Mis on piesoelektriline mootor?

Piesoelektriline mootor on seade, mis tekitab liikumise, kui elektriväli tekitab teatud kristallides või tehismaterjalides liikumise. Piesoelektrilisust demonstreeriti esmakordselt 1880. aastatel, kui avastati, et kvartskristallid tekitavad elektrivoolu, kui neid lööb või kokku surub. See efekt on vastupidine sellele, mis toidab piesoelektrimootorit, kus elektrit kasutatakse elektrivälja suhtes tundlikust materjalist liikumise tekitamiseks.

Vajadus nende mootorite järele kasvas 20. sajandi lõpus koos kasvava nõudlusega miniatuursuse järele. Tavalistel elektrimootoritel on minimaalne praktiline mõõtmete piir, millest allapoole ei saa nad töökindlalt töötada. Piesoelektrilist mootorit saab valmistada miniatuurses skaalas, see tagab täpse liikumise väga väikeste sammudega ja kasutab töötamise või puhkeoleku ajal väga vähe energiat.

Piesomootoris on väga vähe osi. Kõrgsageduslik ostsillaator annab sageduse, mis ergastab piesoelektrilist materjali. See materjal muudab kuju vastavalt selle kristalli omadustele. Sellest tulenev liikumine põhjustab materjali kokkupuutumise liuguri või rulliga.

Slaid või rull on kaetud pehme kummi või polümeeriga, mida nimetatakse hõõrdekatteks, mis võimaldab piesoelektrilisel materjalil seda haarata ja liigutada. Iga kord, kui ostsillaator loob sagedusimpulsi, on materjal erutatud ja liigub. See põhjustab liuguri või rulli liikumise.

Piesoelektriline mootor kasutab seda efekti, lülitades võnkesageduse kiiresti sisse ja välja. Iga impulss loob piesomaterjali väikese, kuid täpselt määratletud liikumise ja kiired sagedustsüklid loovad jätkuva liikumise. Slaidid võivad asendada rootoreid edasi-tagasi liikumiseks, mis võib toimida lülitina.

Nende mootorite suurim eelis on olnud miniatuursus. Sellel on ka teisi eeliseid, sealhulgas väike võimsusvajadus ja vähene hooldusvajadus. Piesoelektrimootorit ei mõjuta ka magnetilised ja elektrilised häired, sest kristallstruktuur nõuab liikumise tekitamiseks spetsiifilisi sagedusi.
Looduslikud kristallid, sealhulgas kvarts ja turmaliin, võivad pakkuda piesoelektrilisi omadusi. Tavaliselt kasutatakse titaanil ja muudel mineraalidel põhinevat keraamikat. Mõnedel fluoropolümeertehnoloogial põhinevatel polümeeridel võivad olla ka piesoelektrilised omadused.
Tavaline elektrimootor võib tagada suure kiiruse väikese pöördemomendiga, mis põhjustab pöörlemist. Piesomootorid seevastu töötavad madalamatel kiirustel, kuid neil on nende suuruse kohta suur pöördemoment. Lisaks suudavad need pakkuda väga täpseid liigutusi, mis pole elektrimootoritega võimalikud. Võimalus miniatuurseks muuta nanomõõtmeliseks ehk mikroskoopiliseks suuruseks võimaldab neid kasutada väga erinevates meditsiini-, tööstus- ja tarbijarakendustes.