ピエゾアクチュエータの電気的操作

小信号条件では、アクチュエータのピエゾセラミックの誘電損率は0.01から0.02までのオーダーになります。つまり、アクチュエータを流れる電力のうち最大で2 %が熱に変換されるということです。大信号条件では、誘電損率は著しく大きな値になる場合があります(図3)。したがって、最大動作周波数も許容動作温度に依存します。高周波数および大電圧強度では、冷却手段が必須になる場合があります。こうした用途向けに、PIセラミックでは、セラミックの温度を監視する温度センサーを内蔵したピエゾアクチュエータもご用意しています。

対称的な三角波によりピエゾアクチュエータを駆動する場合、アンプの平均電流とピーク電流の両方が関係します。アンプの最大動作周波数は以下のように推定できます。

ここに、充電時間、すなわち半周期の間アンプがI_max = 2 I_a以上の電流を供給できなければならないという2次的な条件が加わります。これが不可能な場合には、最大動作周波数を適切に下げて選択する必要があります。高いピーク電流を供給できないか、ピーク電流を十分な時間にわたり供給できないアンプについては、代わりに以下の式を計算に使用してください。

正弦波により継続的に運用する場合、データシートに記載されているアンプの有効電流または平均電流I_aが重要なパラメーターになります。規定の環境条件では、平均電流は無期限に保証されます。

正弦波の単一パルスが短時間だけ供給される場合には、以下の式を使用できます。

ピエゾアクチュエータは、最速で共振周波数の周期の1/3の時間で変位することができます。応答時間をマイクロ秒台に、加速度を10,000 g以上にすることは可能ですが、ピエゾアンプのピーク電流をきわめて大きくする必要があります。これにより、噴射バルブ、油圧バルブ、スイッチングリレー、光学的スイッチ、補償光学などのスイッチング用途を実現できます。

一定電流での充電プロセスでは、以下の式からパルスモード動作の最小立ち上がり時間を求めることができます。