Cómo funcionan los motores piezoeléctricos

En la actualidad, cada vez más usuarios eligen este producto para reemplazar los productos tradicionales de posicionamiento de motores debido a su pequeño tamaño y grandes ventajas. Hay tres motores piezoeléctricos de uso común en el mercado: motores piezoeléctricos stick-slip; motores piezoeléctricos paso a paso y motores piezoeléctricos ultrasónicos o de vibración.

1. Introducción al principio del motor piezoeléctrico

1) Motor piezoeléctrico stick-slip

Se explica el principio de funcionamiento del motor piezoeléctrico stick-slip. Los motores piezoeléctricos stick-slip se componen principalmente de cojinetes, deslizadores (partes móviles), contactos y un controlador piezoeléctrico fijado en un extremo. La longitud de las cerámicas piezoeléctricas se hace más larga o más corta a medida que cambia el voltaje aplicado. Debido a la fricción entre el control deslizante y el punto de contacto, el control deslizante se mueve a medida que la cerámica piezoeléctrica se deforma, como se muestra en la segunda imagen de la Figura 1. Este proceso también se llama período de viscosidad. Cuando la cerámica piezoeléctrica se deforma, se aplica un voltaje que disminuye rápidamente para restaurar rápidamente la cerámica piezoeléctrica a su estado original. Como se muestra en la tercera imagen de la Figura 1, esta etapa también se llama etapa de deslizamiento, porque el control deslizante inercial permanece estacionario y la cerámica piezoeléctrica regresa al estado inicial, lo que también resulta en un desplazamiento neto del control deslizante. Repita las dos etapas anteriores para que la plataforma se mueva macroscópicamente.

2) Motor piezoeléctrico paso a paso

Un motor piezoeléctrico paso a paso típico consta de al menos tres actuadores piezoeléctricos, como se muestra en la Figura 2, donde A y B corresponden a El actuador se utiliza para contactar deslizador y funciona como mecanismo de sujeción. El actuador C se utiliza para trasladar el control deslizante.

Cuando están en reposo, los actuadores A y B hacen contacto con el control deslizante al mismo tiempo. Al comenzar a moverse, el actuador B se expande y A se retrae, y solo B hace contacto con el control deslizante en este momento, como se muestra en la imagen de la Figura 2. Al mismo tiempo, la deformación de C hace que el control deslizante se mueva a través del contacto entre B y el control deslizante, como se muestra en la segunda imagen de la Figura 2. Luego, el actuador A se expande y el actuador B se retrae. En este momento, solo A hace contacto con el control deslizante, como se muestra en la tercera imagen de la Figura 2, y luego la cerámica piezoeléctrica C se retrae a la posición inicial, como se muestra en la cuarta imagen de la Figura 2. Retraiga a nuevamente, expanda b y repita el estado anterior. El control deslizante generará un desplazamiento macro.

3) Motor piezoeléctrico ultrasónico

Para este tipo de motor piezoeléctrico, el movimiento del cursor se genera mediante la oscilación elíptica del punto de contacto. Como se muestra a continuación.

La imagen de la Figura 3 es la estructura principal del motor ultrasónico y la segunda imagen son los dos estados de funcionamiento del motor piezoeléctrico. El punto de contacto de la izquierda se mueve tangencialmente, la dirección del movimiento y el punto de contacto de la derecha se mueve hacia arriba y hacia abajo. Al aplicar una señal eléctrica a las cerámicas piezoeléctricas, estos dos modos se generan simultáneamente con una diferencia de fase de más o menos 90°, lo que producirá una vibración elíptica en el punto de contacto como se muestra en la imagen de la Figura 3. Además, la trayectoria del punto de contacto también puede controlarse mediante la amplitud y frecuencia de la señal de accionamiento.