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常见问题:什么是压电元素和压电电机?

经过丽莎EITEL.|2015年5月26日

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这是一个带有Micromo的压电电机的内部。它的普遍福利是它是如何实现的直接驱动设计,消除了微型设计中的大量动力传输组件。

压电元素是陶瓷,当电力或(当受到机械负载时)输出电量时改变形状。制造商加工,并将锆石,锆石(PZT)粉末在一起,并将其烧成石英。然后它们将陶瓷与铁电材料整合以制造电极。最后,制造商将电磁场应用于压电元件以对准并偏振材料。

在18世纪后期的Pierre和Jacques Curie发现,Piezo元素被命名为希腊语新闻——piezein.Original-piezo-material-Rochelle-salt曲线发现压缩晶体酒石酸钾钠(也被称为罗谢尔盐,因为它原来的配方)产生电压…而通电的压电晶体使它变形。如今,其他不受湿度影响的压电晶体也被用于工程系统中,但目前所有压电技术所使用的是可改变形状的能力。

压电电机的类型

压电元件可以应用于无数的传感器和传感器中,其中最有名的就是压电元件。然而,一些安排的压电元件作为固态压电马达移动负荷在短距离。

最基本的压电马达通过按比例扩展到电压来产生运动。堆叠,剪切和管压电电机在这里是三种常见选项。前者产生高力,但只能为20μm左右。后者(医疗和分配应用中的常见)可以移动数毫米,但具有较少的力。

稍微复杂稍微复杂flexure-guided压电马达与运动放大器为长和直线移动。运动与驱动电压成正比;多轴阶段将项目向上移动几毫米或更多。

超声波摩擦压电电动机具有充当定子的振荡板,以通过摩擦前进滑动或转子。这些输出无限制的运动快速,有时在输入命令0.8毫秒内 - 尽管分辨率仅为60 nm左右。

这就是超声波压电电机工作的线性版本。定子板改变形状以滚动推动器并提前阶段。照片礼貌的物理仪器(PI)。

请注意,有些源代码呼叫超声波压电电机驻波压电马达为了它们输出运动的方式。具有超声波压电电机的唯一捕获是,它们对摩擦力推进滑动或转子的依赖基本限制了大约38nm的分辨率。

为了步进压电电机,制造商团块多个压电元素一起获取可以移动超过100磅的执行器设置。电机比大多数其他选项长长,它们会很快(在某些情况下0.8毫秒内)。压电步进电机还可以在呼吁下的直接压电驱动下获得拍摄镜分辨率犹豫不决.

“压电柔性平台在多个自由度上输出高带宽驱动,其控制性能越来越严格。这些驱动器…突破瑞利极限的高级显微镜;半导体光刻,追踪摩尔定律到原子尺度;硅光子学制造;基因组学分析,“Physik Instrumente的Stefan Vorndran说在最近为《设计世界》的一件作品发表的声明中。

图示是Aerotech QNP-XY系列压电纳米定位工作台,行程从100 μm到600 μm。它有更高的动力学(共振频率和刚度)比同级规模和行程。

更多关于超声波压电马达

如上所述,在超声波压电电动机中,陶瓷材料一次在几纳米上振动以将线性或旋转运动输出到550mm /秒。

电力通过电极激发压电陶瓷板(用作电动机定子)。这在一些数量的千赫兹以物质的自然频率引起振荡。板具有摩擦推动器,其沿着尖端频率沿着倾斜路径进行。通过每个振荡周期,电机进步。超声波压电电机的两个主要益处是:

1)它们是微型电动机主轴的有效替代品

2)他们使分辨率移动到50 nm

这是一个压电马达,从物理仪器(PI)移动到200毫米/秒。它有一个集成驱动程序。

更多关于步进压电马达

更长笔划的领先压电电动机选项是脚步。这些具有一系列单独的压电元素,其执行一系列扩展和收缩。每个循环仅移动几微米的连接负载...但平均为500到3,000赫兹,步骤使电机达到12毫米/秒。对于扫描应用有用,步进压电电机也可以承受外部磁场。

旋转步进压电电机循环框架固定晶体通过状态。一套水晶锁住了转子,另一套水晶推进了第三套。控制然后释放第一个晶体集并收回第三个晶体集。然后两个锁定集合返回到home。

相比之下,线性步进压电电机通过锁定和动机设置框架固定晶体套。通常一组移动,另两组锁定。这使输出平台板甚至提高到1100毫米/秒。

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了下:运动控制提示
标记:micromo.

关于作者

丽莎EITEL.

自2001年以来,Lisa Eitel在行动行业工作。她的重点领域包括电机,驱动器,运动控制,电力传输,线性运动和传感和反馈技术。她有一个B.S.在机械工程中,是Tau Beta PI工程荣誉社会的电感;妇女工程师协会的成员;和第一个机器人博客区域的法官。除了她的MotionControltips.com外,她还领导了设计世界季度运动问题的生产。

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