壓電促動(dòng)器的命名由它的驅動(dòng)動(dòng)力源及其功能相結合而來(lái)的。“壓電”指的是它的驅動(dòng)源，即利用PZT壓電陶瓷來(lái)作為驅動(dòng)源從而產(chǎn)生運動(dòng)；而“促動(dòng)器”則是它的功能，它的移動(dòng)端可以產(chǎn)生促動(dòng)的作用，即用來(lái)帶載物體進(jìn)行微位移調節。壓電促動(dòng)器是將PZT壓電陶瓷進(jìn)行加載預緊力，并進(jìn)行金屬殼體封裝，同時(shí)，配備有機械固定安裝接口與負載安裝接口。
通常情況下，壓電促動(dòng)器自身就可以帶動(dòng)負載進(jìn)行微位移調節，其運動(dòng)端的螺紋孔或桿，可直接與負載連接。當然，它也可以驅動(dòng)機械結構，再由機械結構完成運動(dòng)調節。
與壓電陶瓷疊堆相比，壓電促動(dòng)器有哪些優(yōu)點(diǎn)？
可承受一定拉力，壓電陶瓷不可承受拉力；
可用于動(dòng)態(tài)應用，無(wú)預緊力的壓電陶瓷不可動(dòng)態(tài)使用；
金屬封裝保護，操作可靠性更高；
機械接口，安裝更方便，無(wú)需粘接；
......
壓電促動(dòng)器的種類(lèi)
直線(xiàn)壓電促動(dòng)器可根據外徑或出力分為多個(gè)系列，如VS9、VS10、VS12、VS15、VS20、VS22、VS35、VS45等，VS后面的數字即代表壓電促動(dòng)器的直徑，直徑越大，出力越高。
而根據壓電促動(dòng)器的驅動(dòng)電壓范圍，又可將其分別高壓、低壓，高壓通常為500V或1000V，低壓一般為150V；根據其形狀，又可分為柱形、環(huán)形壓電促動(dòng)器。
而根據是否配置傳感器，壓電促動(dòng)器又分為開(kāi)環(huán)(無(wú)定位反饋傳感器)和閉環(huán)(集成定位反饋傳感器)版本。開(kāi)環(huán)下，它的分辨率是無(wú)限高的，只受控制設備的噪聲的限制，但是由于壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性，使其重復性和穩定性較低。但閉環(huán)版本壓電促動(dòng)器，可消除遲滯和蠕變。
直驅機構壓電促動(dòng)器介紹
直驅機構壓電促動(dòng)器又叫封裝式壓電陶瓷促動(dòng)器，它非常適于集成到定制型運動(dòng)設備，提供納米級分辨率，行程可達260微米，微秒級響應時(shí)間，且外形殼體非常緊湊。封裝式壓電陶瓷促動(dòng)器集成高可靠性、疊堆式、低壓/高壓PZT壓電陶瓷，外部由柱形不銹鋼外殼保護。較高的內部機械預載力可適用于高負載、高動(dòng)態(tài)應用。封裝式壓電陶瓷促動(dòng)器可產(chǎn)生的出力達50000N，使其非常適于機床、主動(dòng)振動(dòng)絕緣或自適應力學(xué)。封裝式壓電陶瓷促動(dòng)器的小體積、高諧振頻率的特點(diǎn)又使其非常適于掃描顯微、激光調諧、光束偏轉、膜片鉗或干涉移相等應用。
運動(dòng)效果如下。
一、基本結構
壓電促動(dòng)器的基本結構如下圖所示，它的內部集成PZT壓電陶瓷，外部封裝金屬殼體，上端為移動(dòng)端，用于安裝負載；下端帶螺紋底座，用于壓電促動(dòng)器自身的固定安裝。
二、移動(dòng)端轉接方式
壓電促動(dòng)器的移動(dòng)端可選擇多種類(lèi)型，標準類(lèi)型包括平頭、球頭、內螺紋、外螺紋等，也可根據用戶(hù)的機械接口進(jìn)行定制。
三、熱穩定可選
選擇熱穩定裝置可提高2~3倍功率，實(shí)現大行程高頻運動(dòng)。
壓電促動(dòng)器在高頻動(dòng)態(tài)使用時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，熱穩定版本采用高導熱金屬材料殼體，并可選配散熱片，增強熱量快速導出能力。
四、產(chǎn)品定制
芯明天可針對用戶(hù)的應用環(huán)境，對壓電促動(dòng)器進(jìn)行靈活定制，如抗扭力型、帶通風(fēng)孔型、密封型、特殊安裝型等。
五、標品參數
一）柱形壓電促動(dòng)器
柱形壓電陶瓷促動(dòng)器是通過(guò)將方形壓電陶瓷疊堆封裝于內部，外部由柱形不銹鋼外殼保護，并通過(guò)機械外殼對壓電陶瓷疊堆施加預緊力，較高的內部機械預載力可適用于高負載、高動(dòng)態(tài)應用。它可輸出壓電陶瓷疊堆產(chǎn)生的位移及出力，且可承受一定的拉力。
1）VS9系列柱形壓電促動(dòng)器
· 200N出力
· 0~150V驅動(dòng)
2）VS10系列柱形壓電促動(dòng)器
· 550N出力
· 0~150V驅動(dòng)
3）VS12系列柱形壓電促動(dòng)器
· 1200N出力
· 0~150V驅動(dòng)
4）VS15系列柱形壓電促動(dòng)器
· 2300N出力
· 0~150V驅動(dòng)
5）VS20系列柱形壓電促動(dòng)器
· 4700N出力
· 0~150V驅動(dòng)
6）VS25系列柱形壓電促動(dòng)器
· 7300N出力
· 0~150V驅動(dòng)
二）環(huán)形壓電陶瓷促動(dòng)器
環(huán)形壓電陶瓷促動(dòng)器內部是由環(huán)形壓電陶瓷疊堆驅動(dòng)，中心具有通孔。底部由螺紋固定，頂端為外螺紋。并且，標準產(chǎn)品配有鏡片固定帽，利于鏡片的安裝，可應用于光學(xué)定位系統。
1）VS22系列環(huán)形壓電促動(dòng)器
· 3000N出力
· 0~150V驅動(dòng)
2）VS35系列環(huán)形壓電促動(dòng)器
· 5300N出力
· 0~150V驅動(dòng)
三）殼體外螺紋壓電陶瓷促動(dòng)器
殼體外螺紋壓電促動(dòng)器，是機械封裝殼體外帶有螺紋的柱形壓電促動(dòng)器，方便與外部機械結構安裝固定，主要應用于光束偏轉、光路調整、鏡片調節架或需要通過(guò)外螺紋進(jìn)行安裝的直線(xiàn)、角度運動(dòng)應用等。為了獲得更大的剛度，外螺紋式壓電促動(dòng)器采用了鎖緊螺母。
1）M14殼體外螺紋壓電促動(dòng)器
· 1200N出力
· 0~150V驅動(dòng)
2）M22殼體外螺紋壓電促動(dòng)器
· 4700N出力
· 0~150V驅動(dòng)
四）抗扭力壓電陶瓷促動(dòng)器
抗扭力壓電陶瓷促動(dòng)器，可抵抗在安裝負載鎖緊加固過(guò)程對內部壓電陶瓷造成的旋轉扭力，從而避免造成壓電陶瓷的損壞。VT系列抗扭力促動(dòng)器的結構緊湊，非常易于集成。特殊的機械結構設計使其在承載、行程、動(dòng)態(tài)及外形尺寸等都進(jìn)行了優(yōu)化。它的內部驅動(dòng)元件為高性能長(cháng)壽命壓電促動(dòng)器。直徑分14mm及17mm等類(lèi)型，出力可達1200N，位移行程可達95μm。
1）VT14抗扭力壓電促動(dòng)器
· 1200N出力
· 0~150V驅動(dòng)
2）VT17抗扭力壓電促動(dòng)器
· 1200N出力
· 0~150V驅動(dòng)
五）收縮型壓電陶瓷促動(dòng)器
收縮型壓電陶瓷促動(dòng)器是指在施加電壓后可產(chǎn)生收縮運動(dòng)位移的壓電陶瓷促動(dòng)器。該收縮型壓電陶瓷促動(dòng)器具有納米級步進(jìn)分辨率，可提供毫秒甚至亞毫秒的快速響應。
M25系列收縮型壓電促動(dòng)器
· 2000N拉力
· 0~200V驅動(dòng)
六、歷史定制案例展示
一）定制真空、低溫、無(wú)磁版
二）定制移動(dòng)端
三）定制安裝接口/螺紋
四）定制電連接裸線(xiàn)
五）定制鏡片安裝
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六）定制抗扭力環(huán)形壓電促動(dòng)器
七）定制特殊環(huán)境、功率等
七、產(chǎn)品應用
芯明天壓電促動(dòng)器的高精度、大出力以及快速響應的特點(diǎn)使其在機械系統、光學(xué)系統中得到廣泛應用。
一）超導腔調諧
通過(guò)諧振器在軸向拉伸超導腔，改變加速間隙的大小，控制超導腔的頻率。通過(guò)機械調諧進(jìn)行頻率的粗調后，當超導腔的頻率接近所需要的頻率時(shí)，通過(guò)壓電陶瓷促動(dòng)器對頻率進(jìn)行微調。利用的是壓電陶瓷促動(dòng)器的大出力、微位移的特性。
二）微細電火花加工
采用微細電火花加工微小孔過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生很多碎屑，這會(huì )嚴重影響電火花加工的精準度及加工速度。設備中采用壓電促動(dòng)器，利用其微納米級位移、高頻振動(dòng)、大出力等特性將加工產(chǎn)生的碎屑進(jìn)行有效的清除，起到優(yōu)異的導屑作用。
三）細胞穿透
細胞的尺寸一般只有幾個(gè)微米大小，甚至更小。在研究細胞結構或病理實(shí)驗中，需要將探針準確的送入細胞內部。而壓電促動(dòng)器可做納米級精確移動(dòng)，它可帶動(dòng)探針或樣品細胞做納米級微運動(dòng)，將探針準確的送入細胞內部，又不損傷細胞結構，已被廣泛應用于生物科技及生命科學(xué)等領(lǐng)域中。
四）減振抑振
振動(dòng)是很多機械系統中需要避免或消除的，如航空航天、汽車(chē)行業(yè)等。在振動(dòng)監測系統中監測到振動(dòng)時(shí)，通過(guò)給壓電促動(dòng)器施加電信號，使壓電促動(dòng)器產(chǎn)生與振動(dòng)方向相反的位移，從而抵消振動(dòng)。
五）硬度測試
封裝陶瓷的外徑越大，其最大出力越大，外徑VS45的封裝陶瓷最大出力可達50000N。硬度測試主要是利用壓電陶瓷的大出力，對被測物體進(jìn)行硬度測試。
六）3D端面檢測
目前光纖端面檢測，常用的方式是光學(xué)干涉來(lái)進(jìn)行測量。光學(xué)干涉就是根據相干光在空間相遇時(shí)，在某些區域始終增強，在某些區域始終減弱，形成穩定的強弱分布。3D干涉儀系統就是根據這個(gè)原理設計的。CCD攝像頭上可以觀(guān)察到干涉條紋，芯明天壓電促動(dòng)器用于移動(dòng)干涉物鏡以產(chǎn)生位相移動(dòng)，CCD攝像頭測得的圖像經(jīng)圖像卡傳送到計算機進(jìn)行解析處理。就可以得到需要的測量結果。每移動(dòng)一步后由CCD攝像頭讀取干涉條紋，根據干涉條紋的分布計算出端面形狀。
八、壓電促動(dòng)器安裝操作說(shuō)明
一）安全指南
壓電促動(dòng)器采用先進(jìn)的技術(shù)和安全標準設計而成，為了您的自身安全及產(chǎn)品的正確使用，使用時(shí)請注意以下幾點(diǎn)。
溫度改變和壓力都會(huì )給壓電促動(dòng)器充電，與控制器斷開(kāi)連接的一段時(shí)間壓電促動(dòng)器也會(huì )保持帶電狀態(tài)，所以操作者在使用時(shí)要注意：
·不要擅自拆卸壓電促動(dòng)器；
·在安裝以前給壓電促動(dòng)器進(jìn)行放電，這個(gè)可以通過(guò)和控制器連接實(shí)現；
·在操作過(guò)程中不要拔出控制器；
·使用前首先檢查本產(chǎn)品的連接線(xiàn)是否完好，產(chǎn)品及控制器是否進(jìn)行了有效的接地保護，操作過(guò)程中應嚴格規范操作，上電后不要用手觸碰產(chǎn)品(最高可達1000V以上電壓)，以防發(fā)生危險。
為了防止不當操作對產(chǎn)品造成損壞，使用時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：
·壓電促動(dòng)器盡量在無(wú)塵、無(wú)油、無(wú)潤滑劑的環(huán)境中使用；
·建議負載不要超過(guò)本產(chǎn)品的承載能力，裝載時(shí)注意扭力不要過(guò)大，不要撬或扭轉負載面，以免損傷結構；
·當出現異常情況應該立即關(guān)閉相關(guān)部分；
·低壓促動(dòng)器長(cháng)期使用建議使用電壓為0~120V；
·HPSt500高壓促動(dòng)器長(cháng)期使用建議使用電壓為0~400V；
·PSt1000和HPSt1000高壓促動(dòng)器長(cháng)期使用建議使用電壓為0~800V；
·請勿對產(chǎn)品進(jìn)行拆解，以免造成產(chǎn)品損壞；
·避免拉伸和彎曲電纜接口，防止對電纜造成損壞；
·使用我公司提供的專(zhuān)用電纜連接壓電促動(dòng)器和控制器；
·不能隨便使用電纜延長(cháng)線(xiàn)，如需要更長(cháng)電纜請聯(lián)系我司銷(xiāo)售人員。
二）安裝與注意事項
安裝前首先要進(jìn)行安全檢查，如連接線(xiàn)有無(wú)破損、斷線(xiàn)，驅動(dòng)電源有無(wú)接地保護等。
壓電促動(dòng)器安裝步驟如下：
1)固定安裝前先清潔安裝平面；
2)連接負載，要求負載不要超過(guò)運動(dòng)臺所能承受的最大負載，注意安裝時(shí)用扳手夾住夾持面，請參照樣冊上的每個(gè)產(chǎn)品的尺寸選擇合適的連接形式；安裝負載前，請先用鉗子夾住豁口，再進(jìn)行負載的安裝，防止移動(dòng)端旋轉對內部壓電陶瓷造成扭力，破壞內部壓電陶瓷。
3)將封裝陶瓷安裝在測量平臺上或通過(guò)光學(xué)平臺轉接座固定安裝在測量平面上，請根據結構尺寸圖選擇合適螺栓進(jìn)行固定安裝，注意安裝時(shí)用扳手夾住夾持平面，這樣可以避免安裝時(shí)產(chǎn)生扭矩，避免對陶瓷造成損害；
4)將產(chǎn)品連接線(xiàn)與控制器連接起來(lái)；
5)如有不清楚的地方請聯(lián)系我們。
安裝示意圖
為了防止促動(dòng)器在使用過(guò)程中損壞，需要注意以下幾點(diǎn)：
·不要使用超過(guò)參數表規定的電壓范圍來(lái)驅動(dòng)壓電驅動(dòng)器。
·不要跌落壓電陶瓷、避免任何形式的機械撞擊。
·有預緊力的壓電促動(dòng)器可以承受一定拉力(并不是壓電促動(dòng)器收縮產(chǎn)生)，但是不能承受剪切力、扭矩和彎矩。這些情況可能會(huì )對促動(dòng)器內部的壓電陶瓷產(chǎn)生損壞?？梢酝ㄟ^(guò)球頭或者適當的導向機構去除剪切、扭矩和彎矩。
避免受到剪切力和扭矩
避免受到彎矩
球頭或者柔性鉸鏈避免剪切力、扭矩和彎矩
注：抗扭矩壓電促動(dòng)器可承受一定扭矩。
