Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ năm, 13/03/2008 22:12 (GMT+7)

Động cơ áp điện

Nhưng gần đây phổ biến một loại động cơ điện hoàn toàn khác gọi là động cơ áp điện, cấu tạo đơn giản, tinh vi và chính xác, đặc biệt có thể làm rất nhỏ, sử dụng trong công nghẹe cao như ổ đĩa máy tính, đặt sợi quang đúng vị trí, lắp ống thông ở mạch máu...

Động cơ áp điện sử dụng hiệu ứng áp điện để tạo ra chuyển động cơ.

Vật liệu áp điện ngày nay, thí dụ gốm PZT có hệ số chuyển dời cơ điện (h. 1) theo trục mạnh nhất vào cỡ d 33= 500 x 10 -12m/V nghĩa là theo trục chính, tác dụng 1 vôn thì thanh áp điện bị co (hay dãn) 500.10 -12m nếu tác dụng điện thế 200 vôn chuyển dịch theo trục chính là: 200 x 500 x 10 -12m = 0,1mm (phần mười micromet).

Động cơ áp điện
Động cơ áp điện
Như vậy mỗi lần tăng điện thế ở hai cực của thanh áp điện từ 0 - 200 V, thanh áp điện tạo ra được dịch chuyển 0,1 mm.

Nếu thanh áp điện đó được tác dụng điện thế xoay chiều có tần số phù hợp với tần số dao động riêng của thanh áp điện, có cộng hưởng xảy ra, mỗi lần điện thế tăng từ 0 đến 200V độ dịch chuyển có thể lớn gấp 10 lần tức là 1mm và thí dụ tần số tác dụng điện thế là 130000 hertz thì dịch chuyển tổng cộng sẽ là:

1mm x 130000 = 130.000mm = 130 mm tốc độ chuyển dịch là 130 mm/giây.

Động cơ uốn lượn trên đầu ngón tay (Bulông áp điện ở ngoài thanh ren dài nằm ngang bên trong).
Động cơ uốn lượn trên đầu ngón tay (Bulông áp điện ở ngoài thanh ren dài nằm ngang bên trong).
Trong việc điều khiển các chuyển động tinh vi thì đó là dịch chuyển và tốc độ dịch chuyển không phải là nhỏ. Nếu xét thanh áp điện đứng riêng một mình thì tác dụng điện xoay chiều chỉ tạo radao động, dịch chuyển tổng cộng bằng không. Để tạo ra dịch chuyển người ta phải làm cơ cấu hai thanh áp điện nối với nhau thông qua đoạn cong như chiếc guốc (h. 2A) áp vào thanh truyền và bố trí điệnthế tác dụng ở hai thanh áp điện sao cho phối hợp, lúc guốc chuyển động tới cũng là lúc guốc áp sát vào thanh truyền, đẩy thanh truyền đi tới nhờ có ma sát. Lúc guốc chuyển động lui cũng là lúc guốchở ra không áp vào thanh truyền, thanh truyền đứng yên. Nếu bố trí tần số cộng hưởng ở đây vào cỡ 130.000 hertz thì thanh truyền sẽ chuyển động theo từng bước, mỗi bước cỡ 1 mm trong 1/130.000 giây và trong một giây dịch chuyển được cỡ 130 mm.

Như vậy đấy là một động cơ cho chuyển động thẳng, tuỳ thời gian cho tác dụng điện thế có thể điều khiển chuyển động với độc chính xác cỡ nhỏ hơn phần nghìn micromet tức là nanomet.

Người ta có thể làm hai guốc (h 2B) hoặc bốn guốc (h 2C) áp vào thanh truyền, lực guốc đẩy thanh truyền sẽ mạnh hơn gấp đôi, hoặc gấp bốn lần.

Khi cần chuyển động tròn, thay cho thanh truyền người ta làm một cái đĩa quay quanh một cái trục và bố trí guốc đẩy cái đĩa theo chiều của chu vi (h 2D).

Một kiểu động cơ áp điện cho chuyển động thẳng rất phổ biến hiện nay gọi là động cơ uốn lượn (squiggle motor).

Cấu tạo của động cơ này giống như một cái bulông dài vặn thanh tròn có ren (h 3) chỉ bulông là làm bằng vật liệu áp điện còn thanh ren có thể là kim loại hay bất cứ vật liệu cứng nào khác.

Nếu bình thường ta vặn tròn nhưng không dịch chuyển bulông, thanh ren sẽ tiến theo một chiều nào đó tuỳ theo chiều ren và chiều vặn bulông. Nhưng ở đây bulông làm bằng vật liệu áp điện, có thể thiết kế bulông áp điện uốn lượn sao cho răng bên trong của bulông lúc hở ra lúc áp vào răng của thanh ren, khi áp vào lại xoay theo một chiều nào đó tương tự như khi vặn bulông. Kết quả là điều khiển được thanh ren dịch chuyển lên xuống, làm nhiệm vụ của động cơ chuyển động thẳng.

Trên đây chỉ là một vài cơ cấu làm thí dụ để dễ hiểu về nguyên lý làm việc của động cơ áp điện. Ta thấy rõ ràng là ở đây rất ít bộ phận nên dễ làm nhỏ, chuyển động ở đây là nhích từng bước cực nhỏ nên dễ điều khiển chính xác, có thể làm việc với tần số rất cao nên tốc độ chuyển động có thể lớn.

So với động cơ điện thì động cơ điện có đến hàng trăm chi tiết nhỏ: lõi sắt, dây đồng, nam châm vĩnh cửu, trục quay, bánh răng chuyển đổi... nhất là khi cần chính xác phải dùng động cơ bước phức tạp hơn. Với hơn 150 năm kinh nghiệm, việc chế tạo động cơ điện chính xác nhỏ nhất cũng chỉ có thể dùng được để điều chỉnh ống kính máy ảnh làm nhiệm vụ AF (tự động làm nét) và OZ (zoom quang học) cho máy ảnh. Đến máy ảnh nhỏ ở điện thoại di động, không thể có động cơ điện để đáp ứng yêu cầu cả về mặt phải nhỏ (nhỏ bằng một phần tư động cơ điện nhỏ nhất) và phải ít tốn điện.

Động cơ áp điện ngày nay có thể làm nhỏ, đường kính chỉ 1,8 mm chiều dài 4 mm, cơ như hạt thóc, có nhiều ứng dụng. Ta xét vài thí dụ.

Động cơ áp điện (kiểu uốn lượn) đặt bên cạnh ống kính ở máy ảnh điện thoại di động. So sánh kích thước với kim cài giấy ở dưới.
Động cơ áp điện (kiểu uốn lượn) đặt bên cạnh ống kính ở máy ảnh điện thoại di động. So sánh kích thước với kim cài giấy ở dưới.
Điện thoại di động chụp ảnh được muốn ảnh có chất lượng cao phỉ dùng động cơ áp điện để tự động điều khiển ống kính tới lui và zoom. Tính ra điện thoại di động đưa ra thị trường năm 2005 là500 triệu chiếc và dự đoán năm 2009 là 900 triệu chiếc. Số lượng tăng lên gần đấp đôi là nhờ có nhiều chức năng mới, chất lượng cao hơn để thu hút thị trường, trong đó chất lượng chụp ảnh ở điệnthoại di động là một chỉ tiêu quan trọng (hình 4).

Nhưng ý nghĩa nhất là dùng trong y tế. Thí dụ để tán sỏi thận phải thông qua một cái ống đưa động cơ vào trong thận để tán sỏi. Vì động cơ điện không làm quá nhỏ được nên ống đưa vào đường kính phải to hơn 3 milimet mới đưa lọt động cơ nhỏ nhất. Ống to, dễ làm đau đớn khó chịu cho bệnh nhân.

Nay có động cơ áp điện đường kính chỉ 1,8 mm nên ống đưa vào nhỏ hơn, cỡ dưới 2 mm đường kính, dễ chịu hơn cho bệnh nhân.

Cũng vậy trong nội soi, cuối của ống nội soi đưa vào bên tỏng cơ thể phải có cái gương điều khiển được bằng động cơ để cho ánh sáng đi theo ống dẫn quang phản xạ chiếu rộng ra nhiều chỗ thí dụ chung quanh ống tiêu hoá. Động cơ áp điện nhỏ dùng ở đây rất thuận tiện so với động cơ điện to hơn nhiều.

Ngay ở đồng hồ quartz đeo tay, bộ dao động điện tử dựa trên chuẩn là bản năng dao động thạch anh nhưng khi muốn chuyển sang chỉ thị bằng kim cho dễ đọc và chỉ ngày, chỉ tháng theo kiểu thông thường phải có động cơ bước, các bánh răng chính xác và phức tạp, đặc biệt ở kim phút, kim giây các bánh răng phải quay rất nhanh, dễ hỏng. Bố trí động cơ áp điện thay cho động cơ bước kiểu cũ, chậm hay nhanh đều có thể dùng cách điều khiển điện tử, không dùng bánh xe răng, sẽ rất bền. Hàng năm số đồng hồ điện tử tiêu thụ là cỡ 10 đến 100 triệu nên số lượng động cơ áp điện cần sản xuất rất lớn.

Động cơ áp điện đã thắng thế động cơ điện khi đi vào lĩnh vực tinh vi chính xác.

Nguồn: Vật lý & Tuổi trẻ, số 54, 2 – 2008, bìa 3.

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

VUSTA xây dựng đề án vị trí việc làm giai đoạn 2027–2031
Là hội quần chúng được Đảng và Nhà nước giao nhiệm vụ ở Trung ương, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đang tập trung triển khai việc rà soát vị trí việc làm (VTVL), xây dựng phương án biên chế giai đoạn 2027–2031, nhằm hoàn thiện tổ chức bộ máy và nâng cao hiệu quả tập hợp đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ (KH&CN).
Tập huấn sử dụng hệ thống thông tin điều hành tác nghiệp Mặt trận Tổ quốc Việt Nam
Ngày 5/11, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Hướng dẫn sử dụng phần mềm trong quản lý và điều hành tác nghiệp văn bản đi và đến. Hội thảo nhằm nâng cao kỹ năng sử dụng, khai thác hiệu quả các chức năng của hệ thống số hóa, góp phần tích cực vào quá trình chuyển đổi số toàn diện trong công tác quản lý, điều hành và xử lý văn bản nghiệp vụ tại Cơ quan VUSTA.
Lào Cai: 52 đề tài xuất sắc sẽ được trao giải Cuộc thi lần thứ 21
Chiều 3/11, Ông Giàng Quốc Hưng - Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Phó Chủ tịch UBND tỉnh, Chủ tịch Liên hiệp Hội tỉnh, Trưởng Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo kỹ thuật (Hội thi) và Cuộc thi Sáng tạo thanh, thiếu niên, nhi đồng tỉnh (Cuộc thi), chủ trì cuộc họp thống nhất công tác chuẩn bị tổng kết, trao giải Cuộc thi lần thứ 21 và phát động Cuộc thi lần thứ 22.
Cải cách hành chính và chuyển đổi số ở cơ sở cần thực chất hơn
Năm 2026, khi mô hình chính quyền địa phương hai cấp đi vào vận hành, cải cách hành chính và chuyển đổi số đặt ra yêu cầu cao với chính quyền cơ sở. Qua khảo sát tại phường Tuy Hòa, Cư Bao, xã Sơn Hòa, Sông Hinh, Ea Na và Yang Mao, Hội đồng tư vấn Dân chủ – Pháp luật thuộc Ủy ban MTTQ Việt Nam tỉnh Đắk Lắk ghi nhận nỗ lực của địa phương và những vấn đề cần tháo gỡ để nâng cao chất lượng phục vụ.
Tôn vinh tinh hoa đạo học, tiếp nối mạch nguồn hiền tài dân tộc
Từ ngày 5 - 15/11, thành phố Hà Nội tổ chức chuỗi hoạt động kỷ niệm 950 năm thành lập Quốc Tử Giám (1076–2026), với nhiều chương trình văn hóa, nghệ thuật, triển lãm, trải nghiệm di sản và hội thảo khoa học. Đây là dịp tôn vinh những giá trị bền vững của nền Quốc học Việt Nam, khơi dậy truyền thống hiếu học, tôn sư trọng đạo và tinh thần trọng dụng hiền tài.
Đắk Lắk: Phản biện hồ sơ Dự án nhà máy điện gió, điện mặt trời
Sáng 29/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh đã tổ chức Hội đồng góp ý, phản biện xã hội và phản biện khoa học đối với hồ sơ đề nghị chấp thuận chủ trương đầu tư Dự án Nhà máy điện gió E&M Đắk Lắk tại xã Ea Knốp và xã Cư Prao; Dự án Nhà máy điện mặt trời Jang Pông 2 tại xã Ea Wer.
Góp ý Luật luật An toàn, vệ sinh lao động: Lấy bảo vệ con người và quản trị rủi ro làm trung tâm
Ngày 30/10/2026, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp Hội Khoa học Kỹ thuật An toàn Vệ sinh Lao động Việt Nam (VOSHA) tổ chức Hội thảo "Góp ý dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật An toàn, vệ sinh lao động". Hội thảo do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch VUSTA và GS.TS Lê Vân Trình, Chủ tịch VOSHA đồng chủ trì.
VUSTA công bố các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt
Ngày 30/10/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã trang trọng tổ chức Hội nghị công bố các quyết định quan trọng về công tác cán bộ. Lãnh đạo VUSTA đã trao quyết định nghỉ hưu hưởng chế độ cho 02 cán bộ, chuyên viên, đồng thời trao các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong giai đoạn mới.
Liên hiệp Hội Việt Nam hưởng ứng tháng “Vì người nghèo”
Sáng 27/10, tại Hội trường xã Quốc Oai, Khối thi đua các tổ chức thuộc lĩnh vực Khoa học - Kinh tế - Pháp luật - Giáo dục - Đối ngoại thuộc Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam phối hợp với Ủy ban MTTQ Việt Nam thành phố Hà Nội, Hội Luật gia thành phố Hà Nội và xã Quốc Oai tổ chức Hội nghị “Nghe dân nói, nói dân nghe” và thực hiện Tháng cao điểm vì người nghèo 2026.