Τι είναι ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας;

Ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας είναι μια συσκευή που δημιουργεί κίνηση όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί κίνηση σε ορισμένους κρυστάλλους ή ανθρωπογενή υλικά.Η πιεζοηλεκτρική ενέργεια αποδείχθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1880, όταν ανακαλύφθηκε ότι οι κρύσταλλοι χαλαζία δημιούργησαν ηλεκτρικά ρεύματα όταν τονίζουν χτυπώντας ή συμπιέζοντάς τα.Αυτό το αποτέλεσμα είναι το αντίθετο από το τι εξουσιάζει ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας, όπου η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη δημιουργία κίνησης από ένα υλικό ευαίσθητο στο ηλεκτρικό πεδίο.

Η ανάγκη για αυτούς τους κινητήρες αυξήθηκε στα τέλη του 20ού αιώνα με αυξανόμενη ζήτηση για μικροσκοπική.Οι τυποποιημένοι ηλεκτρικοί κινητήρες έχουν ένα πρακτικό όριο ελάχιστου μεγέθους, κάτω από το οποίο δεν μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα.Ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας μπορεί να γίνει σε μικροσκοπική κλίμακα, παρέχει ακριβή κίνηση σε πολύ μικρές αυξήσεις και χρησιμοποιεί πολύ λίγη ισχύ κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ή κατά τη διάρκεια της ηρεμίας.Ένας ταλαντωτής υψηλής συχνότητας παρέχει μια συχνότητα που ενθουσιάζει το πιεζοηλεκτρικό υλικό.Αυτό το υλικό θα αλλάξει το σχήμα με βάση τις κρυστάλλινες ιδιότητές του.Η προκύπτουσα κίνηση αναγκάζει το υλικό να έρθει σε επαφή με μια διαφάνεια ή κύλινδρο.

Η διαφάνεια ή ο κύλινδρος είναι επικαλυμμένος με ένα μαλακό καουτσούκ ή πολυμερές, που ονομάζεται παλτό τριβής, το οποίο επιτρέπει στο πιεζοηλεκτρικό υλικό να πιάσει και να το μετακινήσει.Κάθε φορά που ο ταλαντωτής δημιουργεί έναν παλμό συχνότητας το υλικό είναι διεγερμένο και κινείται.Αυτό προκαλεί κίνηση της διαφάνειας ή του κυλίνδρου.

Ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας κάνει χρήση αυτού του αποτελέσματος, μετατρέποντας ταχέως την ταλαντευόμενη συχνότητα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης.Κάθε παλμός δημιουργεί μια μικρή αλλά καλά καθορισμένη κίνηση του πιεζοηλεκτρικού υλικού και οι κύκλοι ταχείας συχνότητας δημιουργούν μια συνεχιζόμενη κίνηση.Οι διαφάνειες μπορούν να αντικαταστήσουν τους ρότορες για μια κίνηση πίσω και πίσω που μπορεί να λειτουργήσει ως διακόπτης.

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα αυτών των κινητήρων ήταν η μικρογραφία.Υπάρχουν και άλλα πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένων των απαιτήσεων χαμηλής ισχύος και της ανάγκης για συντήρηση.Ένας πιεζοηλεκτρικός κινητήρας είναι επίσης σχετικά ανεπηρέαστος από μαγνητικές και ηλεκτρικές παρεμβολές, επειδή η κρυσταλλική δομή απαιτεί συγκεκριμένες συχνότητες για τη δημιουργία κίνησης. Οι φυσικοί κρύσταλλοι, συμπεριλαμβανομένου του χαλαζία και της τουρμαλίνης, μπορούν να παρέχουν πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες.Τα κεραμικά που βασίζονται σε τιτάνιο και άλλα ορυκτά χρησιμοποιούνται συνήθως.Ορισμένα πολυμερή που βασίζονται σε τεχνολογία φθορίνης μπορούν επίσης να παρουσιάζουν πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες.

Ένας τυπικός ηλεκτρικός κινητήρας μπορεί να παρέχει υψηλή ταχύτητα με χαμηλή ροπή, τη δύναμη συστροφής που προκαλεί περιστροφή.Οι πιεζοηλεκτρικοί κινητήρες, από την άλλη πλευρά, λειτουργούν με χαμηλότερες ταχύτητες, αλλά έχουν υψηλή ροπή για το μέγεθός τους.Επιπλέον, μπορούν να παρέχουν πολύ ακριβείς κινήσεις που δεν είναι δυνατές με ηλεκτρικούς κινητήρες.Η ικανότητα μικροσκοπίας σε νανοκλίμακα ή μικροσκοπικό μέγεθος τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν σε μια ευρεία ποικιλία ιατρικών, βιομηχανικών και καταναλωτικών εφαρμογών.