موتورهاي الکترواستاتيکي از جديدترين انواع موتورها هستند و از پيدايش آنها زمان زيادي نمي گذرد اما با توجه به ويژگي هاي منحصر به فردي که دارند کاربرد آنها در صنايع و محيطهاي خاص مورد توجه قرار گرفته است.
اگر چه هنوز کاملا به صورت تجاري در نيامده اند اما کاربردهاي زيادي براي آنها پيش بيني مي شودکه از آن جمله مي توان به کار برد آنها در تجهيزات پزشکي و دندانپزشکي ، صنايع فضايي و نظامي و همچنين تجهيزات مورد استفاده درعلم نانو و اتاقهاي تميز و خلائ اشاره کرد.
با توجه به گسترش زمينه هاي کاربرد اين نوع موتورها در صنايع داخلي محققان دانشگاه تربيت مدرس موتورهاي استاتيکي جديدي را طراحي کرده اند که قسمت متحرک آن (روتور) غيرفلزي است و مي توان آن را از پلاستيک ، شيشه و حتي مواد کاغذي ساخت.
عدم پيچيدگي توليد از مزاياي عمده ساخت اين نوع موتورهاست که ساخت آنها را در ابعاد بسيار کوچک امکان پذير مي سازد، علاوه بر اين با کوچکتر شدن اين موتورها توان خروجي آنها نيز نسبت به ابعادشان افزايش خواهد يافت.


موتورهاي الکتريکي از پر کاربردترين و شناخته شده ترين قطعات صنعتي هستند. انواع گوناگوني از موتورهاي الکتريکي شناخته شده اند که مهمترين آنها موتورهاي الکتريکي (مستقيم) DC و (متناوب) AC هستند. با اين وجود موتورهاي جديدي نيز طراحي و ساخته شده اند که از آن جمله مي توان به موتورهاي پيزوالکتريکي اشاره کرد که مدتي است به مرحله تجاري شدن رسيده اند. يکي از جديدترين انواع موتورهاي الکتريکي که مورد توجه قرار گرفته اند موتورهاي الکترواستاتيکي هستند.اين موتورها نسبت به انواع ديگر موتورها داراي پيچيدگي و هزينه کمتري هستند و براحتي توليد مي شوند البته اين موتورها در ابعاد بزرگ نسبت به انواع موتورهاي ديگر قدرت پايين تري دارند ولي با کوچک شدن ابعاد آن ، نسبت قدرت موتور به ابعاد آن در مقايسه با ديگر موتورهاي الکتريکي افزايش پيدا مي کندکه اين به دليل ماهيت نيروي الکترواستاتيکي است.
به همين دليل اين گونه موتورها بيشتر در ابعاد ميکروني و بخصوص براي سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي (MEMS) مورد استفاده قرار مي گيرند. اين در حالي است که ساخت آنها در ابعاد بزرگتر هم مورد بررسي قرار گرفته است.
موتورالکتريکي ، الکتريسيته را به حرکت مکانيکي تبديل مي کند. عمل عکس آن تبديل حرکت مکانيکي به الکتريسيته است که توسط ژنراتور انجام مي شود. اين دو وسيله جز در عملکرد مشابه يکديگر هستند اکثر موتورهاي الکتريکي توسط الکترو مغناطيس کار مي کنند اما موتورهاي ديگري هم وجود دارند که براساس پديده هاي ديگري نظير نيروي الکترواستاتيک و پيزوالکتريک کار مي کنند. موتورهاي الکتريکي معمولا براساس طبيعت نوع حرکت آنها يا براساس قواعد فيزيکي که براساس آنها ساخته مي شوند، تقسيم بندي مي شوند. موتورهاي گردشي از يک قسمت ثابت که به نام استاتور شناخته مي شود و يک قسمت دوران کنند نسبت به قسمت ثابت که به نام روتور شناخته مي شود ساخته شده اند. ايده کلي اين است که وقتي يک ماده حامل جريان الکتريسيته تحت اثر يک ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد ، نيرويي بر آن ماده از سوي ميدان اعمال مي شود. اگر چه موتورهاي الکتريکي اغلب دوارند، اما موتورهاي خطي هم وجود دارند. در موتورهاي الکترواستاتيکي ، روتور به سبب نيروهاي الکترواستاتيک به وجود آمده بر روي الکترودها به حرکت در مي آيد. نيروهاي خازني به وجود آمده نيز صفحات هادي يا الکترودها را که پتانسيل هاي مختلفي دارند، به هم نزديک مي کنند. نوع ديگر موتورهاي شناخته شده از نيروي الکترومغناطيس استفاده مي کنند. در اين موتورها جريان الکتريکي ميدان مغناطيسي ايجاد مي کند که با آهن ربا تداخل مي کند و روتور را در جهت موردنظر به حرکت در مي آورد. اصول پايه اي موتورهاي پيزوالکتريک که به نام آلتراسونيک نيز شناخته مي شود ، بر پايه تبديل دوگانه انرژي قرار گرفته است.
اولين تبديل ، تبديل انرژي الکتريکي به انرژي مکانيکي ارتعاشاتي است که به وسيله سراميک هاي پيزوالکتريک تحت تاثير ولتاژهاي الکتريکي ، امواج ثابت و متحرکي را در استاتور موتور ايجاد مي کند.

موتورهاي غيرفلزي

به گفته مهندس محمد دادخواه تهراني دانش آموخته کارشناسي ارشد ساخت و توليد دانشگاه تربيت مدرس و مجري اين طرح اساس کار موتورهاي الکترواستاتيکي براساس قانون کولن پايه گذاري مي شود. براساس اين قانون نيروي بين دو جسم با بارهاي مخالف نيروي جاذبه است که با سطح مقطع آنها و بار موجود بر آنها نسبت مستقيم و با مجذور فاصله آنها نسبت عکس دارد. اگر بارهايي که روي هم قرار مي گيرند، موافق هم باشند ، نيروي دافعه ايجاد مي شود. بر اين اساس و به وسيله اين نيروها مي توان حرکت ايجاد کرد. ايده اوليه طراحي موتورهاي الکتريکي نيز بر همين اساس مطرح شد. از زمان طرح اين ايده مدت زيادي نمي گذرد و اکثر اين گونه موتورها هنوز در مراحل تحقيقاتي بوده و به مرحله تجاري وارد نشده اند. گفتني است با توجه به ماهيت اين نيروها که در ابعاد ماکرو بسيار ضعيف هستند، اکثر موتورهاي الکترواستاتيکي در ابعاد ميکرو ساخته و آزمايش مي شوند.


موتورهاي الکتريکي به روايت تاريخ !

يکي از اولين موتورهاي دوار در سال 1821 توسط مايکل فارادي ساخته شد ، اين موتور شامل يک سيم آويخته شده آزاد در يک ظرف جيوه بود و يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود.
با عبور جريان از سيم ، سيم حول آهنربا به گردش درمي آيد و نشان مي دهد که جريان منجر به افزايش ميدان مغناطيسي دايره اي در اطراف سيم مي شود.
در حال حاضر اين موتور اغلب در کلاسهاي فيزيک مدارس براي آموزش مورد استفاده قرار مي گيرد و گاهي به جاي ماده سمي جيوه از آب نمک استفاده مي شود. ايده ساخت موتور به زمان هاي دور بازمي گردد.
چنان که قبل از سالهاي 1700 ميلادي تلاشهايي براي ساخت موتورهايي به شکل امروزي انجام شده بود.
اگرچه موتورهاي ساده آبي که انرژي جنبشي آب را به حرکت چرخشي تبديل مي کردند از زمانهاي بسيار دورتر ساخته شده و مورد استفاده قرار مي گرفتند ، ليکن اولين تجربه موفقيت در اين زمينه ، در سال 1769 اتفاق افتاد.
در اين سال جيمز وات توانست يک موتور بخار اختراع کند که قابليت استفاده از انرژي نهفته در سوختهاي مختلف نظير چوب و ذغال سنگ را داشت.
 


از مهمترين مزاياي اين موتورها اين است که با کوچکتر شدن ابعاد آنها نتيجه کار به مراتب بهتر خواهد شد. در حقيقت به علت اين که نيروها و بارهاي اين گونه موتورها در ابعاد ميکرون هستند ، درنتيجه هر چه ابعاد موتور کوچک تر شده و به ابعاد ميکرون نزديک تر شود، نتايج بهتري حاصل مي شود. علاوه بر اين ساخت اين موتورها در ابعاد مينياتوري بسيار آسان تر از انواع مشابه آن است.
امکان استفاده از مواد غيرفلزي ، کاهش قابل توجه توليد صدا ، پيچيدگي ساخت کمتر و هزينه توليد پايين اين موتورها از ديگر برتري هاي موتورهاي الکترواستاتيکي است.
در واقع اين گونه موتورها پيچيدگي کمتري نسبت به انواع الکترومغناطيسي و پيزوالکتريک دارند و در ابعاد کوچکتر ، راحت تر ساخته مي شوند.غيرفلزي بودن روتور مورد استفاده در اين موتور قابليت ويژه اي است که اين موتور را از انواع ديگر موتورهاي الکتريکي متمايز مي سازد. موتورهاي الکترواستاتيکي جديد به گونه اي طراحي شده اند که سيستم حرکتي آنها بي نياز از مواد فلزي است و مي توان آنها را از پلاستيک ، شيشه يا حتي مواد کاغذي تهيه کرد. موتور الکترواستاتيکي طراحي شده با وجود عدم نياز روتور به هر گونه الکترود يا اتصال سيم مي تواند به سرعتهاي بالايي دست يابد. در اين موتور سرعت دوران کاملا با سرعت ميدان القايي مطابقت دارد و اين در حالي است که هيچ گونه تماسي بين روتور و استاتور وجود ندارد. افزايش احتمال جرقه زدن از معايب اين موتورهاست.
در واقع در جايي که فاصله بين الکترودها يا صفحات حامل بارهاي مختلف کم است ، هر گونه ذره گرد و غبار و يا نقص يا عيب سطح احتمال جرقه زدن را بشدت افزايش مي دهد که از مشکلات اساسي در ساخت اين موتورهاست.

زمينه هاي کاربرد

به گفته دادخواه تهراني ، موتور طراحي شده از يک ديسک از جنس پلکسي گلاس (طلق) به عنوان روتور تشکيل شده است که توسط يک يا دو بورد الکتريکي به عنوان استاتور دربر گرفته شده است.
اين بوردهاي الکتريکي دربردارنده الکترودهاي موردنياز براي حرکت روتور هستند. الکترودها نيز به صورت يک سري مدور قرار گرفته اند که به صورت سه در ميان به هم متصل هستند و به اين ترتيب يک ميدان الکتريکي متحرک ايجاد مي شود. موتور طراحي شده در اين پروژه يک موتور الکترواستاتيک با قطر روتور 40 ميلي متر است که علاوه بر دارا بودن ويژگي هاي يک موتور الکترواستاتيک از ويژگي ها و قابليت هاي ديگري نيز برخوردار است.
در اين موتور براي حرکت يکنواخت و جلوگيري از اتلاف توان به جاي استفاده از ياتاقان هاي معمولي از ياتاقان بادي استفاده شده است که طراحي و ساخت آن نيز کاملا ابتکاري است.
براي ساخت استاتور نيز از برد مدار چاپي معمولي استفاده شده است که علاوه بر آساني ساخت ، هزينه ساخت را نيز کاهش مي دهد. از ديگر ويژگي هاي اين سيستم ، طراحي نرم افزار کنترل موتور است که به وسيله آن مي توان جهت و سرعت موتور را در هر لحظه تحت کنترل قرار داد. با توجه به اين که زمان زيادي از عمر اين موتورها نمي گذرد و هنوز کاملا به صورت تجاري درنيامده اند ، کاربردهاي زيادي براي آنها پيش بيني مي شود که از مهمترين زمينه هاي کاربرد آنها مي توان به استفاده از آنها در تجهيزات پزشکي و دندانپزشکي ، صنايع فضايي و نظامي و همچنين تجهيزات مورد استفاده در علم نانو و اتاقهاي تميز و خلائ اشاره کرد. ازجمله کاربردهاي موردنظر براي استفاده از موتورهاي الکترواستاتيکي در اندازه هاي ميکروني و ميلي متري ، ساخت ابزارهاي پزشکي و جراحي هاي داخل بدن است که مي تواند تغييرات چشمگيري را در آنها ايجاد نمايد. علاوه بر اين از موتورهاي الکترواستاتيکي در ابعاد بزرگتر مي توان در درايوهاي سي دي و دي وي دي و همچنين هاردديسک ها براي چرخش ديسک به صورت غيرتماسي استفاده کرد.