Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Есть сайт посвященный электромеханике и смежным вопросам, там есть программа которая рассчитывает силу взаимодействия постоянного цилиндрического магнита ( ПМ) и соленоида, это не совсем 100% совпадение , но оценка величины вполне.
http://imlab.narod.ru/M_Fields/M_Drive/M_Drive.htm
Ну и для ознакомления оглашаю полный список-
http://imlab.narod.ru/M_Fields/M_Fields.htm

 

Поражен вашим терпением. Первый пост датирован 1 маем 2010 года!!!! Удачи!
Вы не думали собрать средства на проект с помощью краудфандинга? Такой способ финансирования становится все более популярным.

 

Спасибо Дмитрий за пожелания! Что заставляет меня двигать эту тему? Как минимум - просто интересно, что из всего этого в конце получится , ну и плюс много других причин, включая здоровый эгоизм, и желание заодно получить новые знания и навыки. Долго тянется наша тема из-за вполне очевидных сложностей в реализации метода считывания. Вот если бы не Optics, то наверно еще долго бы топтались на месте, да и времени у меня раньше было меньше для этой работы. А теперь, благодаря кризису (слово <благодаря> без кавычек), с работой и деньгами стало сложнее, но зато появилось больше времени для проекта . Так что нет худа без добра. Что касается краудфандинга, то это хорошо для готовых проектов, когда просто нет денег для запуска стартапа. А у нас еще не до конца понятно, что получится в результате. Тут нужно скорее что-то типа гранта на исследования (а у нас это исследование фактически и есть, только за мои деньги ). Вот соберем все, проверим, и будем дальше решать что с этим всем делать . Мне конечно было бы легче, если бы кто помогал по механической части устройства, но т.к. особо желающих и/или знающих этот предмет у нас пока нет, то приходится все делать самому, вникая во всякие допуски-припуски, радиально-упорные подшипники, и фаски . Сейчас на предприятии "Стройгидравлика" у нас в Одессе люди, я надеюсь, помогут мне сделать весь механизм нашего устройства. Нашел еще в Харькове человека готового отлить детали из пластика за более скромные деньги, чем в Одессе.

 

Успехов вам! Надеюсь, что настанет время, когда мы сможем поучаствовать в финансировании вашего стартапа, и в конечном итоге заказать готовое устройство!

 

UPD:
Нарисовал фрагмент предполагаемой конструкции отклонящей системы - в упрощенном виде головка с каркасом катушки + магнитопровод на основании с магнитом и выкладываю это в трех видах. Все размеры деталей реальные, из проекта. Конструкция перевернута вверх ногами, чтобы было все проще разглядеть. На третьем виде показал скрытые грани, чтобы было понятно какая высота магнита по отношению к высоте катушки. Высота магнита 8 мм, ширина/длина 15/15 мм. В действительности головка должна быть смещена еще на 5 мм вниз (а на рисунке соответственно вверх), поэтому я впоследствии конструкцию крепления катушки к головке подправлю, а заодно изменится немного и положение магнита. Optics, помогите пожалуйста с этим узлом. Правильно ли выбрал форму магнитопровода, и как расположить магнит? Магнит на рисунке вроде поставил правильно - полюса сверху/снизу (если я их правильно определил), но в пикапах два магнита, и стоят они по бокам катушки по другому - развернутые полюсами по отношению к катушке на 90 градусов. Привожу в пример несколько макрофото (обратите внимание на метки зеленой краской на магнитах - метки врозь), на третьем макро - без катушки с линзой - оторвал один из магнитов и слепил их между собой - видно, что метки стали вместе. На четвертом макро мои два родных магнита для проекта слепленные вместе и держаться на магитопроводе от какого-то реле. Еще - какую высоту катушки лучше выбрать? Все поправлю, как скажете. По механике дело тоже движется - если будет все нормально то до конца недели доделаю все чертежи всех деталей и на следующей неделе отдам на изготовление. Сделать обещают быстро - за один-два дня. Серьезные ребята эта "Стройгидравлика" - документацию им подавай по всем правилам, поэтому по времени пришлось потратится, плюс еще по некоторым узлам и конструкционным моментам какое-то время ломал голову, чтобы было и как можно проще но, с другой стороны, и работало как надо. Продумывал еще сразу конструкцию электромеханического привода поворота траверсы в рабочее положение и возврат на парковку + электромеханический привод фиксатора-упора в ось привода диска пластинки, но потом решил отложить - слишком много времени на это могло уйти. Сделаем это со временем, главное чтобы основное заработало. После сборки и примерной проверки железа сразу перейду на чертежи по пластику одновременно согласовывая все конструктивные моменты здесь на форуме, так что не расслабляемся.

 

По магнитам есть замечания, но сегодня занят ответить не смогу , постараюсь за выходные подготовить ответ

 

По магниту я уже думал сделать гораздо проще - склеить простейший каркас чуть больше магнита и намотать на него небольшую катушку. Подавая на нее напряжение, а точнее ток, разной полярности и меняя пространственное положение магнита на магнитопроводе можно будет увидеть в каком случае мы получим максимальное отклонение катушки. Что касается конструкции отклоняющей магнитной системы то я ее заимствовал чуть менее чем полностью с конструкции вот этого пикапа, включая рычаги подвески, только видоизмененные. Его фото я уже здесь раньше несколько раз выкладывал. Магнитопровод в нем такой же как у меня - П-образной конструкции на одной из сторон которого приклеен магнит. Обмоток на каркасе две, а точнее три - два вертикально расположенных рядом маленьких каркаса с обмотками соединенными последовательно (хорошо видно как они входят в зазор между магнитопроводом и магнитом) - это одна обмотка для горизонтального отклонения линзы, а вторая катушка, горизонтально намотанная, для вертикального отклонения, но ее к сожалению в этом ракурсе не видно. Просто поверьте мне на слово. Если найду эту головку сделаю фото с более удачного ракурса. Что касается ориентации магнита с этого пикапа то этой информации нет, хотя можно его оторвать и исследовать, но желания нет. Ничего, разберемся и так.
UPD:
Сделал как сам и предлагал: на простейшей оправке высотой около 8 мм (как и высота магнита) намотал катушку и одел ее на магнит с магнитопроводом - все по рисунку как в проекте. Картина поведения катушки при подаче на нее тока следующая - усилие эл. магнитного поля минимально в случае когда катушка находится вровень с магнитом (магнит внутри катушки) и максимально в крайних верхнем/нижнем положениях катушки относительно магнита. Разница в крайних положениях только в направлении воздействия - скажем, в верхнем положении сила катушку пытается максимально вытолкнуть, а в нижнем положении сила катушку наоборот пытается максимально втянуть. А глобальный вектор направления усилия эл. магнитного поля при этом один, просто его максимумы усилий приходятся на края магнита. Соответственно, направление этого вектора можно менять сменив полярность тока. Пришел к выводу, что положение магнита у меня в проекте нарисовано правильно, потому, что если пытаешься развернуть магнит на 90 градусов и в таком виде закрепить на магнитопроводе то катушка с током норовит разворачиваться на эти 90 градусов вслед за магнитом. Теперь сижу соображаю что со всем этим делать .

 

Еще немного фото - моя катушка вместе с магнитом. Могу выложить фрагмент видео как она подлетает вверх при подаче на обмотку тока . И фото пикапа из предыдущего сообщения в другом ракурсе - хорошо видна горизонтальная катушка. Третье фото еще одна интересная разновидность пикапа только с двумя магнитами и двумя катушками. В этом варианте горизонтальные катушки соединены последовательно. Незнаю, можно ли будет у нас реализовать такой вариант, во всяком случае будут нужны два других магнита меньшего размера и конструкцию подвески придется кардинально как-то менять, также, как и форму передней части подвижной каретки.

 

1. Если я правильно понял двигается с помощью магнита и катушки узел окрашенный грязно-желто-сероватым цветом соединенным механически с катушкой. Если это так , то:
предположу что гибкие подвесы катушки и всего узла не показаные на чертежах будут располагаться справа от катушки.
Следующие моменты ( кручения) должны быть учтены а) момент силы тяжести подвижного узла относительно точек подвеса, б) моменты возникающие при воздействии электродинамических усилий. Если остановиться на конструкции где подвес и актюатор( катушка с магнитом) расположены только с одной стороны, система будет иметь усложняющие ее работу указанные выше моменты и отклонения подвижного оптического узла от его оси. В первых пикапах была именно такая система, в современных- гибкий подвес делается с одной стороны, но актюатор с двух сторон как показано на IMG5271 и на IMG 5273 выше. Такой актюатор более эффективно использует ток в катушке ( за счет 2-х) магнитов. Магниты и ярмо ( магнитопровод) расположени так чтобы обеспечить насколько возможно однородное магнитное поле между двумя магнитами ,те там где находится катушка, что увеличивает линейный диапазон зависимости сила от тока и соответственно упрощает алгоритм управления те синтез контроллера.

2. "Магнит на рисунке вроде поставил правильно - полюса сверху/снизу" в этой конфигурации при подаче тока в катушку она будет двигаться вверх-вниз. Расчет для цилиндрического магнита и катушки приведены на 3 рисунках из дипломной работы Ольшанова. Поясню работу актюатора на примере цилиндрического магнита (ПМ), с прямоугольником все очевидно подобно. Магнитное поле ПМ имеет радиальную компоненту и аксиальную ( вдоль Z). Аксиальная компонента при взаимодействии с током катушки стремится е расширить -сжать вдоль радиуса, поэтому в данном моменте нам не интересна. Радиальная компонента при взаимодействии с током в катушке будет толкать ее вверх-вниз. Расчет компоненты поля Br приведен на рисунке Field_Br. Схема взаимодействия катушки и ПМ приведена на рисунке Force_theor. Размер магнита высота 10 мм, диаметр 8 мм, Поле 1 Тл. Размер катушки длина ( высота ) 10 мм внутренний диаметр 12 мм, внешний 20 мм. Расчет силы приведен на рисунке force_exp. расстоянию d=0 соответсвует положение когда магнит находится полностью внутри катушки. Ток =1 А. Азимутальная компонента не приведенная здесь играет свою негативную роль пытаясь "кувыркнуть " катушку на 90 градусов. Надо отметить что эта конфигурация не самая эффективная в отношении ток-сила. ( to be continued)

 

Optics, я закладывал в конструкцию вариант с одной катушкой и есть уже готовые чертежи деталей для производства. Если двух магнитная система все же лучше по характеристикам, то тогда придется пока заказ на изготовление некоторых деталей приостановить до выяснения и расчетов нового варианта конструкции (у японцев, кстати тоже двух магнитная система).

 

В предложеннм расположении магнита изогнутый магнитопровод совершенно излишен. Если движение подвижной оптической головки поперек трека будет осуществляться с помощью другого актюатора или винтом, то можно использовать данную конфигурацию с использованием прямоугольного или цилиндрического магнита. Чтобы оценить размеры магнита и количество витков в катушке надо знать вес передвигаемого узла. Плюс смоделировать как это все будет работать с учетом гибкого подвеса. (Comsol, SoldWorks, Ansys)

В случае если движение поперек трека надо реализовать на этом же магните? то надо конечно рассмотреть другой вариант расположения магнита. В СД головках используется принцип представленный на рисунке. Здесь магнитопровод обеспечивает относительно однородное поле в зазоре где располагаются катушки для движения вверх-низ и поперек (не нарисована). Напряженность поля в зазоре описывается ( приближенно 10-15 %) формулой. Lm тлщина магнита, gap -ширина зазора. Видно , что чем меньше зазор тем поле ближе к максимально возможному для данного магнита. M - намагниченность. Чтобы повысить линейность и эффективность обычно исползуют две таких системы. Из рисунка видно , что работают только витки с находящиеся в зазоре, поэтому лучше использовать две таких системы.
Для тех кто хочет глубже познакомиться с расчетом полей магнитов и сил взаимодействия токов с ПМ, а тккже принципами расчета и синтеза контроллеров подобных систем могу посоветовать
1. Edward P. Furlani
"Permanent Magnet and Electromechanical Devices Materials, Analysis, and Applications"
2.Sergey Edward Lyshevski
"MICROMECHATRONICS Modeling, Analysis, and Design with MATLAB®"

 

Движение поперек трека наверно пока будем делать только винтом (в том числе и отслеживание дорожки) т.к. использование второго актуатора слишком усложняет и конструкцию и алгоритм управления, что не совсем входит в наши планы. Если же с таким вариантом будут проблемы, ну тогда будем думать о втором актуаторе. В нашем случае повышаются требования к механической части позиционера, его прецизионности. В любом случае механика это не очень хорошо т.к. со временем она изнашивается, появляются люфты и т.д. и т.п., но пока выбирать не приходится. Соберем, посмотрим что будет получаться и потом уже будем решать что делать дальше. Ок, я начинаю сейчас переделывать актуатор на двух магнитную систему и выложу здесь на обсуждение. Конструкцию подвески судя по всему оставлю такой как в первом варианте на листовых пружинах.

 

Нарисовал вариант с двумя магнитами. Смотрим, критикуем. Optics, а два отдельных магнитопровода наверно нужно было все же объединить вместе? Быстро дорисовал перемычку объеденив два магнитопровода и выложил второй рисунок. При этом сдвинул катушку с головкой на 1 мм ниже, чтобы лучше было видно эту перемычку. Оставляем так? Кстати, в головках от CD чаще всего идет один упрощенный магнитопровод на два магнита без зазора. Пример уже выкладывал выше. Выложу здесь еще раз это фото - магниты приклеены по бокам (здесь на фото один из них оторван и приклеился ко второму, а катушка актуатора находилась ровно посередине этой конструкции).

 

На первый взгляд все вроде в порядке. Да основания можно объединить те в DVD это сделано на одной железяке. Остается только просчитать всю механику! Ждем конструкцию гибкого подвеса.

 

Конструкцию подвеса я уже выкладывал раньше в общей сборке. Нарисовал отдельно головку с пружинами, чтобы было более понятно. Пружины пока листовые пластиковые, красного цвета для наглядности, толщина их условная как и длина, и размеры их можно менять в любую сторону (хотелось бы знать, на какой длине пружин остановиться и как эту длину подбирать? интуитивно хочется сделать их длиннее, чем показано на рисунке). Дал также вид этого еще и сбоку для наглядности. Покритикуйте. Катушку реально нужно сместить ниже по головке (потом исправлю), она будет практически посередине ее, между пружинами, чтобы был запас пространства для перемещения вверх/вниз где-то по 5 мм, между верхней и нижней частями основания. Магнитопровод тоже нужно выровнять до середины между пружинами. Планирую продумать механизм подстройки/сдвига пружин вдоль основания чтобы легче попадать оптической осью линзы, которая в головке, на ось луча от ЛД. Optics, и напоследок - на каком варианте магнитопровода остановиться окончательно - правом или левом (третий прикрепленный рисунок)? Левый наверное более эффективный но сложнее в изготовлении (но если стоИт его делать, то будем делать). Наверно остановимся на правом (да и в тех же пикапах так делается) ? Высоту катушки я планирую оставить такой как на рисунке - 10 мм или скоре даже чуть меньше, где-то 8 мм. По длине магниты напомню 15 мм. А, еще хотел уточнить по меткам зеленой краской на магнитах пикапов, как здесь на четвертом фото - что они обозначают? Понятно, что это для сборщиков ориентир как их крепить, но не совсем похоже что это север-юг, это именно их боковые стороны - на пятом фото, где другие магниты вместе свободно слепились, метки краской (синей) совместились, но на предыдущей головке магниты по разные стороны катушки метками в разные стороны. Как в наших магнитах определить вот эти стороны меченные краской?

 

Здесь можно решить только расчетом. Надо знать вес подвижного узла с катушкой и прочей начинкой.
Можно исходить из Размеров имеющихся магнитов и допустимого тока в катушке. Отсюда определяем силу актюатора и далее задаваясь необходимым смещением для заданной силы определяется длина тощина гибких пружин с учетом свойств материала. (Можно попробовать посмотреть в ANSYS модель, но для этого надо чтобы вы прислали чертеж если формат инвентора распознает Ansys или попробовать в формате IGES сохранить модель.)

Левый более эффективный, что думаю будет нелишне. Вот только я не могу сейчас точно сказать будет ли он работать. Дело в том что полюса магнитов должны быть обращены к магнитопроводу, причем противоположными полюсами ( так как ток в катушке течет по кругу те в противоположных сторонах катушки в противоположные стороны). Тут возникает НО. Поскольку магнипровод соединяет противоположные полюса двух разных магнитов , то что будет с полем в зазоре где ходит катушка? Мне надо подумать или посчитать. Правый вариант более однозначен , но поле действующее на катушку будет содержать большую аксиальную составляющую ( направленную вверх) те теряем часть поля да еще приобретаем неустойчивость. Я в пикапах встречал конфигурацию "левую" , только там магнитопрвод замыкался снизу в виде пластины с отверстием для луча лазера, те две рабочие стороны катушки находились в узком U образном зазоре. Я завтра посмотрю этот конфиг может сфотографирую. То что делают в пикапах может оказаться не очень подходящим для нас. там конструкция облегченная. А у нас боюсь тяжеловата.

Обычно большая плоскость магнита является полюсом.

 

Optics, я могу вам прислать модель в формате IGES - Инвентор позволяет конвертировать в такой формат, только уточните что должно быть в составе модели? Т.е. головка с пружинами и магниты с магнитопроводом, или что-то конкретное?
Пришлось несколько укоротить длину магнитопровода - в спешке сразу не учел толщину боковых стенок основания между которыми будет располагаться магнитопровод, в результате и каркас катушки пришлось делать более узким по одной стороне. Посмотрите что получилось. Такой вариант узкой катушки не будет хуже? Но у нас вариантов особо других и нет, разве только если вообще кардинально как-то менять всю конструкцию подвижной каретки, что совсем не хочется.

 

Все присылайте в формате инвентора попробую. Дб узел подвижный , каркас катушки, подвесы, материал надо указать можно отдельно не в Inventor. Размер магнитов, какой провод, сколько витков в катушке надо как-то приблизительно оценить. Диапазон смещений подвижного узла.

Смотрите, ток в катушке течет в разные стороны в области близкой к магнитам. Если поставить магниты друг к другу одинаковыми полюсами, то одну сторону обе стороны катушки будет тянуть вверх\вниз. - хорошо но есть потери поля.
Если поместить магниты разными полюсами друг к другу, то при малом расстоянии они будут взаимодействовать друг с другом поле будет однородным и будет тянуть одну сторону катушки вверх, а другую вниз. плохо.
Я здесь прикрепил снимки устройства магнитопроводов из CD\DVD вид сверху и снизу. На 1 -ой головке вижно, что катушки находятся в U образном зазоре , на втром пикапе, сверху это не видно, но снизу можно понять что расположение катушек такое же в U зазоре. Эта конструкция оптимальна. Подумайте можно ее воплотить.

 

Т.е. конструкция магнитопроводов на двух головках, которые на ваших фото одинаковая? На сторонах back обеих показанных головок абсолютно одинаковые картинки на фото, и даже размер в килобайтах совпадает - вы случайно не ошиблись и выложили два одинаковых фото снизу и оба с первой головкой. Уточните пожалуйста. Но идею я понял и постараюсь продумать как ее реализовать у нас. Модели по списку вышлю в ближайшее время.

 

Да ошибся вот картинка