壓電促動器的命名由它的驅(qū)動動力源及其功能相結(jié)合而來的。“壓電”指的是它的驅(qū)動源，即利用PZT壓電陶瓷來作為驅(qū)動源從而產(chǎn)生運動；而“促動器”則是它的功能，它的移動端可以產(chǎn)生促動的作用，即用來帶載物體進(jìn)行微位移調(diào)節(jié)。壓電促動器是將PZT壓電陶瓷進(jìn)行加載預(yù)緊力，并進(jìn)行金屬殼體封裝，同時，配備有機械固定安裝接口與負(fù)載安裝接口。

通常情況下，壓電促動器自身就可以帶動負(fù)載進(jìn)行微位移調(diào)節(jié)，其運動端的螺紋孔或桿，可直接與負(fù)載連接。當(dāng)然，它也可以驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)，再由機械結(jié)構(gòu)完成運動調(diào)節(jié)。

與壓電陶瓷疊堆相比，壓電促動器有哪些優(yōu)點？

可承受一定拉力，壓電陶瓷不可承受拉力；

可用于動態(tài)應(yīng)用，無預(yù)緊力的壓電陶瓷不可動態(tài)使用；

金屬封裝保護(hù)，操作可靠性更高；

機械接口，安裝更方便，無需粘接；

壓電促動器的種類

直線壓電促動器可根據(jù)外徑或出力分為多個系列，如VS9、VS10、VS12、VS15、VS20、VS22、VS35、VS45等，VS后面的數(shù)字即代表壓電促動器的直徑，直徑越大，出力越高。

而根據(jù)壓電促動器的驅(qū)動電壓范圍，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(jù)其形狀，又可分為柱形、環(huán)形壓電促動器。

而根據(jù)是否配置傳感器，壓電促動器又分為開環(huán)（無定位反饋傳感器）和閉環(huán)（集成定位反饋傳感器）版本。開環(huán)下，它的分辨率是無限高的，只受控制設(shè)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(fù)性和穩(wěn)定性較低。但閉環(huán)版本壓電促動器，可消除遲滯和蠕變。

直驅(qū)機構(gòu)壓電促動器介紹

直驅(qū)機構(gòu)壓電促動器又叫封裝式壓電陶瓷促動器，它非常適于集成到定制型運動設(shè)備，提供納米級分辨率，行程可達(dá)260微米，微秒級響應(yīng)時間，且外形殼體非常緊湊。封裝式壓電陶瓷促動器集成高可靠性、疊堆式、低壓/高壓PZT壓電陶瓷，外部由柱形不銹鋼外殼保護(hù)。較高的內(nèi)部機械預(yù)載力可適用于高負(fù)載、高動態(tài)應(yīng)用。封裝式壓電陶瓷促動器可產(chǎn)生的出力達(dá)50000N，使其非常適于機床、主動振動絕緣或自適應(yīng)力學(xué)。封裝式壓電陶瓷促動器的小體積、高諧振頻率的特點又使其非常適于掃描顯微、激光調(diào)諧、光束偏轉(zhuǎn)、膜片鉗或干涉移相等應(yīng)用。

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一、基本結(jié)構(gòu)

壓電促動器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它的內(nèi)部集成PZT壓電陶瓷，外部封裝金屬殼體，上端為移動端，用于安裝負(fù)載；下端帶螺紋底座，用于壓電促動器自身的固定安裝。

二、移動端轉(zhuǎn)接方式

壓電促動器的移動端可選擇多種類型，標(biāo)準(zhǔn)類型包括平頭、球頭、內(nèi)螺紋、外螺紋等，也可根據(jù)用戶的機械接口進(jìn)行定制。

三、熱穩(wěn)定可選

選擇熱穩(wěn)定裝置可提高2~3倍功率，實現(xiàn)大行程高頻運動。

壓電促動器在高頻動態(tài)使用時，會產(chǎn)生大量的熱量，熱穩(wěn)定版本采用高導(dǎo)熱金屬材料殼體，并可選配散熱片，增強熱量快速導(dǎo)出能力。

四、產(chǎn)品定制

芯明天可針對用戶的應(yīng)用環(huán)境，對壓電促動器進(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(biāo)品參數(shù)

一）柱形壓電促動器

柱形壓電陶瓷促動器是通過將方形壓電陶瓷疊堆封裝于內(nèi)部，外部由柱形不銹鋼外殼保護(hù)，并通過機械外殼對壓電陶瓷疊堆施加預(yù)緊力，較高的內(nèi)部機械預(yù)載力可適用于高負(fù)載、高動態(tài)應(yīng)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系列柱形壓電促動器

· 200N出力 · 0~150V驅(qū)動

2）VS10系列柱形壓電促動器

· 550N出力 · 0~150V驅(qū)動

3）VS12系列柱形壓電促動器

· 1200N出力 · 0~150V驅(qū)動

4）VS15系列柱形壓電促動器

· 2300N出力 · 0~150V驅(qū)動

5）VS20系列柱形壓電促動器

· 4700N出力 · 0~150V驅(qū)動

6）VS25系列柱形壓電促動器

· 7300N出力 · 0~150V驅(qū)動

二）環(huán)形壓電陶瓷促動器

環(huán)形壓電陶瓷促動器內(nèi)部是由環(huán)形壓電陶瓷疊堆驅(qū)動，中心具有通孔。底部由螺紋固定，頂端為外螺紋。并且，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品配有鏡片固定帽，利于鏡片的安裝，可應(yīng)用于光學(xué)定位系統(tǒng)。

1）VS22系列環(huán)形壓電促動器

· 3000N出力 · 0~150V驅(qū)動

2）VS35系列環(huán)形壓電促動器

· 5300N出力 · 0~150V驅(qū)動

三）殼體外螺紋壓電陶瓷促動器

殼體外螺紋壓電促動器，是機械封裝殼體外帶有螺紋的柱形壓電促動器，方便與外部機械結(jié)構(gòu)安裝固定，主要應(yīng)用于光束偏轉(zhuǎn)、光路調(diào)整、鏡片調(diào)節(jié)架或需要通過外螺紋進(jìn)行安裝的直線、角度運動應(yīng)用等。為了獲得更大的剛度，外螺紋式壓電促動器采用了鎖緊螺母。

1）M14殼體外螺紋壓電促動器

· 1200N出力 · 0~150V驅(qū)動

2）M22殼體外螺紋壓電促動器

· 4700N出力 · 0~150V驅(qū)動

四）抗扭力壓電陶瓷促動器

抗扭力壓電陶瓷促動器，可抵抗在安裝負(fù)載鎖緊加固過程對內(nèi)部壓電陶瓷造成的旋轉(zhuǎn)扭力，從而避免造成壓電陶瓷的損壞。VT系列抗扭力促動器的結(jié)構(gòu)緊湊，非常易于集成。特殊的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計使其在承載、行程、動態(tài)及外形尺寸等都進(jìn)行了優(yōu)化。它的內(nèi)部驅(qū)動元件為高性能長壽命壓電促動器。直徑分14mm及17mm等類型，出力可達(dá)1200N，位移行程可達(dá)95μm。

1）VT14抗扭力壓電促動器

· 1200N出力 · 0~150V驅(qū)動

2）VT17抗扭力壓電促動器

· 1200N出力 · 0~150V驅(qū)動

五）收縮型壓電陶瓷促動器

收縮型壓電陶瓷促動器是指在施加電壓后可產(chǎn)生收縮運動位移的壓電陶瓷促動器。該收縮型壓電陶瓷促動器具有納米級步進(jìn)分辨率，可提供毫秒甚至亞毫秒的快速響應(yīng)。

M25系列收縮型壓電促動器

· 2000N拉力 · 0~200V驅(qū)動

六、歷史定制案例展示

一）定制真空、低溫、無磁版

二）定制移動端

三）定制安裝接口/螺紋

四）定制電連接裸線

五）定制鏡片安裝

六）定制抗扭力環(huán)形壓電促動器

七）定制特殊環(huán)境、功率等

七、產(chǎn)品應(yīng)用

芯明天壓電促動器的高精度、大出力以及快速響應(yīng)的特點使其在機械系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

一）超導(dǎo)腔調(diào)諧

通過諧振器在軸向拉伸超導(dǎo)腔，改變加速間隙的大小，控制超導(dǎo)腔的頻率。通過機械調(diào)諧進(jìn)行頻率的粗調(diào)后，當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率接近所需要的頻率時，通過壓電陶瓷促動器對頻率進(jìn)行微調(diào)。利用的是壓電陶瓷促動器的大出力、微位移的特性。

二）微細(xì)電火花加工

采用微細(xì)電火花加工微小孔過程中會產(chǎn)生很多碎屑，這會嚴(yán)重影響電火花加工的精準(zhǔn)度及加工速度。設(shè)備中采用壓電促動器，利用其微納米級位移、高頻振動、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(dǎo)屑作用。

三）細(xì)胞穿透

細(xì)胞的尺寸一般只有幾個微米大小，甚至更小。在研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)或病理實驗中，需要將探針準(zhǔn)確的送入細(xì)胞內(nèi)部。而壓電促動器可做納米級精確移動，它可帶動探針或樣品細(xì)胞做納米級微運動，將探針準(zhǔn)確的送入細(xì)胞內(nèi)部，又不損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)，已被廣泛應(yīng)用于生物科技及生命科學(xué)等領(lǐng)域中。

四）減振抑振

振動是很多機械系統(tǒng)中需要避免或消除的，如航空航天、汽車行業(yè)等。在振動監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測到振動時，通過給壓電促動器施加電信號，使壓電促動器產(chǎn)生與振動方向相反的位移，從而抵消振動。

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(dá)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)干涉來進(jìn)行測量。光學(xué)干涉就是根據(jù)相干光在空間相遇時，在某些區(qū)域始終增強，在某些區(qū)域始終減弱，形成穩(wěn)定的強弱分布。3D干涉儀系統(tǒng)就是根據(jù)這個原理設(shè)計的。CCD攝像頭上可以觀察到干涉條紋，芯明天壓電促動器用于移動干涉物鏡以產(chǎn)生位相移動，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(jié)果。每移動一步后由CCD攝像頭讀取干涉條紋，根據(jù)干涉條紋的分布計算出端面形狀。

八、壓電促動器安裝操作說明

一）安全指南

壓電促動器采用先進(jìn)的技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計而成，為了您的自身安全及產(chǎn)品的正確使用，使用時請注意以下幾點。

溫度改變和壓力都會給壓電促動器充電，與控制器斷開連接的一段時間壓電促動器也會保持帶電狀態(tài)，所以操作者在使用時要注意：

· 不要擅自拆卸壓電促動器；

· 在安裝以前給壓電促動器進(jìn)行放電，這個可以通過和控制器連接實現(xiàn)；

· 在操作過程中不要拔出控制器；

· 使用前首先檢查本產(chǎn)品的連接線是否完好，產(chǎn)品及控制器是否進(jìn)行了有效的接地保護(hù)，操作過程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范操作，上電后不要用手觸碰產(chǎn)品（最高可達(dá)1000V以上電壓），以防發(fā)生危險。

為了防止不當(dāng)操作對產(chǎn)品造成損壞，使用時應(yīng)注意以下幾點：

· 壓電促動器盡量在無塵、無油、無潤滑劑的環(huán)境中使用；

· 建議負(fù)載不要超過本產(chǎn)品的承載能力，裝載時注意扭力不要過大，不要撬或扭轉(zhuǎn)負(fù)載面，以免損傷結(jié)構(gòu)；

·當(dāng)出現(xiàn)異常情況應(yīng)該立即關(guān)閉相關(guān)部分；

·低壓促動器長期使用建議使用電壓為0~120V；

·HPSt500高壓促動器長期使用建議使用電壓為0~400V；

·PSt1000和HPSt1000高壓促動器長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用電纜連接壓電促動器和控制器；

· 不能隨便使用電纜延長線，如需要更長電纜請聯(lián)系我司銷售人員。

二）安裝與注意事項

安裝前首先要進(jìn)行安全檢查，如連接線有無破損、斷線，驅(qū)動電源有無接地保護(hù)等。

壓電促動器安裝步驟如下：

1）固定安裝前先清潔安裝平面；

2）連接負(fù)載，要求負(fù)載不要超過運動臺所能承受的最大負(fù)載，注意安裝時用扳手夾住夾持面，請參照樣冊上的每個產(chǎn)品的尺寸選擇合適的連接形式；安裝負(fù)載前，請先用鉗子夾住豁口，再進(jìn)行負(fù)載的安裝，防止移動端旋轉(zhuǎn)對內(nèi)部壓電陶瓷造成扭力，破壞內(nèi)部壓電陶瓷。

3）將封裝陶瓷安裝在測量平臺上或通過光學(xué)平臺轉(zhuǎn)接座固定安裝在測量平面上，請根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸圖選擇合適螺栓進(jìn)行固定安裝，注意安裝時用扳手夾住夾持平面，這樣可以避免安裝時產(chǎn)生扭矩，避免對陶瓷造成損害；

4）將產(chǎn)品連接線與控制器連接起來；

5）如有不清楚的地方請來電咨詢我們。

為了防止促動器在使用過程中損壞，需要注意以下幾點：

? 不要使用超過參數(shù)表規(guī)定的電壓范圍來驅(qū)動壓電驅(qū)動器。

? 不要跌落壓電陶瓷、避免任何形式的機械撞擊。

? 有預(yù)緊力的壓電促動器可以承受一定拉力（并不是壓電促動器收縮產(chǎn)生），但是不能承受剪

切力、扭矩和彎矩。這些情況可能會對促動器內(nèi)部的壓電陶瓷產(chǎn)生損壞?？梢酝ㄟ^球頭或者

適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向機構(gòu)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：抗扭矩壓電促動器可承受一定扭矩。

　　審核編輯：湯梓紅