電磁輔助壓電致動器設計開發與性能測試研究

魏小華, 鄭凌晨,2

(1. 衢州職業技術學院 機電工程學院,浙江 衢州 324000;2. 浙江理工大學 機械與自動控制學院,浙江 杭州 310018)

1 引 言

在近代的精密科技中,壓電技術和電磁技術常被使用于納米級的高精度定位裝置中,以達到驅動的目的。電磁式致動器出力大、速度快,且可驅動的位移量可達到毫米量級,遠大于壓電致動器;但使用時由于溫度飄移的關系,使電流不易控制,而且位移分辨率比壓電致動器低的多。壓電技術相較于電磁技術,具有無電磁效應的優點,可以使用在對電磁波干擾敏感的醫療環境,且易于小型化,當尺寸較小時,其輸出力與效率相對較高。

以壓電技術構成的精密定位裝置,一般是使用具有電容特性的壓電元件來做為能量轉換單元。當此電容器被施以電壓,進行充電和放電時,會產生變形,且施加于壓電元件的電壓量與壓電元件所產生的變形量幾乎形成正比關系,利用壓電元件所產生的變形量約可達到其長度的1‰。經過巧妙設計后的壓電致動器可達到數微米的行程長度,這種同時具有高剛性與納米尺度特性的壓電致動器[1],對于納米級需求的近代精密工程而言是非常必要的工具,在許多實際應用中期望致動器具備更長的驅動行程。

Bonard J M等[2]設計出一種新型致動器,用來協助掃描式電子顯微鏡(SEM)的樣本定位,壓電元件負責致動器的位移,其步進分辨率可達 7.0 μm,速度最高為1.16 mm/s;但由于線圈產生的磁場會干擾SEM的電子束產生偏移,從而影響分辨率。……