Un moteur piézoélectrique est un dispositif qui crée un mouvement lorsqu’un champ électrique crée un mouvement dans certains cristaux ou matériaux artificiels. La piézoélectricité a été démontrée pour la première fois dans les années 1880, lorsqu’on a découvert que les cristaux de quartz créaient des courants électriques lorsqu’ils étaient soumis à une contrainte en les frappant ou en les comprimant. Cet effet est à l’opposé de ce qui alimente un moteur piézoélectrique, où l’électricité est utilisée pour créer un mouvement à partir d’un matériau sensible au champ électrique.
Le besoin de ces moteurs a augmenté à la fin du 20e siècle avec une demande croissante de miniaturisation. Les moteurs électriques standard ont une limite pratique de taille minimale, en dessous de laquelle ils ne peuvent pas fonctionner de manière fiable. Un moteur piézoélectrique peut être fabriqué à l’échelle miniature, fournit un mouvement précis par très petits incréments et utilise très peu d’énergie pendant le fonctionnement ou au repos.
Il y a très peu de pièces dans un moteur piézo. Un oscillateur haute fréquence fournit une fréquence qui excite le matériau piézoélectrique. Ce matériau changera de forme en fonction de ses propriétés cristallines. Le mouvement qui en résulte amène le matériau à entrer en contact avec une glissière ou un rouleau.
La glissière ou le rouleau est recouvert d’un caoutchouc souple ou d’un polymère, appelé revêtement de friction, qui permet au matériau piézoélectrique de le saisir et de le déplacer. Chaque fois que l’oscillateur crée une impulsion de fréquence, le matériau est excité et se déplace. Cela provoque un mouvement de la glissière ou du rouleau.
Un moteur piézoélectrique utilise cet effet en activant et désactivant rapidement la fréquence d’oscillation. Chaque impulsion crée un mouvement petit mais bien défini du matériau piézo, et les cycles de fréquence rapides créent un mouvement continu. Les glissières peuvent remplacer les rotors pour un mouvement de va-et-vient qui peut agir comme un interrupteur.
Le plus grand avantage de ces moteurs a été la miniaturisation. Il existe également d’autres avantages, notamment une faible consommation d’énergie et un faible besoin d’entretien. Un moteur piézoélectrique est également relativement peu affecté par les interférences magnétiques et électriques, car la structure cristalline nécessite des fréquences spécifiques pour créer un mouvement.
Les cristaux naturels, notamment le quartz et la tourmaline, peuvent fournir des propriétés piézoélectriques. Les céramiques à base de titane et d’autres minéraux sont couramment utilisées. Certains polymères basés sur la technologie des polymères fluorés peuvent également présenter des propriétés piézoélectriques.
Un moteur électrique standard peut fournir une vitesse élevée avec un faible couple, la force de torsion qui provoque la rotation. Les moteurs piézo, quant à eux, fonctionnent à des vitesses plus faibles mais ont un couple élevé pour leur taille. De plus, ils peuvent fournir des mouvements très précis impossibles avec les moteurs électriques. La capacité de miniaturiser à l’échelle nanométrique, ou à la taille microscopique, leur permet d’être utilisés dans une grande variété d’applications médicales, industrielles et grand public.