Wikipedia

Elektromekanik

Elektromekanik[1][2][3][4] beskriver en kombination av elektroteknik och maskinteknik. Det handlar om apparater där elektriska komponenter samverkar med mekaniska komponenter. En sådan komponent är reläet. Ett relä har en låg styrspänning i en krets. När den slås på eller av sluter den eller öppnar den en annan elektrisk krets, där både spänning och ström kan vara betydligt större. Denna styrning sker inte via halvledare som transistorer utan genom en elektromagnet. Därför blir kretsarna galvaniskt isolerade (det finns inga elektriska ledare mellan dem).

Ett relä är en vanlig elektromekanisk anordning.

Andra komponenter

redigera

Det finns även andra elektromekaniska komponenter och apparater som:

Dessa användes i stor utsträckning innan utvecklingen av modern elektronik. Solid-state elektronik har ersatt elektromekanik i många tillämpningar.

Historik

redigera

Den första elmotorn uppfanns 1822 av Michael Faraday. Motorn utvecklades bara ett år efter att Hans Christian Ørsted upptäckte att flödet av elektrisk ström skapar ett proportionellt magnetfält.[5] Denna tidiga motor var helt enkelt en tråd delvis nedsänkt i ett glas kvicksilver med en magnet i botten. När tråden kopplades till ett batteri skapades ett magnetfält och denna interaktion med magnetfältet som magneten bildade fick tråden att snurra.

Tio år senare uppfanns den första elektriska generatorn, återigen av Michael Faraday. Denna generator bestod av en magnet som gick genom en trådspole och inducerade ström som mättes med en galvanometer. Faradays forskning och experiment inom elektricitet är grunden för de flesta moderna elektromekaniska principer som är kända idag.[6]

Intresset för elektromekanik ökade med forskningen om långdistanskommunikation. Den industriella revolutionens snabba produktionsökning gav upphov till en efterfrågan på intrakontinental kommunikation, vilket gjorde det möjligt för elektromekanik att ta sig in i offentlig tjänst. Reläer har sitt ursprung inom telegrafi eftersom elektromekaniska anordningar användes för att återskapa telegrafsignaler. Strowger-växeln, panelväxeln och liknande enheter användes i stor utsträckning i tidiga automatiserade telefonväxlar. Tvärstångsbrytare installerades först i mitten av 1900-talet i Sverige, USA, Kanada och Storbritannien och dessa spreds snabbt till resten av världen.

Elektromekaniska system genomgick en stor utveckling åren 1910-1945 när världen försattes i globalt krig två gånger. Första världskriget medförde en explosion av ny elektromekanik då strålkastare och radioapparater användes av alla länder.[7] Vid andra världskriget hade länder utvecklat och centraliserat sin militär kring elektromekanikens mångsidighet och kraft. Ett exempel på dessa som fortfarande används idag är generatorn, som skapades för att driva militär utrustning på 1950-talet och senare användes för bilar på 1960-talet. Efterkrigstidens Amerika hade stor nytta av militärens utveckling av elektromekanik eftersom hushållsarbete snabbt ersattes av elektromekaniska system som mikrovågor, kylskåp och tvättmaskiner. De elektromekaniska TV-systemen i slutet av 1800-talet var dock mindre framgångsrika.

Elektriska skrivmaskiner utvecklades fram till 1980-talet som "powerassisterade skrivmaskiner". De innehöll en enda elektrisk komponent, motorn. Där tangenttryckningen tidigare hade flyttat en skrivstång direkt, kopplade den nu in mekaniska länkar som styrde mekanisk kraft från motorn in i skrivfältet. Detta gällde också den senare IBM Selectric. På Bell Labs utvecklades 1946 Bell Model V-datorn. Det var en elektromekanisk reläbaserad enhet med cykler i sekundskala. År 1968 var elektromekaniska system fortfarande under allvarligt övervägande för en flygkontrolldator för flygplan, tills en enhet baserad på storskalig integrationselektronik antogs i Central Air Data Computer.

Mikroelektromekaniska system (MEMS)

redigera

Mikroelektromekaniska system (MEMS) har rötter i kiselrevolutionen, som kan spåras tillbaka till två viktiga kiselhalvledaruppfinningar från 1959. Det monolitiska integrerade kretschipset (IC) av Robert Noyce på Fairchild Semiconductor och metall-oxid-halvledarområdet med effekttransistor (MOSFET) uppfanns vid Bell Labs mellan 1955 och 1960, efter Frosch och Derick upptäckte och använde ytpassivering med kiseldioxid för att skapa de första plana transistorerna, de första där utlopp och källa låg på gemensam yta.[8][9][10][11][12] MOSFET-skalning, miniatyriseringen av MOSFETs på IC-chip, ledde till miniatyrisering av elektronik (som förutspåtts av Moores lag och Dennard-skalning). Detta lade grunden för miniatyriseringen av mekaniska system, med utvecklingen av mikrobearbetningsteknik baserad på kiselhalvledarenheter, när ingenjörer började inse att kiselchips och MOSFETs kunde interagera och kommunicera med omgivningen och bearbeta saker som kemikalier, rörelser och ljus. En av de första kiseltrycksensorerna mikrobearbetades isotropiskt av Honeywell 1962.[13]

Ett tidigt exempel på en MEMS-enhet är resonant-gate-transistorn, en anpassning av MOSFET, utvecklad av Harvey C. Nathanson 1965.[14] Under 1970-talet till början av 1980-talet utvecklades ett antal MOSFET-mikrosensorer för att mäta fysiska, kemiska, biologiska och miljömässiga parametrar.[15] I början av 2000-talet har det förekommit forskning om nanoelektromekaniska system (NEMS).

Modern praktisering

redigera

Idag används elektromekaniska processer främst av kraftbolag. Alla bränslebaserade generatorer omvandlar mekanisk rörelse till elektrisk kraft. Vissa förnybara energikällor som vindkraft och vattenkraft drivs av mekaniska system som också omvandlar rörelse till elektricitet.

Under de sista trettio åren av 1900-talet blev utrustning som i allmänhet skulle ha använt elektromekaniska anordningar billigare. Denna utrustning blev billigare eftersom den använde mer tillförlitligt integrerade mikrokontrollkretsar som i slutändan innehöll några miljoner transistorer och ett program för att utföra samma uppgift genom logik. Med elektromekaniska komponenter fanns bara rörliga delar, såsom mekaniska elektriska ställdon. Denna mer tillförlitliga logik har ersatt de flesta elektromekaniska enheter, eftersom varje punkt i ett system som måste förlita sig på mekanisk rörelse för korrekt funktion kommer oundvikligen att ha mekaniskt slitage och slutligen misslyckas. Korrekt utformade elektroniska kretsar utan rörliga delar kommer att fortsätta att fungera korrekt nästan oändligt och används i de flesta enkla återkopplingsstyrsystem. Kretsar utan rörliga delar förekommer i ett stort antal föremål från trafikljus till tvättmaskiner.

En annan elektromekanisk anordning är piezoelektriska anordningar, men de använder inte elektromagnetiska principer. Piezoelektriska enheter kan skapa ljud eller vibrationer från en elektrisk signal eller skapa en elektrisk signal från ljud eller mekanisk vibration.

Se även

redigera

Referenser

redigera
Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Electromechanics, 16 oktober 2024.
  • Davim, J. Paulo, editor (2011) Mechatronics, John Wiley & Sons ISBN 978-1-84821-308-1 .
  • Furlani, Edward P. (August 15, 2001). Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis and Applications. Academic Press Series in Electromagnetism. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-269951-1. OCLC 47726317. 
  • Krause, Paul C.; Wasynczuk, Oleg (1989). Electromechanical Motion Devices. McGraw-Hill Series in Electrical and Computer Engineering. New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-035494-4. OCLC 18224514. 
  • Szolc T., Konowrocki R., Michajlow M., Pregowska A., An Investigation of the Dynamic Electromechanical Coupling Effects in Machine Drive Systems Driven by Asynchronous Motors, Mechanical Systems and Signal Processing, ISSN 0888-3270, Vol.49, pp. 118–134, 2014
  • "WWI: Technology and the weapons of war | NCpedia". www.ncpedia.org. Hämtad 2018-04-22.

Noter

redigera
  1. ^ Course in Electro-mechanics, for Students in Electrical Engineering, 1st Term of 3d Year, Columbia University, Adapted from Prof. F.E. Nipher's "Electricity and Magnetism". By Fitzhugh Townsend. 1901.
  2. ^ Szolc, T.; Konowrocki, Robert; Michajłow, M.; Pregowska, A. (2014). ”An investigation of the dynamic electromechanical coupling effects in machine drive systems driven by asynchronous motors”. Mechanical Systems and Signal Processing (Mechanical Systems and Signal Processing, Vol.49, pp.118-134) 49 (1–2): sid. 118–134. doi:10.1016/j.ymssp.2014.04.004. Bibcode: 2014MSSP...49..118S. 
  3. ^ The Elements of Electricity, "Part V. Electro-Mechanics[död länk]." By Wirt Robinson. John Wiley & sons, Incorporated, 1922.
  4. ^ Konowrocki, Robert; Szolc, T.; Pochanke, A.; Pregowska, A. (2016). ”An influence of the stepping motor control and friction models on precise positioning of the complex mechanical system”. Mechanical Systems and Signal Processing (Mechanical Systems and Signal Processing, Vol.70-71, pp.397-413) 70-71: sid. 397–413. doi:10.1016/j.ymssp.2015.09.030. ISSN 0888-3270. Bibcode: 2016MSSP...70..397K. 
  5. ^ ”Michael Faraday's electric magnetic rotation apparatus (motor)” (på engelska). http://www.rigb.org/our-history/iconic-objects/iconic-objects-list/faradays-motor. 
  6. ^ ”Michael Faraday's generator” (på engelska). http://www.rigb.org/our-history/iconic-objects/iconic-objects-list/faraday-generator. 
  7. ^ ”WWI: Technology and the weapons of war | NCpedia” (på engelska). www.ncpedia.org. https://www.ncpedia.org/wwi-technology-and-weapons-war. 
  8. ^ US2802760A, Lincoln, Derick & Frosch, Carl J., "Oxidation of semiconductive surfaces for controlled diffusion", utgivet 1957-08-13
  9. ^ Frosch, C. J.; Derick, L (1957). ”Surface Protection and Selective Masking during Diffusion in Silicon” (på engelska). Journal of the Electrochemical Society 104 (9): sid. 547. doi:10.1149/1.2428650. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2428650. 
  10. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Sid. 321. ISBN 978-3-540-34258-8. 
  11. ^ Ligenza, J.R.; Spitzer, W.G. (1960). ”The mechanisms for silicon oxidation in steam and oxygen” (på engelska). Journal of Physics and Chemistry of Solids 14: sid. 131–136. doi:10.1016/0022-3697(60)90219-5. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0022369760902195. 
  12. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Springer Science & Business Media. Sid. 120. ISBN 9783540342588. 
  13. ^ Rai-Choudhury, P. (2000). MEMS and MOEMS Technology and Applications. SPIE Press. Sid. ix, 3. ISBN 9780819437167. https://books.google.com/books?id=v6KOTaI2DhAC&pg=PR9. 
  14. ^ ”A Resonant-Gate Silicon Surface Transistor with High-Q Band-Pass Properties”. Appl. Phys. Lett. 7 (4): sid. 84–86. 1965. doi:10.1063/1.1754323. Bibcode: 1965ApPhL...7...84N. 
  15. ^ Bergveld, Piet (October 1985). ”The impact of MOSFET-based sensors”. Sensors and Actuators 8 (2): sid. 109–127. doi:10.1016/0250-6874(85)87009-8. ISSN 0250-6874. Bibcode: 1985SeAc....8..109B. https://core.ac.uk/download/pdf/11473091.pdf. Läst 19 oktober 2019. 

Vidare läsning

redigera
  • A first course in electromechanics. By Hugh Hildreth Skilling. Wiley, 1960.
  • Electromechanics: a first course in electromechanical energy conversion, Volume 1. By Hugh Hildreth Skilling. R. E. Krieger Pub. Co., Jan 1, 1979.
  • Electromechanics and electrical machinery. By J. F. Lindsay, M. H. Rashid. Prentice-Hall, 1986.
  • Electromechanical motion devices. By Hi-Dong Chai. Prentice Hall PTR, 1998.
  • Mechatronics: Electromechanics and Contromechanics. By Denny K. Miu. Springer London, Limited, 2011.

Externa länkar

redigera

  Wikimedia Commons har media som rör elektromekanik.

Hämtad från ”https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektromekanik&oldid=56600103”
  NODES
chat 2
Note 2