Wat is een piëzo-elektrische motor?
Een piëzo-elektrische motor is een apparaat dat beweging creëert wanneer een elektrisch veld beweging creëert in bepaalde kristallen of door de mens gemaakte materialen. Piëzo-elektriciteit werd voor het eerst aangetoond in de jaren 1880, toen werd ontdekt dat kwartskristallen elektrische stromen creëerden wanneer ze werden belast door ze te raken of samen te drukken. Dit effect is het tegenovergestelde van wat een piëzo-elektrische motor aandrijft, waarbij de elektriciteit wordt gebruikt om beweging te maken van een materiaal dat gevoelig is voor het elektrische veld.
De behoefte aan deze motoren groeide in de late 20e eeuw met een toenemende vraag naar miniaturisatie. Standaard elektromotoren hebben een minimale praktische limiet, waaronder ze niet betrouwbaar kunnen werken. Een piëzo-elektrische motor kan op miniatuurschaal worden gemaakt, zorgt voor precieze bewegingen in zeer kleine stappen en gebruikt zeer weinig vermogen tijdens bedrijf of in rust.
Er zijn zeer weinig onderdelen in een piëzo-motor. Een hoogfrequente oscillator levert een frequentie die het piëzo-elektrische materiaal opwindt. Dit materiaal zal van vorm veranderen op basis van zijn kristaleigenschappen. De resulterende beweging zorgt ervoor dat het materiaal in contact komt met een schuif of rol.
De schuif of roller is bedekt met een zachte rubber of polymeer, een wrijvingslaag genoemd, waardoor het piëzo-elektrische materiaal het kan vastgrijpen en verplaatsen. Elke keer dat de oscillator een frequentiepuls creëert, wordt het materiaal opgewonden en beweegt het. Dit veroorzaakt beweging van de schuif of rol.
Een piëzo-elektrische motor maakt gebruik van dit effect door de oscillerende frequentie snel in en uit te schakelen. Elke puls creëert een kleine maar goed gedefinieerde beweging van het piëzo-materiaal en de snelle frequentiecycli creëren een voortdurende beweging. Dia's kunnen rotoren vervangen voor een heen en weer gaande beweging die als schakelaar kan fungeren.
Het grootste voordeel van deze motoren is miniaturisatie. Er zijn ook andere voordelen, zoals lage stroomvereisten en weinig behoefte aan onderhoud. Een piëzo-elektrische motor wordt ook relatief onaangetast door magnetische en elektrische interferentie, omdat de kristalstructuur specifieke frequenties vereist om beweging te creëren.
Natuurlijke kristallen zoals kwarts en toermalijn kunnen piëzo-elektrische eigenschappen bieden. Keramiek op basis van titanium en andere mineralen wordt vaak gebruikt. Sommige polymeren op basis van fluorpolymeertechnologie kunnen ook piëzo-elektrische eigenschappen vertonen.
Een standaard elektromotor kan een hoge snelheid leveren met een laag koppel, de torsiekracht die rotatie veroorzaakt. Piëzo-motoren daarentegen werken op lagere snelheden, maar hebben een hoog koppel voor hun grootte. Bovendien kunnen ze zeer precieze bewegingen bieden die niet mogelijk zijn met elektrische motoren. De mogelijkheid om te miniaturiseren op nanoschaal of microscopisch groot, maakt het mogelijk dat ze worden gebruikt in een breed scala aan medische, industriële en consumententoepassingen.