堆棧執(zhí)行器的基礎(chǔ)知識(shí)

壓電材料是在變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷的材料，或者相反，它們?cè)趲щ姇r(shí)會(huì)產(chǎn)生變形。后者是逆壓電響應(yīng)和負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)。

執(zhí)行器本質(zhì)上是一個(gè)電動(dòng)機(jī)或運(yùn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，通常是線性的，范圍有限。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，壓電陶瓷促動(dòng)器將產(chǎn)生線性位移，并且該位移也能夠施加力，因此促動(dòng)器能夠做功。可以施加的力的大小取決于促動(dòng)器的橫截面積。

壓電器件可以產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)量等于施加的電壓量乘以 d33 或壓電電系數(shù)。這個(gè)壓電系數(shù) d33 是壓電材料的品質(zhì)因數(shù)，與材料將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率有關(guān)。請(qǐng)注意，此運(yùn)動(dòng)不取決于壓電元件的尺寸。因此，當(dāng)將壓電陶瓷元件堆疊在一起時(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)量會(huì)產(chǎn)生乘法效應(yīng)。但是，可以施加的電壓量將取決于材料和每個(gè)元件的厚度。在相同的外加電壓下，一組 2 個(gè)壓電元件的移動(dòng)將是單個(gè)壓電元件的兩倍，而一組 3 個(gè)壓電元件的移動(dòng)將是具有相同外加電壓的單個(gè)元件的 3 倍，依此類推。這是多層致動(dòng)器的基礎(chǔ)。

多層促動(dòng)器本質(zhì)上是許多堆疊的壓電材料層協(xié)同作用。有低壓執(zhí)行器，通常在高達(dá) 200 伏的電壓下運(yùn)行，也有高壓執(zhí)行器，工作電壓高達(dá) 1000 伏。

低壓致動(dòng)器是共燃的多層致動(dòng)器。這些具有非常薄的陶瓷層，這些陶瓷層是通過(guò)鑄造陶瓷/有機(jī)漿料形成膠帶制成的，干燥，用薄的貴金屬電極（通常是銀鈀電極）電極，電極帶堆疊、層壓并燒成致密的陶瓷/電極封裝。將燒制的包裝切割成一定尺寸，露出電極并進(jìn)行電氣連接。通過(guò)施加直流磁場(chǎng)來(lái)激活壓電材料，并涂覆保護(hù)絕緣涂層，從而對(duì)電堆進(jìn)行極化。

高壓致動(dòng)器由離散的燒結(jié)、極化陶瓷盤(pán)、環(huán)或板構(gòu)成，陶瓷之間交錯(cuò)著薄金屬葉電極。該設(shè)備使用優(yōu)質(zhì)粘合劑粘合在一起。這些堆棧執(zhí)行器通常封裝在金屬外殼中，并施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力。這些促動(dòng)器的其他選項(xiàng)可以是專門(mén)為管理運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量而設(shè)計(jì)的外殼，或者包括壓電疊層促動(dòng)器的位置感應(yīng)可能性。

壓電陶瓷促動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)約為 100 微米，支持 7 kN/cm2 的負(fù)載。因此，必須了解壓電陶瓷促動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，以確保與傳統(tǒng)電機(jī)相比，它們是應(yīng)用的正確選擇。

與傳統(tǒng)電機(jī)相比，壓電電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：快速響應(yīng)無(wú)延遲，非常高的加速度，非常高的發(fā)電量，緊湊的設(shè)計(jì)，高機(jī)械功率密度，僅在產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗電力，在真空和低溫條件下運(yùn)行，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，不受磁場(chǎng)的影響。

安裝壓電陶瓷促動(dòng)器時(shí)必須注意，所有施加在促動(dòng)器上的應(yīng)力都是軸向的，并且是純粹的壓應(yīng)力。壓電陶瓷促動(dòng)器可以設(shè)計(jì)有各種端件，以確保適當(dāng)?shù)呢?fù)載。

壓電陶瓷促動(dòng)器的應(yīng)用包括用于通信的光纖調(diào)制、精確定位設(shè)備、比例閥、電氣開(kāi)關(guān)、微型泵、噴墨打印機(jī)和防振設(shè)備。

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低壓壓電堆棧執(zhí)行器（最大 150 V）