Что такое пьезоактюатор?

Что такое пьезоактюатор?

Пьезоактюатор — это актюатор, который использует явление, известное как пьезоэлектрический (пьезо) эффект.

Пьезоэлектрический (пьезо) эффект относится к физическому явлению, при котором механическая энергия, приложенная к твердому пьезоэлектрическому материалу, такому как кварц или керамика, генерирует электрическую энергию. Поскольку это явление обратимо, в пьезоэлектрическом материале получается линейное смещение при подаче противоположного электрического сигнала, и этот обратный пьезоэлектрический эффект используется во многих случаях в пьезоактюаторах.

Пьезоактюаторы характеризуются низким энергопотреблением, малыми размерами, высокой скоростью и отсутствием магнитного поля.

Применение пьезоактюаторов

Пьезоприводы используются во внутренних механизмах позиционирования для жестких дисков и полупроводникового литографического оборудования, чернильных насосах для струйных принтеров, переключателях для смартфонов и для сбора энергии (генерация энергии из окружающей среды). Особенно в последние годы тактильная обратная связь, уникальная для пьезоприводов, использовалась во многих случаях в качестве переключателей для смартфонов и навигационных систем в автомобиле.

Одним из преимуществ использования пьезоактюаторов является возможность создания бесшовных конструкций. Пьезоактюаторы также начинают использоваться для сбора энергии (генерации энергии из окружающей среды), где механическая энергия, такая как вибрация из окружающей среды, используется для генерации электроэнергии. Сбор энергии относится к преобразованию энергии из окружающей среды в электричество.

Принцип пьезоактюаторов

Принцип работы пьезоактюатора основан на физическом явлении механической микродеформации (вибрации) пьезоэлектрического кристаллического твердого тела при приложении электрического поля к пьезоэлементу, такому как керамика, и это явление используется в механизме актюатора.

Это физическое явление противоположно пьезоэлектрическому (пьезо)эффекту и называется обратным пьезоэлектрическим эффектом, поскольку преобразует электрическую энергию в механическую. Структура пьезоактюатора, в простейшем случае, состоит из пьезоэлектрического материала, зажатого между электродами и проводкой, и из-за своей простоты он обладает превосходной прочностью и высокой надежностью.

В настоящее время в качестве пьезоэлектрических материалов широко используются сегнетоэлектрические керамические кристаллы, такие как титанат бария.

Типы пьезоактюаторов

Типичные типы пьезоактюаторов включают в себя многослойные, биморфные и трубчатые типы.

1. Многослойный пьезоактюатор

Этот актюатор состоит из чередующихся слоев пьезодатчиков и электродов и может легко получать точное микросмещение. Он также используется для точного позиционирования из-за его высокого генерируемого напряжения и хорошего отклика.

2. Биморфный пьезопривод

Два продольно растяжимых пьезоэлектрических элемента соединены вместе, и когда один растягивается, другой отклоняется. При приложении силы отклонения генерируется электрическая энергия. По этой причине существует множество примеров использования в качестве акустических датчиков и датчиков изгиба.

3. Пьезопривод трубчатого типа

Этот привод расширяется и сжимается радиально и аксиально, когда напряжение подается на внутренний и внешний электроды.

Другая информация о пьезоактюаторах

1. Коррекция гистерезиса

Пьезоактюаторы просты по конструкции, очень надежны и отличаются быстрой, компактной и высокоскоростной работой, но их самым большим недостатком является то, что они имеют ошибку гистерезиса. В идеале должна быть идеально пропорциональная зависимость между приложенным напряжением и ходом актюатора, но в действительности существует вариация гистерезиса до 15% в значении хода при увеличении или уменьшении напряжения. Чтобы компенсировать это, также используются изделия с механизмами определения положения и функциями компенсации обратной связи ASIC.

2. Учет нагрузки

Сегнетоэлектрическая керамика очень устойчива к нагрузкам в ожидаемом рабочем направлении, но неожиданные нагрузки, такие как напряжение сдвига, несбалансированные нагрузки и вращательные моменты, могут привести к разрушению кристаллов ламината из-за керамических кристаллов. Важно уделять пристальное внимание мерам предосторожности производителя по использованию и избегать неправильного использования изделия.