Qu’est-ce qu’un actionneur piézoélectrique ?
Un actionneur piézoélectrique est un type d’actionneur qui utilise des éléments piézoélectriques pour convertir l’énergie électrique, telle que la tension de sortie d’un circuit intégré ou d’un autre dispositif, en énergie cinétique physique, telle qu’un mouvement linéaire ou une déformation.
En utilisant des éléments piézoélectriques intégrés, également appelés éléments piézoélectriques, l’énergie électrique peut être convertie en énergie mécanique physique. Les actionneurs piézoélectriques utilisent généralement la déformation de céramiques piézoélectriques, de sorte qu’ils ne génèrent pas de bruit électromagnétique par rapport à d’autres actionneurs et se caractérisent par leur précision extrêmement élevée et leur vitesse de réponse rapide.
Une autre caractéristique importante est qu’ils ne nécessitent pas de bobines pour l’entraînement et qu’ils peuvent être compacts. En raison de leur faible consommation d’énergie, les actionneurs piézoélectriques sont utilisés dans des équipements de précision tels que les appareils photo numériques et les terminaux mobiles, où la miniaturisation est nécessaire.
Utilisations des actionneurs piézoélectriques
Les actionneurs piézoélectriques sont utilisés dans tous les domaines, des produits industriels aux appareils électriques familiers, en particulier dans les équipements de précision. Ils sont utilisés dans une large gamme d’utilisations, tirant parti de caractéristiques telles que la possibilité de miniaturisation, la vitesse de réponse élevée et la faible consommation d’énergie.
Parmi les exemples spécifiques d’utilisations, on peut citer les équipements de précision tels que les appareils photo reflex, les supports de stockage tels que les disques durs, les imprimantes à jet d’encre, les équipements médicaux et les produits industriels.
Principe des actionneurs piézoélectriques
Le principe des actionneurs piézoélectriques réside dans l’utilisation d’un phénomène physique connu sous le nom d’effet piézoélectrique inverse, dans lequel une force ou une distorsion est générée par l’utilisation d’un champ électrique à un cristal, ce qui est une caractéristique des matériaux piézoélectriques, et dans l’utilisation du déplacement précis des matériaux piézoélectriques en tant que composants mécaniques par le biais d’une commande électrique.
Les céramiques piézoélectriques utilisées dans les actionneurs piézoélectriques ont été conçues techniquement de manière à ce que de grands déplacements puissent être obtenus avec une petite tension d’entraînement grâce à l’effet piézoélectrique inverse. En particulier, en réduisant l’épaisseur du substrat céramique, la tension d’entraînement de l’actionneurs piézoélectriques peut être réduite à une tension relativement faible.
Autres informations sur les actionneurs piézoélectriques
1. Comparaison avec les actionneurs électromagnétiques
Les actionneurs électromagnétiques sont des actionneurs classiquement utilisés, mais comparés aux actionneurs piézoélectriques, ils présentent les avantages suivants :
- Un grand déplacement peut être assuré.
- Une tension d’entraînement plus faible peut être facilement obtenue.
Cependant, les actionneurs électromagnétiques nécessitent des bobines électromagnétiques, ce qui les rend difficiles à miniaturiser, et ils n’égalent pas les actionneurs piézoélectriques en termes de précision de déplacement, de contrôlabilité et de faible consommation d’énergie en tant qu’actionneurs. Actuellement, les actionneurs électromagnétiques sont utilisés dans les parties mécaniques des produits industriels conventionnels, relativement grands, et des systèmes d’équipement, tandis que les actionneurs piézoélectriques sont utilisés dans des domaines où la précision, la compacité et la faible consommation d’énergie sont importantes.
2. Hystérésis des actionneurs piézoélectriques
En principe, les actionneurs piézoélectriques peuvent être contrôlés au niveau du nano-ordre, mais ils présentent en fait un problème appelé hystérésis (phénomène historique). L’hystérésis est le phénomène par lequel le déplacement de l’actionneur (= volume de course) n’est pas parfaitement proportionnel à la tension de commande.
Dans les actionneurs piézoélectriques, le volume de la course par rapport à la tension appliquée est courbé, et les courbes ne correspondent pas lorsque la tension appliquée est augmentée et diminuée. Pour compenser cela, il est nécessaire d’utiliser un mécanisme de positionnement externe de haute précision (par exemple, des jauges de contrainte), et il existe un certain nombre de composants de précision qui utilisent le retour de positionnement des jauges avec des ASIC pour contrôler l’amplitude de la course avec une grande précision.
3. Développement d’utilisations de récolte d’énergie
Les éléments piézoélectriques sont également considérés pour le développement d’utilisations de production d’énergie, où l’énergie électrique, telle que la tension, est générée à partir d’un déplacement mécanique. En raison de l’intérêt croissant pour les questions environnementales représentées par les récents ODD, la recherche et le développement sont menés pour étudier les utilisations de production d’énergie à l’aide du déplacement mécanique et des vibrations appliquées aux actionneurs piézoélectriques basés sur des éléments piézoélectriques.
Cette technologie est appelée récolte d’énergie (production d’énergie environnementale) et, outre l’énergie vibratoire, la lumière, la chaleur et les ondes électromagnétiques retiennent également l’attention. La production d’énergie par vibration est également développée pour être utilisée dans les étiquettes de communication sans fil et d’autres utilisations, où la technologie des actionneurs piézoélectriques est appliquée.