Warum keine makroskopischen elektrostatischen elektromechanischen Teile?

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Ich verstehe also, dass Relais, Motoren und andere elektromechanische Geräte fast immer elektromagnetische Geräte sind. Warum ist das? Ich weiß, dass es elektrostatische Motoren gibt, aber was macht sie wesentlich schlechter als elektromagnetische Motoren?

Beachten Sie, dass ich speziell nach makroskopischen Geräten frage. Mir ist bewusst, dass elektrostatische elektromechanische Geräte in MEMS üblich sind.

— Feuerstelle
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Sind einige der Papieraufnahmemechanismen in Kopierern nicht elektrostatisch? Auch einige Tintenabscheidungsmethoden? Elektrospinnen von Membranen?

— Scott Seidman

@ScottSeidman Das ist durchaus möglich! Ich habe mehr über Maschinen analog zu Motoren nachgedacht, bei denen eine hohe Leistung erforderlich ist.

— Herd

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@ScottSeidman: Sicher, es gibt viele Anwendungen für statische Elektrizität , aber versuchen Sie einfach, einen elektrostatischen 700-Watt-Motor zu bauen, der Ihre Waschmaschine antreiben kann!

— Dave Tweed

Zählen Sie piezoelektrische Motoren und Aktuatoren? Sie sind ziemlich häufig.

— Spehro Pefhany

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Elektrostatische Audio-Lautsprecher.

— Robert Harvey

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Haben Sie die Spannungen berechnet, die Sie benötigen, um die entsprechende Kraft oder das entsprechende Drehmoment zu erhalten? Es ist viel einfacher, kompakte Maschinen mit gleicher Leistung zu bauen, die auf hohen Strömen als auf hohen Spannungen basieren.

Eine Maschine kompakt zu machen, läuft im Grunde darauf hinaus, das Feld angemessen konzentrieren zu können. Es ist einfach, Magnetfelder zu konzentrieren, indem man den Spulen mehr Windungen hinzufügt und sie mit Eisenpolstücken führt.

Es gibt analoge Strukturen für elektrische Felder, aber ein Hauptproblem besteht darin, dass Luft (und andere Dielektrika) unter hohen Feldern zusammenbrechen und die Elektronen die Leiter verlassen können, was alles ruiniert. Selbst in einem harten Vakuum begrenzt die spontane Emission die Stärke eines Feldes, das Sie entwickeln können.

— Dave Tweed
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Dies betrifft zwar Motoren und Lautsprecher, aber ich bin auch neugierig auf Relais. Es scheint, als würde ein elektrostatisches Relais das gelegentliche Problem vermeiden, dass ein Relais die Hall-Effekt-Messungen durcheinander bringt, obwohl dies ein selten genug auftretendes Problem sein könnte, das nicht wirklich wichtig ist.

— Herd

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Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen Lautsprechern und Relais oder Magneten. Glauben Sie nicht, dass eine E-Feld-Leckage auch die Elektronik in der Nähe durcheinander bringen würde? Eine Alternative sind piezoelektrische Maschinen.

— Dave Tweed

Der Unterschied, auf den ich mich beziehe, liegt in der Leistungsstufe. Relais sollen nur einen Kontakt betätigen, während Lautsprecher elektrische Energie in Audioleistung und Magnetspulen in mechanische Leistung umwandeln. Aber ja, du hast recht. Leckagen werden immer ein Problem sein, aber es scheint mir, dass Magnetfelder möglicherweise problematischer sind als statische elektrische Felder. Das könnte aber durchaus falsch sein!

— Herd

Relais versorgen Geräte mit höherem Strom glücklich mit Strom: Nebel und Spotlampen in 10 Ampere ...

— Solar Mike

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Elektrostatische Relais in Form von z. B. MEMS-Schaltern sind eine ansprechende Technologie, die seit einiger Zeit im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung steht. Durch den geringen Umfang der MEMS-Geräte kann eine nützliche Funktionalität (Schalten eines Kontakts) mit angemessenen Feldstärken erreicht werden. Kommerzielle Angebote sind verfügbar und Sie beginnen, sie auf Märkten zu sehen.

— user49628

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Elektrostatische Maschinen werden derzeit erforscht. Ein Prototyp eines Drehantriebs wird beschrieben von: G. Reitz, B. Butrymowicz, J. Reed, B. Ge und DC Ludois, "Eine elektrostatische Maschine mit geschalteter Elastizität, die aus nachhaltigen Elementen für Drehantriebe aufgebaut ist", 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ( ECCE), Cincinnati, OH, 2017, S. 2389–2395

Die beschriebene Maschine arbeitet bei 9000 Volt und hat ein flüssiges Dielektrikum. Es erzeugt ein Drehmoment von 2 Nm im Stillstand, aber das interne Widerstandsmoment steigt mit der Drehzahl an, um dem bei etwa 1100 U / min erzeugten Drehmoment zu entsprechen. Die Maschine wurde in einem NEMA 42-Rahmen konstruiert. C-Motive Technologies Inc. soll diese Technologie kommerzialisieren.

— Charles Cowie
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Eine im Handel erhältliche makroskopische Anwendung der Elektrostatik sind elektrostatische Lautsprecher (ESL). Dies sind im Allgemeinen teure Lautsprecher, die auf "audiophile" Anwendungen beschränkt sind.

Weitere Informationen hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_loudspeaker

— Nick
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Hier ist ein schönes Buch mit verschiedenen Arten von elektrostatischen Motoren ...

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

Ich würde sie nicht "schlechter" nennen, aber sie unterscheiden sich von Magnetmotoren.

Wie andere oben erwähnt haben, benötigen Sie sehr hohe Spannungen und / oder viel Oberfläche, um selbst ein relativ geringes Drehmoment zu erzeugen. Für Anwendungen mit niedrigem Drehmoment, hoher Geschwindigkeit, hoher Zuverlässigkeit und geringer Leistung kann ein elektrostatischer Motor eine gute Wahl sein, insbesondere wenn Sie haben bereits eine Hochspannungs- / Niedrigstromversorgung zur Verfügung.

— Bigjosh
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