圧電モーターとは？

圧電モーターは、電場が特定の結晶または人工材料に動きを生じさせるときに動きを作り出すデバイスです。 圧電性は、1880年代に最初に実証されました。水晶が打撃または圧縮によって応力を受けると、水晶が電流を生成することが発見されました。 この効果は、電場に敏感な物質から動きを作り出すために電気が使用される圧電モーターに動力を与えるものの反対です。

これらのモーターの必要性は、20世紀後半に小型化の需要が高まるにつれて増加しました。 標準的な電気モーターには実用的な最小サイズの制限があり、それ以下では信頼性の高い動作ができません。 圧電モーターは、ミニチュアスケールで作成でき、非常に小さな増分で正確な動きを提供し、動作中または静止中に非常に小さな電力を使用します。

ピエゾモーターには部品がほとんどありません。 高周波発振器は、圧電材料を励起する周波数を提供します。 この材料は、その結晶特性に基づいて形状を変更します。 結果として生じる動きにより、材料がスライドまたはローラーと接触します。

スライドまたはローラーは、摩擦材料と呼ばれる柔らかいゴムまたはポリマーでコーティングされており、圧電材料がそれをつかんで動かすことができます。 発振器が周波数パルスを作成するたびに、材料が励起されて移動します。 これにより、スライドまたはローラーが移動します。

圧電モーターは、発振周波数をすばやくオン/オフすることにより、この効果を利用します。 各パルスは、ピエゾ材料の小さいが明確に定義された動きを作成し、急速な周波数サイクルは継続的な動きを作成します。 スライドは、スイッチとして機能することができる前後の動きのためにローターを置き換えることができます。

これらのモーターの最大の利点は小型化です。 低電力要件やメンテナンスの必要性が少ないなど、他の利点もあります。 また、圧電構造のモーターは、磁気的および電気的干渉の影響を比較的受けません。これは、結晶構造が動きを作り出すために特定の周波数を必要とするためです。

水晶やトルマリンなどの天然結晶は、圧電特性を提供できます。 チタンやその他の鉱物をベースにしたセラミックが一般的に使用されています。 フルオロポリマー技術に基づく一部のポリマーは、圧電特性も示すことができます。

標準的な電気モーターは、回転を引き起こすねじれ力である低トルクで高速を提供できます。 一方、ピエゾモーターは低速で動作しますが、サイズが大きいためトルクが高くなります。 さらに、電気モーターでは不可能な非常に正確な動きを提供できます。 ナノスケールまたは微視的サイズに小型化できるため、さまざまな医療、産業、および消費者アプリケーションで使用できます。