Микроэлектромагниты

Предлагаю обсудить любительские технологии изготовления миниатюрных (миллиметровых и меньше размеров) и эффективных электромагнитов. Начну с известных мне методик:

0) Вытащить из реле. Ну это даже не методика.
1) Намотать тонкой изолированной проволоки на сердечник из проволоки стальной. Просто и общедоступно. Недостаток: для питания от компактных и дешевых ключей типа ULN2003 (Imax=400 мА) и популярных напряжений 5...12 В проволока должна быть очень тонкой, а намотка - очень длинной.
2) Сформировать проводящие линии на гибкой основе и свернуть в рулончик, совмещая концы линий со сдвигом. Недостаток - труднореализуемо в любительских условиях.
3) Нанести на плату плоскую спираль с мелким шагом и большим кол-вом витков. Та же проблема.
4) Использовать как основу SMD-катушки. Надо попробовать.

И куда такие электромагниты нужны?

НИОКР (из вашего профиля) как расшифровывается, вот нашел в яндексе: "...научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ (далее - НИОКР) ...", правильно?

АК: И куда такие электромагниты нужны?

Да хоть куда:

- микроманипуляторы и микропривод
- разнообразнейшие агрегаты с ЧПУ где надо контролируемо наносить краску, полимер, порошок и т.п.
- матричные принтера (необязательно по бумаге)
- отклонение светового луча
- перфораторы микроотверстий в фольге
- электромагнитные клапаны
- самопальные реле
- фиксаторы в механических устройствах
- приводы для RC моделей
- массивы микроэлектромагнитов - а это уже что угодно от электромеханических и магнитореологических дисплеев, до "умных" рабочих столов
- дозаторы хим. реагентов
- компенсаторы для устройств точного позиционирования по принципу головки CDROM
- микронасосы
- управляемые КПЕ
- и т.д....

В общем, подобная технология, как мне кажется, может существенно облегчить жизнь радиолюбителя.

АК: НИОКР (из вашего профиля) как расшифровывается, вот нашел в яндексе: "...научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ (далее - НИОКР) ...", правильно?

Да - разрабатываю и исследую потихоньку всякое разное. Разработки и поделки на заказ, а также собственные проекты. Возможность заниматься этим появилась совсем недавно (в отличие от интереса к таким вещам), так что сейчас приходится осваивать многие вещи, с которыми иные любители знакомы со школьных лет.

Я слежу за развитием нанотехнологий, видел сообщение о создании работоспособного электродвигателя, дающего вращательное движение и видимого только под микроскопом. Но, IMHO, это не для любительства. Так же, как и многослойные печатные платы, оно не воспроизводимо на кухонном столе.
А минимальный размер того, что сделать можно, уже овеществлён в миниатюрных реле. Так стоит ли огород городить? Проще оттуда и взять.
Добавлю к этому, что печатные маловитковые катушки, к тому же без железного сердечника, годятся лишь в резонансные цепи, поскольку абсолютно неэффективны как электромагниты (т.е. как источники силы).

А на счёт конструкции из гвоздя с намотанной на него обмоткой, добавлю следующее.

В подобных конструкциях проблемой является низкое сопротивление обмотки, по этому запитывать такие электромагниты нужно только источниками тока, соблюдая соотношение ампер-витков.

Линейные не подходят из-за низкого КПД, а вот импульсные - самый раз.
Схема отличается только тем, что на управляющий вход ключа поступает не постоянное напряжение (ток), а импульсы, длительность которых пропорциональна току электромагнита.
Обмотка защунтирована диодом.

Это уменьшит или сведёт на нет недостаток - "проволока должна быть очень тонкой, а намотка - очень длинной".

Спец: печатные маловитковые катушки, к тому же без железного сердечника, годятся лишь в резонансные цепи, поскольку абсолютно неэффективны как электромагниты (т.е. как источники силы).

Несомненно. Они могут разве что отклонять что-то висящее и взаимодействовать с мощным (например постоянным) магнитом.

DWD: запитывать такие электромагниты нужно только источниками тока, соблюдая соотношение ампер-витков

Да, это на самом деле решает проблему. Надо поискать (или кто знает?) микросхемки - ключи, коммутирующие токи в единицы А при напряжениях меньше вольта.

Тем временем, с помощью наспех сделанного динамометра я испытал несколько магнитов. Сердечники были из ножек транзисторов, скрепок и булавок, проволока - 0,15 и 0,2 мм. Фото:

http://www.mntc.ru/temp/din.jpg
http://www.mntc.ru/temp/elm.jpg

Мерялась сила захвата (когда объект не коснулся магнита) и сила удержания. Последняя больше раза в четыре, но первая обычно критичнее.

Результаты опытов следующие:

1) Отношение силы захвата к объему магнита в среднем 0,1 Н/мм3. При 0,2 Н/мм3 что-нибудь начинает гореть. Это отношение можно принять за меру технического совершенства микроэлектромагнитов.

2) Отношение силы захвата к потребляемой электрической мощности на порядок больше у магнитов с вдвигающимся сердечником (к которому прикреплена полезная нагрузка) в отличие от магнитов с неподвижным сердечником.

3) Наличие снаружи магнитопровода из железа, а также маленького неподвижного сердечника внутри - никакого заметного влияния не оказало. Возможно, это связано с низким качеством их изготовления.

4) Наиболее технологичный способ изготовления микроэлектромагнитов такой: подбирается очень ровный отрезок твердого ферромагнитоного материала (прямая часть тонкой булавки, иголки), сажается во фторопластовый кембрик, снятый с провода соотв. диаметра, и обматывается проволокой. Если намотка норовит размотаться, закрепляем капелькой суперклея. Сердечник должен свободно ходить в кембрике, припаиваем к нему полезную нагрузку и электромагнит готов.

5) Теперь интересно найти способ повышения характеристик магнитов - например отношения силы к объему до 0,5 или даже до 1. В первую очередь уменьшая радиус сердечника, толщину кембрика и диаметр проволоки. Но могут быть и принципиально иные подходы. Если у кого-то есть по этому поводу идеи, но лень городить динамометр - пишите, я попробую собрать и испытать. Быть может, совместными усилиями мы создадим отличную штуку!

Секционный эл. магнит? По-идее им можно тянуть дальше и сильнее.

Откуда-то помнится, что хорошие параметры для изготовления электромагнита (трансформатора) имеет сталь бритвенных лезвий.

Когда-то скачал несколько страниц с одного сайта по способам увеличения силы электромагнита, а теперь ссылки не действуют.
Сохранённая на винте информация имеет размер 1,7МБ.

Если есть желание, выложу.
По видимому, технология называется "Parallel Path Magnetics". Поиск по этой фразе даёт кучу ссылок, но я просмотрел только пару первых - совпадает. Правда, то, что я когда-то скачал, лучше тем, что последовательно, на картинках показан принцип.

Imho, информация о бритвенных лезвиях (как и о СТАЛЬНЫХ сердечниках типа игла, булавка) - ошибка, поскольку сердечник должен быть из магнитоМЯГКОГО материала, не сохраняющего остаточной намагниченности.