Ein piezoelektrischer Motor ist ein Gerät, das Bewegung erzeugt, wenn ein elektrisches Feld Bewegung in bestimmten Kristallen oder künstlichen Materialien erzeugt. Piezoelektrizität wurde erstmals in den 1880er Jahren nachgewiesen, als entdeckt wurde, dass Quarzkristalle bei Belastung durch Schlagen oder Zusammendrücken elektrische Ströme erzeugen. Dieser Effekt ist das Gegenteil von dem, was einen piezoelektrischen Motor antreibt, bei dem die Elektrizität verwendet wird, um Bewegung aus einem auf das elektrische Feld empfindlichen Material zu erzeugen.
Der Bedarf an diesen Motoren wuchs Ende des 20. Jahrhunderts mit zunehmender Nachfrage nach Miniaturisierung. Standard-Elektromotoren haben eine praktische Mindestgröße, unterhalb derer sie nicht zuverlässig arbeiten können. Ein piezoelektrischer Motor kann im Miniaturmaßstab hergestellt werden, ermöglicht eine präzise Bewegung in sehr kleinen Schritten und verbraucht während des Betriebs oder im Ruhezustand sehr wenig Strom.
Es gibt sehr wenige Teile in einem Piezomotor. Ein Hochfrequenzoszillator liefert eine Frequenz, die das piezoelektrische Material anregt. Dieses Material ändert seine Form basierend auf seinen Kristalleigenschaften. Die resultierende Bewegung bewirkt, dass das Material mit einem Schieber oder einer Walze in Kontakt kommt.
Der Schieber oder die Rolle ist mit einem weichen Gummi oder Polymer beschichtet, das als Reibungsschicht bezeichnet wird und dem piezoelektrischen Material ermöglicht, es zu greifen und zu bewegen. Jedes Mal, wenn der Oszillator einen Frequenzimpuls erzeugt, wird das Material angeregt und bewegt. Dies verursacht eine Bewegung des Schlittens oder der Rolle.
Ein piezoelektrischer Motor macht sich diesen Effekt zunutze, indem er die Schwingfrequenz schnell ein- und ausschaltet. Jeder Impuls erzeugt eine kleine, aber genau definierte Bewegung des Piezomaterials, und die schnellen Frequenzzyklen erzeugen eine kontinuierliche Bewegung. Schlitten können Rotoren für eine Hin- und Herbewegung ersetzen, die als Schalter fungieren kann.
Der größte Vorteil dieser Motoren ist die Miniaturisierung. Hinzu kommen weitere Vorteile, darunter geringer Strombedarf und geringer Wartungsaufwand. Ein piezoelektrischer Motor ist auch relativ unempfindlich gegenüber magnetischen und elektrischen Störungen, da die Kristallstruktur bestimmte Frequenzen benötigt, um Bewegung zu erzeugen.
Natürliche Kristalle, einschließlich Quarz und Turmalin, können piezoelektrische Eigenschaften bereitstellen. Häufig werden Keramiken auf der Basis von Titan und anderen Mineralien verwendet. Einige Polymere, die auf der Fluorpolymer-Technologie basieren, können auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen.
Ein Standard-Elektromotor kann hohe Drehzahlen mit niedrigem Drehmoment liefern, die Verdrehkraft, die eine Drehung verursacht. Piezomotoren hingegen arbeiten mit niedrigeren Drehzahlen, haben aber für ihre Größe ein hohes Drehmoment. Darüber hinaus können sie sehr präzise Bewegungen ausführen, die mit Elektromotoren nicht möglich sind. Die Fähigkeit zur Miniaturisierung auf Nanoskala oder mikroskopische Größe ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von medizinischen, industriellen und Verbraucheranwendungen.