Пьезомоторы основаны на пьезоматериалах, которые представляют собой керамику, изменяющую форму при воздействии электрического поля, создавая вибрации, которые вызывают движение — линейное или вращательное. (И наоборот, пьезоматериалы также могут вырабатывать электричество при механической нагрузке).Существует несколько принципов работы пьезодвигателей, наиболее распространенными из которых являются использование ультразвуковых колебаний, эффект скольжения (также называемый инерционными пьезодвигателями) или шагание, которое предполагает комбинирование нескольких пьезоэлементов для получения “шагающего” движения.

Большинству инженеров и дизайнеров, когда они думают о пьезодвигателях, в первую очередь приходят на ум их небольшие габариты и высокое разрешение. Но пьезодвигатели также обладают значительным соотношением мощности и габаритов, обеспечивая очень высокий крутящий момент или усилие при своих компактных размерах. Это делает их хорошо подходящими для применения в аэрокосмической промышленности и производстве потребительских товаров, где требуются большие усилия, но при этом важно пространство.Благодаря низкой инерции пьезодвигатели обладают очень быстрым временем отклика, что позволяет быстро запускать и останавливать их. Пьезодвигатели также самоблокируются в выключенном состоянии и могут удерживать положение без смещения, в отличие от серводвигателей, которые постоянно “ищут” положение.

Условия, исключающие применение других технологий, как правило, не представляют проблемы для пьезодвигателей. Например, пьезоэлектрические преобразователи могут работать в вакуумных средах, которые широко используются в полупроводниковом оборудовании и электронике. Кроме того, ультразвуковые и шаговые пьезодвигатели немагнитны и могут работать в сильных магнитных полях, например, в аппаратах магнитно-резонансной томографии.Другие области применения пьезодвигателей включают компоненты аэрокосмической техники, оптическое контрольное оборудование и медицинские приборы.

Помимо рассмотренных выше преимуществ, каждая технология пьезодвигателей обладает своими уникальными характеристиками.Ультразвуковые пьезодвигатели могут развивать скорость до 1 м/с и разрешение до 50 нанометров. Шаговые пьезодвигатели имеют практически неограниченную длину хода и могут достигать пикометрового разрешения благодаря принципу, называемому сглаживанием. Инерционные пьезодвигатели, как правило, являются наиболее компактным вариантом и доступны по низкой цене.

Пьезоприводы (не путать с пьезодвигателями), как правило, приводятся в движение за счет расширения или сжатия пьезоматериала прямо пропорционально приложенному напряжению. Высокая мощность и быстрая реакция позволяют пьезоприводам заменять соленоиды в клапанах, насосах и раздаточном оборудовании. Пьезо-ступени, оснащенные поперечными роликоподшипниками или миниатюрными линейными направляющими, обеспечивают высокое разрешение и способность выдерживать большие нагрузки в компактном корпусе. Ступени также могут быть установлены друг на друга для обеспечения движения по оси Xy или Xyz.Единственная технология, способная конкурировать с пьезоэлементами по разрешающей способности и повторяемости, — это пневматические подшипники. И хотя пневматические подшипниковые ступени способны преодолевать большие расстояния, их, возможно, сложнее интегрировать и эксплуатировать.

В приложениях, требующих микрометрового или даже нанометрового разрешения, пьезодвигатели обеспечивают непревзойденное сочетание миниатюрных размеров, большой длины хода, высокой скорости и высокой мощности. По разрешающей способности и повторяемости они конкурируют с пневматическими подшипниками, что также делает их хорошим выбором для одноосных и многоосных линейных ступенчатых конфигураций. И хотя пьезодвигатели используются в промышленности уже почти четыре десятилетия, они традиционно считались слишком дорогими для всех, кроме самых экстремальных, требований. Однако достижения в области пьезоматериалов и методов производства, а также более экономичные средства управления привели к тому, что стоимость пьезодвигателей и приводов достигла уровня, конкурентоспособного по сравнению с другими решениями.