Co to jest silnik piezoelektryczny?
Silnik piezoelektryczny to urządzenie, które wytwarza ruch, gdy pole elektryczne powoduje ruch niektórych kryształów lub materiałów sztucznych. Piezoelektryczność zademonstrowano po raz pierwszy w latach 80. XIX wieku, kiedy odkryto, że kryształy kwarcu wytwarzają prądy elektryczne, gdy są poddawane naprężeniom przez uderzenie lub ściskanie. Ten efekt jest przeciwieństwem tego, co napędza silnik piezoelektryczny, w którym energia elektryczna jest wykorzystywana do tworzenia ruchu z materiału wrażliwego na pole elektryczne.
Zapotrzebowanie na te silniki wzrosło pod koniec XX wieku wraz ze wzrostem zapotrzebowania na miniaturyzację. Standardowe silniki elektryczne mają minimalny praktyczny limit, poniżej którego nie mogą działać niezawodnie. Silnik piezoelektryczny może być wykonany w miniaturowej skali, zapewnia precyzyjny ruch w bardzo małych przyrostach i zużywa bardzo mało energii podczas pracy lub w spoczynku.
W silniku piezoelektrycznym jest bardzo mało części. Oscylator wysokiej częstotliwości zapewnia częstotliwość, która pobudza materiał piezoelektryczny. Materiał ten zmieni kształt na podstawie swoich właściwości krystalicznych. Powstały ruch powoduje zetknięcie się materiału ze ślizgaczem lub wałkiem.
Suwak lub wałek jest pokryty miękką gumą lub polimerem, zwanym płaszczem ciernym, który umożliwia chwytanie i przesuwanie materiału piezoelektrycznego. Za każdym razem, gdy oscylator tworzy impuls częstotliwości, materiał jest wzbudzany i porusza się. Powoduje to ruch suwaka lub rolki.
Silnik piezoelektryczny wykorzystuje ten efekt poprzez szybkie włączanie i wyłączanie częstotliwości oscylacyjnej. Każdy impuls tworzy mały, ale dobrze określony ruch materiału piezo, a szybkie cykle częstotliwości tworzą ruch ciągły. Prowadnice mogą zastępować wirniki w ruchu tam iz powrotem, który może działać jak przełącznik.
Największą zaletą tych silników była miniaturyzacja. Istnieją również inne zalety, w tym niskie zapotrzebowanie mocy i niewielka potrzeba konserwacji. Na silnik piezoelektryczny również stosunkowo nie ma wpływu interferencja magnetyczna i elektryczna, ponieważ struktura kryształu wymaga określonych częstotliwości do wywołania ruchu.
Naturalne kryształy, w tym kwarc i turmalin, mogą zapewnić właściwości piezoelektryczne. Powszechnie stosuje się ceramikę na bazie tytanu i innych minerałów. Niektóre polimery oparte na technologii fluoropolimerowej mogą również wykazywać właściwości piezoelektryczne.
Standardowy silnik elektryczny może zapewnić dużą prędkość przy niskim momencie obrotowym, a siła skręcająca powoduje obrót. Z drugiej strony silniki piezo działają przy niższych prędkościach, ale mają duży moment obrotowy jak na swoje rozmiary. Ponadto mogą zapewniać bardzo precyzyjne ruchy, które nie są możliwe w przypadku silników elektrycznych. Zdolność do miniaturyzacji do nanoskali lub wielkości mikroskopowej pozwala na stosowanie ich w wielu różnych zastosowaniach medycznych, przemysłowych i konsumenckich.