موتور پیزوالکتریکی

موتور پیزوالکتریکی (piezoelectric motor) یا پیزو موتور (piezo motor) نوعی موتور الکتریکی (electric motor) است که بر اساس تغییر شکل ماده پیزو‌الکتریک در اثر اعمال میدان مغناطیسی عمل می‌کند. موتور‌های پیزوالکتریک از اثر پیزوالکتریک معکوس استفاده می‌کنند که به موجب آن برای تولید یک حرکت خطی یا دوار، ماده ارتعاشات صوتی و یا مافوق صوت تولید می‌کند.

طرح‌های فعلی موتور‌های پیزوالکتریکی

موتور‌ها در دو نوع خطی و دوار ساخته می‌شوند.

یکی از روش‌های راندن، هل دادن یک استاتور با استفاده از سرامیک‌های پیزوالکتریک است. این موتور‌های پیزوالکتریک از سه گروه کریستال استفاده می‌کنند که دو تا از آن‌ها قفل‌شونده (Locking) و یکی محرک (Motive) است و برای ایجاد حرکت به صورت دایمی به محفظه موتور و یا استاتور (نه هر دو) متصل و بین این دو ساندویچ شده‌اند. این موتور‌های پیزوالکتریک اساسا موتور‌های پله‌ای (stepping motors) هستند که بر حسب نوع قفل هر پله شامل دو یا سه کنش می‌شود. مکانیزم دیگر برای تولید حرکت خطی یا دورانی از امواج صوتی سطحی (surface acoustic waves) یا SAW استفاده می‌کند.



روش راندن دوم توسط موتور اسکویگل (Squiggle motor) انجام می‌شود که در آن عناصر پیزوالکتریک به صورت قطری به یک مهره پیوند می‌خورند و ارتعاشات اولتراسونیک آن‌ها به چرخش یک پیچ رانش مرکزی ترجمه می‌شوند. این یک مکانیزم درایو مستقیم است.

مکانیزم قفل کردن

در موتور پیزوالکتریک نوع اول، رفتار بدون برق به یکی از این دو صورت انجام می‌شود:

نرمال قفل (Normally Locked)
نرمال آزاد (Normally Free).

زمانی که هیچ برقی به یک موتور نرمال قفل اعمال نمی‌شود، اسپیندل (spindle) در انواع دوار یا حامل (carriage) در انواع خطی تحت نیروی خارجی حرکت نمی‌کند.

برای یک موتور به طور نرمال آزاد، اسپیندل یا حامل به صورت آزاد تحت نیروی خارجی حرکت خواهد کرد.

ترکیبی از چفت‌های مکانیکی و کریستال‌ها می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما باعث محدود شدن بیشینه نرخ پله موتور می‌شود.

در موتور نوع دوم زمانی که پیچ راننده توسط رزوه‌های مهره قفل شود، رفتار بی برق آن به صورت قفل می‌شود و بنابراین موقعیت خود را با قدرت خاموش حفظ می‌کند.



عملیات پله‌ای

صرف نظر از نوع قفل موتور‌های پله‌ای پیزوالکتریکی (stepping type piezoelectric motors)، به هر دو صورت خطی و دوار از مکانیزم مشابهی برای ایجاد حرکت استفاده می‌کنند.



ابتدا یک گروه از کریستال‌های قفل‌کننده (locking crystal) فعال می‌شوند و یک ساندویچ با یک سمت قفل شده و یک سمت قفل نشده ایجاد می‌کنند.

در مرحله بعد گروه کریستال محرک (motive crystal) به کار می‌افتد و نگه داشته می‌شود؛ انبساط این گروه، گروه قفل‌کننده قفل نشده را در طول مسیر موتور حرکت می‌دهد. این تنها مرحله‌ای است که در آن حرکت موتور رخ می‌دهد.

گروه قفل شونده‌ای که در مرحله اول تحریک شد در این مرحله آزاد می‌شود؛ در موتور‌های نرمال قفل، یک گروه دیگر تحریک می‌شود. سپس گروه محرک آزاد و باعث بازگشت گروه قفل کننده دنبال آن می‌شود. در نهایت هر دو گروه قفل کننده به حالت پیش فرض خود باز می‌گردند.

کنش‌های پله‌ای یک موتور نرمال آزاد

 

عمل درایو مستقیم

موتور پیزوالکتریک درایو مستقیم (direct drive piezoelectric motor) از ارتعاشات اولتراسوند پیوسته برای ایجاد حرکت استفاده می‌کند. یک موج سینوسی یا مربعی دو کاناله به عناصر پیزوالکتریک در فرکانس فراصوت ۴۰ تا ۲۰۰ کیلو هرتز اعمال می‌شود که با اولین فرکانس رزونانس خمشی تیوب دارای رزوه مطابقت دارد. این یک حرکت مداری ایجاد می‌کند که پیچ را می‌گرداند.

اکچویتور پیزوالکتریک

 

منبع: وب سایت مکانیزم