализовать имитацию движения противника: сначала поднимается мишень на одном расстоянии, потом на другом, потом справа, потом слева. Поэтому и считал саленойды более бюджетный вариант.

Без проблем — те же самые мишени на одном валу одного постоянно вращающегося моторчика и сцепляются с ним штифтовыми электромагнитными муфтами — поскольку требуемый ход якоря в этом случае миллиметр-два, это гораздо более эффктивные и менее затратные изделия, и под такое дело можно наковырять готовых катушек от реле, а то и приспособить их вместе с родными якорями, и т.п.

Пожалуйста, следите за своей орфографией. Подумайте о тех, кто пойдет по Вашему пути - при поиске информации по правильному термину Ваши сообщения игнорируются

не понял, про что вы пишите. Пожалуйста объясните для бухгалтера). Поиск выдал вот ЭТО. Где там штифтовые электромагнитные муфт не понял


простите, постараюсь писать правильно.

Два диска, в одном штифты (штырьки, пеньки и т.д.), в другом отверстия, между дисками пружинка, с внешней стороны на один диск давит через рычаг якорь электромагнита.

Смысл в том, что для сцепления, и вообще, обслуживания, нужно гораздо меньше усилий, чем в случае фрикционной муфты, т.е. у которой на дисках приклеены плоские резинки.

Я б наверное поставил пневмоцилиндры. Два электроклапана на цилиндр. Один на впуск один на сброс. Допустим возврат за счет пружины.