प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर

प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स विशिष्ट एक्ट्यूएटर्स हैं। जो सक्रिय सामग्री के रूप में पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग करते हैं और मौलिक प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स की पारंपरिक सीमाओं को दूर करने के लिए एक विशिष्ट सीमित स्ट्रोक प्रारूप है। चूंकि मौलिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में 0.1% का तनाव होता है और विस्थापन प्रवर्धन के बिना महत्वपूर्ण स्ट्रोक तक पहुंचना व्यावहारिक रूप से असंभव है (1 मिमी विस्थापन के लिए 1 मीटर पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की आवश्यकता होगी)। मध्यम श्रेणी के स्ट्रोक तक पहुँचने का समाधान एक प्रवर्धन प्रणाली का उपयोग करना है।

सिंगल-सेल एक्चुएटर

सिद्धांत सिरेमिक तनाव को बढ़ाने के लिए अंडाकार खोल के विरूपण पर आधारित है। सिरेमिक स्टैक को दीर्घवृत्त के बडे़ अक्ष के साथ संरेखित किया गया है। बड़ी धुरी का एक छोटा सा विरूपण छोटी धुरी का एक बड़ा विस्थापन बनाता है। प्रवर्धन अनुपात सामान्यतः 20 गुना तक पहुंच सकता है। इसका अर्थ है कि ऐसे एक्ट्यूएटर 1 मिमी के स्ट्रोक तक पहुंच सकते हैं।

अण्डाकार खोल का लक्ष्य केवल विस्थापन को बढ़ाना नहीं है। गतिशील और सटीक गति की अनुमति देने के लिए इसे पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री पर सही पूर्व-तनाव भी संचालित करना होगा। अन्य लाभ यह है कि इस प्रकार का लचीला प्रेरक बहुत विश्वसनीय है।

वंक असर्स से जुड़े कठोर स्ट्रट्स का उपयोग करके विस्थापन प्रवर्धन भी पूरा किया जा सकता है। यह पृथक्करण उल्टे ज्यामिति की अनुमति देता है। जिससे या तो संकुचन या उत्पादन का विस्तार होता है। फिर भी पीजो की प्रमुख गति विस्तार हो। इस प्रकार के एक्चुएटर्स में 2 मिमी का स्ट्रोक हो सकता है।

मल्टी-सेल एक्चुएटर

हीरे के आकार के एम्पलीफायरों में एक के स्थान पर 4 पीजो क्रिस्टल का उपयोग करने से गति का नियंत्रण बढ़ जाता है और विशेष रूप से बदलते तापमान में। अधिक मूवर्स का परिणाम समान विस्थापन पर अधिक बल होता है।

लीवर आर्म एम्प्लीफिकेशन

पीजो स्ट्रोक को बढ़ाने का एक अन्य उपाय लीवर आर्म का उपयोग करना है। जो एक प्राथमिक या द्वितीयक प्रवर्धन तंत्र हो सकता है और 10 से 40 गुना आवर्धन के साथ विस्थापन उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। लीवर आर्म एम्प्लीफिकेशन मेथड का प्रयोग 1980 के दशक में टी.यानो एट अल द्वारा पीजोइलेक्ट्रिक इम्पैक्ट प्रिंटर एलिमेंट के रूप में एम्पलीफाइड पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर के रूप में किया गया था। ईएम प्रेसिसन टेक्नोलॉजीज लिमिटेड (बाद में नाम बदलकर मेचानो ट्रांसफॉर्मर कॉर्पोरेशन) इसका नाम रखा गया।

बाद में कंपनी ने लीवर आर्म और स्प्रिंग लीफ का उपयोग करके एक अन्य प्रकार का द्वितीयक प्रवर्धन तंत्र प्रस्तुत किया। इस संयोजन के साथ प्रवर्धन अनुपात 10 गुना से अधिक प्राप्त कर सकता है।

अनुप्रयोग

पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स और विशेष रूप से प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स का ऐतिहासिक रूप से अध्ययन किया गया है और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में उपयोग किया गया है। उदाहरण के लिए, नासा ने क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए अपने स्वयं के एक्ट्यूएटर्स का अध्ययन और परीक्षण किया। वह या इसरो जैसे अन्य संगठन भी ऐसे समाधानों का अध्ययन कर रहे हैं। प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स में अंतरिक्ष उद्योग की रुचि इन एक्ट्यूएटर्स की उच्च शक्ति घनत्व, उच्च स्थिति निर्धारण सटीकता, उच्च विश्वसनीयता और कम बिजली के नुकसान के कारण होती है, जब अर्धस्थैतिक प्रक्रिया संचालन में उपयोग किया जाता है।

प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स में फ्लेक्सुरल हिंज के कारण कोई स्लाइडिंग भाग नहीं होता है और स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है। स्नेहन मुक्त प्रदर्शन क्रायोजेनिक्स के लिए महत्वपूर्ण है, जहां पारंपरिक स्नेहक जम सकते हैं, और वैक्यूम अनुप्रयोगों के लिए, जहां स्नेहक वायुमंडलीय गैसों को बाहर निकाल सकते हैं या फंसा सकते हैं।

पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स को गैर-चुंबकीय सामग्रियों से भी बनाया जा सकता है, जो चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में उनके उपयोग की अनुमति देता है।

हेलीकॉप्टर रोटर को नियंत्रित करना#ब्लेड प्रारूप सक्रिय फ्लैप का उपयोग करके कुछ समय के लिए उत्पादन में डाले बिना जांच की गई है। सबसे अधिक प्रयोग की जाने वाली तकनीक प्रवर्धित पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर है।

बाहरी संबंध

• Amplified Piezoelectric Actuators European Space Agency, Published March 1998.

संदर्भ

• Introduction to Piezoelectric Actuators Kenji Uchino, International Center for Actuators and Transducers, Penn State University.
• Piezo Motor Comparison MDT Magazine
• Piezoelectric Actuators ESA, March 1998.