نسل جدید موتورها در خدمت صنایع

به گفته مهندس محمد دادخواه تهرانی دانش آموخته کارشناسی ارشد ساخت و تولید دانشگاه تربیت مدرس و مجری این طرح اساس کار موتورهای الکترواستاتیکی براساس قانون کولن پایه گذاری می شود. براساس این قانون نیروی بین دو جسم با بارهای مخالف نیروی جاذبه است که با سطح مقطع آنها و بار موجود بر آنها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آنها نسبت عکس دارد. اگر بارهایی که روی هم قرار می گیرند، موافق هم باشند ، نیروی دافعه ایجاد می شود. بر این اساس و به وسیله این نیروها می توان حرکت ایجاد کرد. ایده اولیه طراحی موتورهای الکتریکی نیز بر همین اساس مطرح شد. از زمان طرح این ایده مدت زیادی نمی گذرد و اکثر این گونه موتورها هنوز در مراحل تحقیقاتی بوده و به مرحله تجاری وارد نشده اند. گفتنی است با توجه به ماهیت این نیروها که در ابعاد ماکرو بسیار ضعیف هستند، اکثر موتورهای الکترواستاتیکی در ابعاد میکرو ساخته و آزمایش می شوند.

موتورهای الکتریکی به روایت تاریخ ! یکی از اولین موتورهای دوار در سال 1821 توسط مایکل فارادی ساخته شد ، این موتور شامل یک سیم آویخته شده آزاد در یک ظرف جیوه بود و یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. با عبور جریان از سیم ، سیم حول آهنربا به گردش درمی آید و نشان می دهد که جریان منجر به افزایش میدان مغناطیسی دایره ای در اطراف سیم می شود. در حال حاضر این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس برای آموزش مورد استفاده قرار می گیرد و گاهی به جای ماده سمی جیوه از آب نمک استفاده می شود. ایده ساخت موتور به زمان های دور بازمی گردد. چنان که قبل از سالهای 1700 میلادی تلاشهایی برای ساخت موتورهایی به شکل امروزی انجام شده بود. اگرچه موتورهای ساده آبی که انرژی جنبشی آب را به حرکت چرخشی تبدیل می کردند از زمانهای بسیار دورتر ساخته شده و مورد استفاده قرار می گرفتند ، لیکن اولین تجربه موفقیت در این زمینه ، در سال 1769 اتفاق افتاد. در این سال جیمز وات توانست یک موتور بخار اختراع کند که قابلیت استفاده از انرژی نهفته در سوختهای مختلف نظیر چوب و ذغال سنگ را داشت.

از مهمترین مزایای این موتورها این است که با کوچکتر شدن ابعاد آنها نتیجه کار به مراتب بهتر خواهد شد. در حقیقت به علت این که نیروها و بارهای این گونه موتورها در ابعاد میکرون هستند ، درنتیجه هر چه ابعاد موتور کوچک تر شده و به ابعاد میکرون نزدیک تر شود، نتایج بهتری حاصل می شود. علاوه بر این ساخت این موتورها در ابعاد مینیاتوری بسیار آسان تر از انواع مشابه آن است . امکان استفاده از مواد غیرفلزی ، کاهش قابل توجه تولید صدا ، پیچیدگی ساخت کمتر و هزینه تولید پایین این موتورها از دیگر برتری های موتورهای الکترواستاتیکی است . در واقع این گونه موتورها پیچیدگی کمتری نسبت به انواع الکترومغناطیسی و پیزوالکتریک دارند و در ابعاد کوچکتر ، راحت تر ساخته می شوند.غیرفلزی بودن روتور مورد استفاده در این موتور قابلیت ویژه ای است که این موتور را از انواع دیگر موتورهای الکتریکی متمایز می سازد. موتورهای الکترواستاتیکی جدید به گونه ای طراحی شده اند که سیستم حرکتی آنها بی نیاز از مواد فلزی است و می توان آنها را از پلاستیک ، شیشه یا حتی مواد کاغذی تهیه کرد. موتور الکترواستاتیکی طراحی شده با وجود عدم نیاز روتور به هر گونه الکترود یا اتصال سیم می تواند به سرعتهای بالایی دست یابد. در این موتور سرعت دوران کاملا با سرعت میدان القایی مطابقت دارد و این در حالی است که هیچ گونه تماسی بین روتور و استاتور وجود ندارد. افزایش احتمال جرقه زدن از معایب این موتورهاست . در واقع در جایی که فاصله بین الکترودها یا صفحات حامل بارهای مختلف کم است ، هر گونه ذره گرد و غبار و یا نقص یا عیب سطح احتمال جرقه زدن را بشدت افزایش می دهد که از مشکلات اساسی در ساخت این موتورهاست.

زمینه های کاربرد

به گفته دادخواه تهرانی ، موتور طراحی شده از یک دیسک از جنس پلکسی گلاس (طلق) به عنوان روتور تشکیل شده است که توسط یک یا دو بورد الکتریکی به عنوان استاتور دربر گرفته شده است . این بوردهای الکتریکی دربردارنده الکترودهای موردنیاز برای حرکت روتور هستند. الکترودها نیز به صورت یک سری مدور قرار گرفته اند که به صورت سه در میان به هم متصل هستند و به این ترتیب یک میدان الکتریکی متحرک ایجاد می شود. موتور طراحی شده در این پروژه یک موتور الکترواستاتیک با قطر روتور 40 میلی متر است که علاوه بر دارا بودن ویژگی های یک موتور الکترواستاتیک از ویژگی ها و قابلیت های دیگری نیز برخوردار است . در این موتور برای حرکت یکنواخت و جلوگیری از اتلاف توان به جای استفاده از یاتاقان های معمولی از یاتاقان بادی استفاده شده است که طراحی و ساخت آن نیز کاملا ابتکاری است . برای ساخت استاتور نیز از برد مدار چاپی معمولی استفاده شده است که علاوه بر آسانی ساخت ، هزینه ساخت را نیز کاهش می دهد. از دیگر ویژگی های این سیستم ، طراحی نرم افزار کنترل موتور است که به وسیله آن می توان جهت و سرعت موتور را در هر لحظه تحت کنترل قرار داد. با توجه به این که زمان زیادی از عمر این موتورها نمی گذرد و هنوز کاملا به صورت تجاری درنیامده اند ، کاربردهای زیادی برای آنها پیش بینی می شود که از مهمترین زمینه های کاربرد آنها می توان به استفاده از آنها در تجهیزات پزشکی و دندانپزشکی ، صنایع فضایی و نظامی و همچنین تجهیزات مورد استفاده در علم نانو و اتاقهای تمیز و خلائ اشاره کرد. ازجمله کاربردهای موردنظر برای استفاده از موتورهای الکترواستاتیکی در اندازه های میکرونی و میلی متری ، ساخت ابزارهای پزشکی و جراحی های داخل بدن است که می تواند تغییرات چشمگیری را در آنها ایجاد نماید. علاوه بر این از موتورهای الکترواستاتیکی در ابعاد بزرگتر می توان در درایوهای سی دی و دی وی دی و همچنین هارددیسک ها برای چرخش دیسک به صورت غیرتماسی استفاده کرد.

فرانک فراهانی جم