Bipolar electric motor
एक द्विध्रुवीय विद्युत मोटर एक विद्युत मोटर है जिसके स्थिर क्षेत्र में केवल दो (इसलिए द्वि-) ध्रुव होते हैं। वे एक कम्यूटेटर के साथ सरल ब्रश डीसी मोटर का एक उदाहरण हैं। यह क्षेत्र या तो एक स्थायी चुंबक या एक क्षेत्र कुंडल द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। 'द्विध्रुवीय' शब्द मोटर के स्थिर क्षेत्र को संदर्भित करता है, रोटर को नहीं। रोटरों में अक्सर दो से अधिक खंभे होते हैं, तीन एक साधारण मोटर के लिए और संभावित रूप से एक उच्च शक्ति वाले मोटर के लिए अधिक। एक दो-ध्रुवीय रोटर का नुकसान यह है कि यह सभी स्थितियों में स्वयं शुरू नहीं होता है और इसलिए इसे शुरू करने के लिए फ़्लिक करने की आवश्यकता होती है। प्रारंभिक मोटर 1870 के दशक के बाद के ग्राम मोटर से पहले डीसी विद्युत मोटरों में द्विध्रुवीय क्षेत्रों का उपयोग किया गया था। इन शुरुआती मशीनों में लंबे चुंबकीय परिपथ, चौड़े खंभे के अंतराल और संकीर्ण खंभे के टुकड़ों के साथ अपरिष्कृत रूप से डिज़ाइन किए गए क्षेत्र खंभे के टुकड़ों का उपयोग किया गया था जो आर्मेचर के माध्यम से केवल एक सीमित प्रवाह देते थे। ये क्षेत्र आमतौर पर घोड़े की नाल के आकार के होते थे, जिनमें या तो स्थायी घोड़े की नाल के चुंबक होते थे या फिर खंभों से कुछ दूरी पर एक या दो क्षेत्र कुंडल होते थे। प्रारंभिक अछूता तार को सूती धागे के आवरण के साथ अछूता किया गया था। ये कुंडलियाँ शॉर्ट सर्किट के साथ अत्यधिक गर्म होने और जलने से पहले केवल कम तापमान वृद्धि को संभाल सकती थीं। इस प्रकार कुंडलियाँ लंबी और उथली होती थीं, कभी-कभी तार की केवल एक परत की होती थीं, जिन्हें केवल अपने आकार को बनाए रखने के लिए एक लंबे कोर की आवश्यकता होती थी। एकल छोटी कुंडलियों को क्षैतिज रूप से लगाया जा सकता था, लेकिन सबसे आम व्यवस्था में दो लंबी कुंडलियों का साथ-साथ उपयोग किया जाता था। चुंबकीय परिपथ की दक्षता में सुधार करने के लिए, यह महसूस किया गया कि एक ही आर्मेचर के माध्यम से कई चुंबकीय पथ प्रदान किए जा सकते हैं। दो कुंडलियों को अब अलग कर दिया गया था और मोटर के किनारों पर रखा गया था, उनके लोहे के कोर के साथ एक साइडवे फिगर-8 सर्किट के रूप में और एक केंद्रीय ध्रुव अंतराल में आर्मेचर। दोनों कुंडलियों से प्रवाह इस अंतराल से होकर गुजरता है। इसने एक चुंबकीय परिपथ दिया जो कुल मिलाकर छोटा था और इस प्रकार कम चुंबकीय नुकसान था। वाइंडिंग को संवर्धित करने और उनके इन्सुलेशन की विश्वसनीयता में सुधार के लिए शेलैक के उपयोग से अधिक कॉम्पैक्ट कॉइल वाइंडिंग संभव हुई। बाद के डिजाइन, लगभग 1900 से, छोटे, अधिक कुशल चुंबकीय परिपथों के साथ अधिक सघन हो गए। फील्ड कॉइल अब खंभे के टुकड़ों के चारों ओर छोटे, स्क्वाट आंतरिक कॉइल में चले गए। शेष चुंबकीय परिपथ मोटर के आवरण के चारों ओर एक दो तरफा गोलाकार पथ था। जबकि मुख्य रूप से अधिक कुशल होने के लिए डिज़ाइन किया गया था, इसने स्थान के मामले में कहीं अधिक कॉम्पैक्ट लेआउट भी दिया। यह वृत्ताकार लेआउट एक औद्योगिक शक्ति स्रोत के रूप में द्विध्रुवीय मोटर के अंत का भी प्रतिनिधित्व करता है। चार-ध्रुव व्यवस्था देते हुए आवरण के समान आकार के भीतर क्षेत्र कुंडल और खंभे के टुकड़ों का दूसरा सेट रखना संभव था। आर्मेचर की पूरी परिधि के चारों ओर फील्ड फ्लक्स के अधिक कुशल प्रावधान के कारण, यह एक ही आर्मेचर करंट के लिए लगभग दोगुनी शक्ति का मोटर देता है। आर्मेचर करंट, और संबंधित कम्यूटेटर और ब्रशगियर, निर्माण के लिए मोटर के सबसे महंगे भागों में से एक का प्रतिनिधित्व करते थे। बड़े द्विध्रुवीय मोटरों के लिए अंतिम औद्योगिक उपयोगों में से एक 1917 के मिल्वौकी रोड के वर्ग ईपी-2 विद्युत इंजनों के लिए था। लाइन ने 3,000 वी. डी. सी. के वोल्टेज का उपयोग करके अपने तट प्रभाग मार्ग का विद्युतीकरण करने का विकल्प चुना था। ये पहले विद्युत इंजन नहीं थे जिनका उत्पादन और पिछले अभ्यास से सीखे गए सबक को शामिल किया गया था। कई शुरुआती लोकोमोटिवों ने लोकोमोटिव फ्रेम पर लगे एक या दो बड़े मोटरों का उपयोग किया था, जिसमें कपलिंग रॉड के पारंपरिक भाप लोकोमोटिव अभ्यास द्वारा पहियों तक ड्राइव किया जाता था। जहाँ एसी मोटरों का उपयोग किया जाता था, जहाँ कई खंभों और इस प्रकार बड़े व्यास की आवश्यकता होती थी, ये फ्रेम-घुड़सवार मोटर अपरिहार्य दिखाई देते थे, भले ही उन्हें पहियों के लिए इस रखरखाव-गहन यांत्रिक ड्राइव की आवश्यकता होती थी। नोज-हैंग ट्रैक्शन मोटर्स की एक वैकल्पिक प्रणाली में प्रत्येक एक्सल के साथ छोटे हाई-स्पीड मोटर्स का उपयोग किया जाता था, जो एक रिडक्शन गियरबॉक्स के माध्यम से चलते थे। यह प्रणाली अंततः विद्युत और डीजल दोनों इंजनों में प्रबल होगी, लेकिन इस समय एक विश्वसनीय उच्च-शक्ति गियरबॉक्स का उत्पादन करना मुश्किल था। "द्वि-ध्रुवीय" डिजाइन में एक्सल-माउंटेड मोटर्स का उपयोग किया गया था, जो प्रत्येक पहिये को सीधे चलाते थे। धुरी ने न केवल पहियों का, बल्कि मोटर आर्मेचर का भी तकला बनाया। यह स्पष्ट रूप से सरल प्रणाली पहले उपयोग की गई थी, लेकिन केवल हल्के मोटरों वाले कम शक्ति वाले इंजनों के लिए। चूँकि पहिये और एक्सल, और इस मामले में मोटर भी, निलंबन से अप्रभावित हैं, यहाँ कोई भी अतिरिक्त वजन खराब सवारी गुणों का कारण बन सकता है। इन अत्यंत शक्तिशाली नए इंजनों के लिए इसके उपयोग की अनुमति देने के लिए, मोटर को दो भागों में विभाजित किया गया था। आर्मेचर को एक्सल के हिस्से के रूप में बनाया गया था, लेकिन बहुत भारी फील्ड पोल और कॉइल को लोकोमोटिव के निलंबित फ्रेम पर ले जाया गया था। इसने एक स्वीकार्य सवारी दी। इस प्रणाली की जटिलता यह थी कि आर्मेचर को अब क्षेत्र के सापेक्ष ऊपर और नीचे जाने के लिए स्वतंत्र होना चाहिए, क्योंकि निलंबन चलता है। एक समकालीन चार-ध्रुवीय मोटर के साथ, यह ऊपरी और निचले ध्रुवों पर ध्रुव अंतराल को बदल देगा, शायद इस हद तक कि आर्मेचर ध्रुव के टुकड़ों से टकराता है (निलंबन यात्रा विशिष्ट ध्रुव अंतराल की तुलना में बहुत बड़ी होती है)। इसका समाधान अपेक्षाकृत प्राचीन द्विध्रुवी मोटर पर लौटना था। खंभों को आर्मेचर के किनारे पर रखने और उन्हें सपाट ऊर्ध्वाधर चेहरे देने से, आर्मेचर उनके बीच ऊपर और नीचे जाने के लिए स्वतंत्र था। मोटर डिजाइन अपेक्षाकृत अक्षम था, यहां तक कि उस समय के मानकों के अनुसार भी, लेकिन इन इंजनों को दक्षता के लिए डिज़ाइन करने के बजाय सस्ती पनबिजली की उदार आपूर्ति के साथ उनकी शक्ति और ढुलाई क्षमता के लिए डिज़ाइन किया गया था। प्रारंभिक "द्वि-ध्रुवीय" डिजाइनों में 1904 का न्यूयॉर्क सेंट्रल का अग्रणी एस-मोटर और बाद में 1913 का टी-मोटर शामिल था, हालांकि मिल्वौकी रोड का वर्ग ईपी-2 द्वि-ध्रुवीय मोटर से सबसे अधिक जुड़ा हुआ वर्ग बन गया, यहां तक कि वर्ग के लिए "द्वि-ध्रुवीय" नाम भी प्राप्त किया। ईपी-2 इंजनों ने 35 वर्षों तक विश्वसनीय और सफलतापूर्वक काम किया। अंततः 1950 के दशक के अंत में अमेरिकी रेलमार्गों में सामान्य गिरावट, सस्ती डीजल शक्ति के आगमन और विशेष रूप से उस वर्ग के पुनर्निर्माण के कारण उन्हें वापस ले लिया गया जो खराब तरीके से किया गया था और पुनर्निर्मित इंजनों को विश्वसनीयता की समस्याओं के साथ छोड़ दिया था। आधुनिक द्विध्रुवीय मोटर द्विध्रुवीय मोटर आज भी व्यापक उपयोग में है, मध्यम-शक्ति, कम लागत वाले अनुप्रयोगों जैसे कि खाद्य मिश्रक, वैक्यूम क्लीनर और विद्युत अभ्यास जैसे घरेलू उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले सार्वभौमिक मोटर। ये मोटर मोटे तौर पर श्रृंखला से जुड़े फील्ड वाइंडिंग के साथ ब्रश किए गए डीसी मोटर के डिजाइन हैं। वे एसी आपूर्ति पर भी अच्छी तरह से काम करते हैं और अब आमतौर पर ऐसे पर पाए जाते हैं। वे प्रेरण मोटरों की तुलना में अधिक टोक़ और गति प्रदान करते हैं और इसलिए उनके कई अनुप्रयोग हैं जहां उनकी पूंजी लागत और हल्के वजन उनकी विद्युत दक्षता की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण हैं। खिलौना मोटर टिनप्लेट खिलौनों के शुरुआती दिनों से ही बिजली के खिलौनों में साधारण द्विध्रुवी मोटर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है। इस तरह की पहली मोटरों में एक साधारण घोड़े की नाल के स्थायी चुंबक का उपयोग किया गया था। 1960 के दशक के बाद से अधिक आधुनिक 'कैन' मोटर, द्विध्रुवीय बनी हुई हैं, लेकिन औद्योगिक मोटरों की तरह, एक गोलाकार स्टील कैन केस के भीतर सी-आकार के चुंबक की एक अधिक कुशल जोड़ी का उपयोग किया है। अपनी अतिरिक्त लागत और जटिलता के कारण, फील्ड कॉइल वाली मोटरों का उपयोग मॉडल के लिए शायद ही कभी किया गया है। इसका एक प्रसिद्ध अपवाद मोटरों की 'टायकोल' श्रृंखला थी, जिसका उद्देश्य मुख्य रूप से बड़ी मॉडल नौकाओं के लिए था। 1950 और 1960 के दशक में ये अपने चरमोत्कर्ष पर थे, कीमत में अप्रचलित और अप्रतिस्पर्धी हो गए क्योंकि स्थायी चुंबक के लिए अधिक शक्तिशाली सामग्री, विशेष रूप से फेराइट, उपलब्ध हो गए। टायकोल ने साधारण घोड़े की नाल चुंबक मोटरों के साथ शुरुआत की, लेकिन उनकी वास्तविक विशेषता घाव के खेतों के साथ थी। इनमें से अधिकांश ने रोटर के ऊपर लगे एकल अनुप्रस्थ क्षेत्र कुंडल का उपयोग किया। उनकी बड़ी 'मरीन' और 'डबल स्पेशल' श्रेणियों में दोहरे कुंडल लेआउट का उपयोग किया जाता था, जिसके किनारों पर दो ऊर्ध्वाधर क्षेत्र कुंडल लगे होते थे। एक समान, हालांकि छोटी और बहुत कम शक्तिशाली मोटर, मेक्कानो ई15आर मोटर थी। एक साधारण द्विध्रुवी मोटर का निर्माण, आमतौर पर एक द्विध्रुवी रोटर के साथ भी, बच्चों के लिए एक लोकप्रिय बुनियादी विज्ञान परियोजना बनी हुई है। संदर्भ विद्युत मोटर