Vad är en piezoelektrisk motor?

En piezoelektrisk motor är en enhet som skapar rörelse när ett elektriskt fält skapar rörelse i vissa kristaller eller konstgjorda material. Piezoelektricitet demonstrerades först på 1880-talet, när det upptäcktes att kvartskristaller skapade elektriska strömmar när de stressades genom att träffa eller komprimera dem. Denna effekt är motsatsen till vad som driver en piezoelektrisk motor, där elen används för att skapa rörelse från ett material som är känsligt för det elektriska fältet.

Behovet av dessa motorer växte i slutet av 1900-talet med ökande efterfrågan på miniatyrisering. Standardelektriska motorer har en praktisk storlek på minsta storlek, under vilka de inte kan fungera pålitligt. En piezoelektrisk motor kan tillverkas i miniatyrskala, ger exakt rörelse i mycket små steg och använder mycket lite kraft under drift eller under vila.

Det finns väldigt få delar i en piezomotor. En högfrekvent oscillator tillhandahåller en frekvens som väcker det piezoelektriska materialet. Detta material kommer att ändra form baserat på dess kristallegenskaper. Den resulterande rörelsen får materialet att komma i kontakt med en glid eller rulle.

Sliden eller rullen är belagd med ett mjukt gummi eller polymer, kallat en friktionsbeläggning, vilket gör att det piezoelektriska materialet kan greppa och flytta det. Varje gång oscillatorn skapar en frekvenspuls är materialet upphetsat och rör sig. Detta orsakar rörelse av sliden eller rullen.

En piezoelektrisk motor utnyttjar denna effekt genom att snabbt slå på och stänga av svängningsfrekvensen. Varje puls skapar en liten men väldefinierad rörelse av piezomaterialet och de snabba frekvenscyklerna skapar en fortsatt rörelse. Sliderna kan ersätta rotorer för en fram och tillbaka rörelse som kan fungera som en omkopplare.

Den största fördelen med dessa motorer har varit miniatyrisering. Det finns andra fördelar också, inklusive låg effektbehov och litet behov av underhåll. En piezoelektrisk motor påverkas också relativt av magnetisk och elektrisk störning, eftersom kristallstrukturen kräver specifika frekvenser för att skapa rörelse.

Naturliga kristaller inklusive kvarts och turmalin kan ge piezoelektriska egenskaper. Keramik baserad på titan och andra mineraler används ofta. Vissa polymerer baserade på fluorpolymerteknologi kan också uppvisa piezoelektriska egenskaper.

En vanlig elmotor kan ge hög hastighet med lågt vridmoment, vridkraften som orsakar rotation. Piezo-motorer, å andra sidan, arbetar med lägre hastigheter men har högt vridmoment för sin storlek. Dessutom kan de ge mycket exakta rörelser som inte är möjliga med elmotorer. Förmågan att miniatyrisera till nanoskala eller mikroskopisk storlek gör att de kan användas i en mängd olika medicinska, industriella och konsumenttillämpningar.