Piezoelectric motor
पीजोइलेक्ट्रिक मोटर या पीजो मोटर एक प्रकार की विद्युत मोटर है जो पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के आकार में परिवर्तन पर आधारित होती है जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, जो विपरीत पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के परिणामस्वरूप होता है। एक विद्युत परिपथ पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री में ध्वनिक या अल्ट्रासोनिक कंपन बनाता है, जो अक्सर ज़िरकोनेट टाइटनेट और कभी-कभी लिथियम नियोबेट या अन्य एकल-क्रिस्टल सामग्री का नेतृत्व करता है, जो अपने तंत्र के आधार पर रैखिक या घूर्णन गति का उत्पादन कर सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक मोटरों के प्रकारों के उदाहरणों में इंचवर्म मोटर, स्टेपर और स्लिप-स्टिक मोटर के साथ-साथ अल्ट्रासोनिक मोटर शामिल हैं जिन्हें आगे स्थायी तरंग और यात्रा तरंग मोटरों में वर्गीकृत किया जा सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक मोटर आमतौर पर एक चक्रीय कदम गति का उपयोग करते हैं, जो क्रिस्टल के दोलन को एक मनमाने ढंग से बड़ी गति का उत्पादन करने की अनुमति देता है, जैसा कि अधिकांश अन्य पीजोइलेक्ट्रिक एक्चुएटर्स के विपरीत है, जहां गति की सीमा स्थिर तनाव द्वारा सीमित होती है जिसे पीजोइलेक्ट्रिक तत्व में प्रेरित किया जा सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टलों का विकास और निर्माण एक अच्छी तरह से विकसित उद्योग है, जो एक दिए गए लागू संभावित अंतर के लिए बहुत समान और सुसंगत विरूपण प्रदान करता है। यह, विकृतियों के सूक्ष्म पैमाने के साथ मिलकर, पीजोइलेक्ट्रिक मोटर को बहुत महीन कदम उठाने की क्षमता देता है। निर्माता नैनोमीटर पैमाने की सटीकता का दावा करते हैं। उच्च प्रतिक्रिया दर और क्रिस्टल की तेजी से विकृति भी चरणों को बहुत उच्च आवृत्तियों पर होने देती है-5 मेगाहर्ट्ज से ऊपर। यह लगभग 800 मिमी प्रति सेकंड या लगभग 2.9 किमी/घंटा की अधिकतम रैखिक गति प्रदान करता है। पीजोइलेक्ट्रिक मोटरों की एक अनूठी क्षमता मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों में काम करने की उनकी क्षमता है। यह उन अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयोगिता को बढ़ाता है जो पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय मोटरों का उपयोग नहीं कर सकते हैं-जैसे कि परमाणु चुंबकीय अनुनाद एंटेना के अंदर। अधिकतम परिचालन तापमान प्रयुक्त पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के क्यूरी तापमान द्वारा सीमित है और + 250 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक मोटरों के मुख्य लाभ उच्च स्थिति की सटीकता, बिना शक्ति के स्थिति की स्थिरता, और बहुत छोटे आकारों या असामान्य आकारों जैसे कि पतले छल्लों में गढ़े जाने की क्षमता हैं। पीजोइलेक्ट्रिक मोटरों के सामान्य अनुप्रयोगों में कैमरा लेंस में फोकसिंग सिस्टम के साथ-साथ सूक्ष्मदर्शी जैसे विशेष अनुप्रयोगों में सटीक गति नियंत्रण शामिल हैं। रेज़ोनेंट मोटर प्रकार अल्ट्रासोनिक मोटर अल्ट्रासोनिक मोटर कई मायनों में अन्य पीज़ोइलेक्ट्रिक मोटरों से अलग हैं, हालांकि दोनों आम तौर पर पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के कुछ रूप का उपयोग करते हैं, सबसे स्पष्ट अंतर अल्ट्रासोनिक मोटरों में रोटर के संपर्क में स्टेटर के कंपन को बढ़ाने के लिए अनुनाद का उपयोग है। स्टेटर-रोटर संपर्क इंटरफेस के साथ घर्षण को नियंत्रित करने के लिए आम तौर पर दो अलग-अलग तरीके उपलब्ध हैं, यात्रा-तरंग कंपन और स्थायी-तरंग कंपन। उदाहरण के लिए, सशिदा द्वारा 1970 के दशक में व्यावहारिक मोटरों के कुछ शुरुआती संस्करणों में, एक मोटर बनाने के लिए संपर्क सतह पर एक कोण पर रखे गए पंखों के साथ संयोजन में स्थायी-तरंग कंपन का उपयोग किया गया था, हालांकि वह एक ही दिशा में घूमता था। सशिदा और मात्सुशिता, एएलपीएस और कैनन के शोधकर्ताओं द्वारा बाद के डिजाइनों ने द्वि-दिशात्मक गति प्राप्त करने के लिए यात्रा-तरंग कंपन का उपयोग किया, और पाया कि यह व्यवस्था बेहतर दक्षता और कम संपर्क इंटरफेस पहनने की पेशकश करती है। एक असाधारण रूप से उच्च-टॉर्क 'हाइब्रिड ट्रांसड्यूसर' अल्ट्रासोनिक मोटर संपर्क इंटरफेस के साथ अक्षीय और टॉर्सनल कंपन को संयोजित करने के लिए परिधीय-ध्रुवीय और अक्षीय-ध्रुवीय पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों का एक साथ उपयोग करती है, जो एक ड्राइविंग तकनीक का प्रतिनिधित्व करती है जो खड़े होने और यात्रा-तरंग ड्राइविंग विधियों के बीच कहीं स्थित है। गैर-अनुनाद मोटर प्रकार इंचवर्म मोटर इंचवर्म मोटर एक चलने-प्रकार की गति का उपयोग करके स्टेटर को धक्का देने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उपयोग करता है। ये पीजोइलेक्ट्रिक मोटर क्रिस्टल के तीन समूहों का उपयोग करते हैं-दो 'लॉकिंग' और एक 'मोटिव' जो स्थायी रूप से मोटर के आवरण या स्टेटर (दोनों नहीं) से जुड़ते हैं। अन्य दो के बीच स्थित प्रेरक समूह गति प्रदान करता है। इस पीजोइलेक्ट्रिक मोटर का गैर-संचालित व्यवहार दो विकल्पों में से एक हैः 'सामान्य रूप से बंद' या 'सामान्य रूप से मुक्त'। एक सामान्य रूप से मुक्त प्रकार मुक्त गति की अनुमति देता है जब बिजली नहीं होती है लेकिन फिर भी एक वोल्टेज लागू करके बंद किया जा सकता है। इंचवर्म मोटर मोटिव क्रिस्टल पर लागू वोल्टेज को बदलकर नैनोमीटर-स्केल स्थिति प्राप्त कर सकते हैं, जबकि लॉकिंग क्रिस्टल का एक सेट लगा हुआ होता है। कदम बढ़ाना इंचवर्म मोटर की सक्रियण प्रक्रिया एक बहु-चरणीय चक्रीय प्रक्रिया हैः सबसे पहले, 'लॉकिंग' क्रिस्टल के एक समूह को एक तरफ से लॉक करने और पीजो क्रिस्टल के 'सैंडविच' के दूसरी तरफ से खोलने के लिए सक्रिय किया जाता है। इसके बाद, 'मोटिव' क्रिस्टल समूह को ट्रिगर और आयोजित किया जाता है। इस समूह का विस्तार मोटर पथ के साथ-साथ अनलॉक्ड 'लॉकिंग' समूह को स्थानांतरित करता है। यह एकमात्र चरण है जहाँ मोटर चलती है। फिर 'लॉकिंग' समूह चरण एक रिलीज में ट्रिगर होता है ('सामान्य रूप से लॉकिंग' मोटर्स में, दूसरे में यह ट्रिगर होता है)। फिर 'मोटिव' समूह जारी होता है, 'ट्रेलिंग लॉकिंग' समूह को वापस लेता है। अंत में, दोनों 'लॉकिंग' समूह अपनी डिफ़ॉल्ट अवस्थाओं में लौट आते हैं। स्टेपर या वॉक-ड्राइव मोटर समान रूप से नामित विद्युत चुम्बकीय स्टेपर मोटर के साथ भ्रमित न हों, ये मोटर इंचवर्म मोटर के समान हैं, हालांकि, पीजोइलेक्ट्रिक तत्व बाइमोर्फ एक्चुएटर हो सकते हैं जो एक अलग विस्तार और संकुचन तत्व का उपयोग करने के बजाय स्लाइडर को खिलाने के लिए झुकते हैं। स्लिप-स्टिक मोटर स्लिप-स्टिक मोटर का तंत्र स्थिर और गतिशील घर्षण के बीच के अंतर के साथ संयोजन में जड़ता पर निर्भर करता है। स्टेपिंग एक्शन में एक धीमा विस्तार चरण होता है जहां स्थिर घर्षण को दूर नहीं किया जाता है, इसके बाद एक तेजी से संकुचन चरण होता है जहां स्थिर घर्षण को दूर किया जाता है और मोटर और गतिशील भाग के बीच संपर्क का बिंदु बदल जाता है। डायरेक्ट ड्राइव पीजोइलेक्ट्रिक मोटर निरंतर अल्ट्रासोनिक कंपन के माध्यम से गति पैदा करती है। इसका नियंत्रण परिपथ पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों पर दो-चैनल साइनसॉइडल या वर्ग तरंग लागू करता है जो थ्रेडेड ट्यूब की झुकने वाली अनुनाद आवृत्ति से मेल खाता है-आमतौर पर 40 किलोहर्ट्ज़ से 200 किलोहर्ट्ज़ की एक अल्ट्रासोनिक आवृत्ति। यह कक्षीय गति पैदा करता है जो पेंच को चलाता है। एक दूसरा ड्राइव प्रकार, स्क्विगल मोटर, पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों का उपयोग करता है जो एक नट से ऑर्थोगोनली रूप से बंधे होते हैं। उनके अल्ट्रासोनिक कंपन एक केंद्रीय लीड स्क्रू को घुमाते हैं। एकल क्रिया पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल के साथ बहुत सरल एकल-क्रिया स्टेपिंग मोटर्स बनाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक नरम सामग्री (जैसे एक पॉलीयुरेथेन रबर) की एक पतली परत के साथ लेपित एक कठोर और कठोर रोटर-स्पिंडल के साथ, कोण वाले पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की एक श्रृंखला को व्यवस्थित किया जा सकता है। (चित्र देखें। 2)। जब नियंत्रण परिपथ ट्रांसड्यूसरों के एक समूह को ट्रिगर करता है, तो वे रोटर को एक कदम आगे बढ़ाते हैं। यह डिजाइन अधिक जटिल डिजाइनों के रूप में छोटे या सटीक कदम नहीं बना सकता है, लेकिन उच्च गति तक पहुंच सकता है और निर्माण के लिए सस्ता है। एक कंपन-चालित मोटर का खुलासा करने वाला पहला अमेरिकी पेटेंट "कंपन ऊर्जा देने के लिए विधि और उपकरण" (यू. एस. पैट) हो सकता है। नहीं। 3,184,842, मारोपिस, 1965)। मारोपिस पेटेंट एक "कंपन उपकरण का वर्णन करता है जिसमें एक अनुनाद युग्मन तत्व में अनुदैर्ध्य कंपन एक टोरॉइड प्रकार के अनुनाद अंतिम तत्व में टॉर्सनल कंपन में परिवर्तित हो जाते हैं।" पहले व्यावहारिक पीज़ोमोटर्स का डिजाइन और उत्पादन वी. लावरिनेन्को द्वारा पीज़ोइलेक्ट्रॉनिक प्रयोगशाला में किया गया था, जिसकी शुरुआत 1964 में कीव पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट, यूएसएसआर ने की थी। इस तकनीक के प्रारंभिक विकास में अन्य महत्वपूर्ण पेटेंटों में शामिल हैंः "इलेक्ट्रिकल मोटर", वी. लावरिनेन्को, एम. नेक्रासोव, पेटेंट यूएसएसआर #217509, प्राथमिकता 10 मई, 1965। "पीजोइलेक्ट्रिक मोटर संरचनाएँ" (यू. एस. पैट। नहीं। 4,019,073, विश्नेव्स्की, और अन्य, 1977) "पीजोइलेक्ट्रिकली ड्रिवन टॉर्सनल वाइब्रेशन मोटर" (यू. एस. पैट। नहीं। 4,210,837, वासिलीव, एट अल., 1980) अल्ट्रासोनिक मोटर अल्ट्रासोनिक मोटर ड्राइव भी देखें जैसा कि कैनन ई. एफ. माउंट अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र में उपयोग किया जाता है।