Silniki krokowe w standardzie NEMA
Osoby zajmujące się projektowaniem obudów i mechanizmów – czy to ręcznie, czy też z użyciem oprogramowania CAD – wiedzą, jak cenna jest dostępność dokumentacji wymiarowej wykorzystywanych komponentów. Bardzo dobrą informacją jest zatem wieść, że znacząca większość stosowanych obecnie silników krokowych małej mocy korzysta z ustalonych, międzynarodowych standardów NEMA. Normy te opisują kluczowe parametry mechaniczne – zarówno dotyczące rozmiarów korpusu silnika, jak i średnicy wału wyjściowego oraz, niezwykle ważnego, rozstawu otworów montażowych. Silniki krokowe należą do kilku grup, różniących się wielkością, a przez to także mocą oraz momentem obrotowym. Oznaczenie liczbowe – np. NEMA17 – odnosi się do wymiaru boku kwadratu, w którym mieści się przednia (czołowa) część obudowy silnika. Co ważne, oznaczenie to jest podawane w dziesiątych częściach cala, zatem silnik wyprodukowany wg wspomnianego powyżej standardu NEMA17 ma obudowę o wymiarach 1,7 x 1,7 cala (czyli około 43,3 x 43,3 mm). Długość korpusu przyjmuje różne wartości, zależnie od konstrukcji silnika – ogólnie mówiąc, im dłuższy silnik tym zazwyczaj wyższe osiągi oferuje w zakresie mechanicznym. O standardzie NEMA17 wspominamy, gdyż w ostatnich latach ten właśnie „rozmiar” zyskał szczególne znaczenie rynkowe – większość powszechnie dostępnych drukarek 3D korzysta właśnie z takich silników krokowych.
Inne rodzaje silników krokowych
Choć silniki krokowe produkowane wg norm NEMA skradły serca tysięcy inżynierów mechatroniki na całym świecie, nie można zapominać także o niewielkich, niestandardowych silniczkach, przydatnych w wielu zastosowaniach. Firma DFRobot oferuje m.in. malutki silniczek krokowy z przekładnią 100:1 o indeksie katalogowym FIT0503. Metalowa przekładnia pozwala na uzyskanie momentu trzymającego rzędu 0,8 kg*cm, co jest wystarczające do poruszania niewielkich mechanizmów (np. głowicy z czujnikiem odległości w konstrukcji robota mobilnego). Ciekawą propozycją, zwłaszcza dla osób rozpoczynających swoją przygodę z silnikami krokowymi, jest niedrogi zestaw, zawierający niewielki, pięcioprzewodowy silnik 28BYJ-48 wraz ze sterownikiem, opartym na legendarnym już układzie scalonym ULN2003 (jest to zatem sterownik unipolarny). W sytuacjach wymagających ruchu liniowego (zamiast obrotowego) warto rozważyć zastosowanie silnika krokowego 39BYGL215A z gwintowanym wałem. Jest to zatem swego rodzaju siłownik liniowy z tym, że sterowany za pomocą klasycznego, bipolarnego silnika krokowego.
Sterowniki silników krokowych
Rodzaje silników wibracyjnych
Co ciekawe, te pozornie proste napędy występują w bardzo zróżnicowanych wersjach konstrukcyjnych. Klasyczny silnik wibracyjny typu ERM składa się z właściwego (zwykle bezrdzeniowego) silniczka DC, zazwyczaj o średnicy kilku milimetrów, połączonego z mimośrodowo osadzoną masą obrotową. Niektóre modele wyposażone są fabrycznie w osłonę elastyczną, która nieco tłumi drgania, chroniąc otaczającą elektronikę i – przede wszystkim – wygłusza niepożądane efekty akustyczne. Popularne są także silniki ERM o zmodyfikowanej konstrukcji, nieposiadające żadnych ruchomych elementów na zewnątrz obudowy silnika – w tych modelach masa mimośrodowa jest umieszczona wewnątrz korpusu i zintegrowana bezpośrednio z rotorem. Z uwagi na proporcje rozmiarów (średnica wyraźnie większa niż grubość) silniki wibracyjne tej klasy nazywane są często „monetowymi” (ang. coin vibration motor). Wybrane modele występują także w wersji BLDC (bezszczotkowe silniki prądu stałego), jednak są one spotykane znacznie rzadziej. Warto dodać, że – zwłaszcza w kontrolerach gier – instalowane są silniki wibracyjne o znacznie większych rozmiarach, będące w rzeczywistości klasycznymi, „zabawkowymi” silnikami DC z założoną na wałek wyjściowy masą. Czasem można też spotkać silniki wibracyjne typu LRA, zbudowane w oparciu o tzw. rezonator liniowy.
Parametry silników wibracyjnych
Podstawowym parametrem mechanicznym silników wibracyjnych jest oczywiście ich rozmiar (średnica i długość), który determinuje możliwość zastosowania w dostępnej ilości wolnego miejsca w obudowie. Drgania, generowane przez silnik wibracyjny, są przez niektórych producentów dokładnie scharakteryzowane za pomocą szeregu parametrów takich, jak: zakres częstotliwości (wyrażony w hercach, [Hz]), amplituda drgań [mm], przyspieszenie [m/s2], często podawana jest też wartość poziomu natężenia dźwięku, towarzyszącego pracy silnika [dB] – przykładem tak solidnie opisanego produktu jest silnik wibracyjny 10 x 3,0 mm C1030B015F. Z elektrycznego (czy też – elektronicznego) punktu widzenia najważniejszy jest zakres napięć zasilania (zwykle od nieco ponad 2 V do 3 V lub 6 V) oraz średni i maksymalny pobór prądu, czasem można też znaleźć informacje o nominalnej rezystancji cewki. Silniki wibracyjne można zasilać napięciem stałym (bezpośrednio z zasilania bądź przez klucz tranzystorowy), choć w wielu przypadkach wykorzystywane jest kluczowanie PWM w celu zmiany częstotliwości (i pośrednio także amplitudy) wibracji.
Nietypowe zastosowania silników wibracyjnych
Warto wiedzieć, że niektórzy próbują wykorzystywać maleńkie silniczki wibracyjne jako… napędy delikatnych mechanizmów, a nawet mikroskopijnych robotów mobilnych. Aby użyć silnika tego typu w roli napędu, należy najpierw delikatnie i ostrożnie usunąć masę mimośrodową, nie uszkadzając przy tym osi silnika. Choć oczywiście w napędzie miniaturowych robotów mobilnych (np. klasy nano sumo) najlepiej sprawdzą się silniki sub-micro z przekładniami planetarnymi (oferowane przez potentata na rynku robotyki amatorskiej – firmę Pololu), to jednak wykorzystanie silników wibracyjnych może być ciekawym i pouczającym eksperymentem, a co ważne – ich nadzwyczaj niska cena umożliwia nawet poświęcenie jednego czy dwóch egzemplarzy na testy. Dobrym przykładem jest mini silnik wibracyjny MT35 3V o wymiarach 9 x 5,2 x 5,2 mm – jego istotną zaletą, znakomicie ułatwiającą wykonanie modyfikacji, jest półotwarta konstrukcja masy mimośrodowej (oś silnika jest niemal w połowie odsłonięta, co umożliwia użycie odpowiednio cienkiego narzędzia).
