محركات بيزو، محركات ملف صوتي، مراحل المحرك الخطي.

عندما نتحدث عن الحركة الخطية، فإننا عادةً ما نناقش التطبيقات التي لا تقل فيها مسافة الحركة عن بضع مئات من المليمترات، ويكون التموضع المطلوب في نطاق بضعة أعشار من المليمتر. ولتلبية هذه المتطلبات، تُعد الأدلة والمحركات المزودة بمحامل إعادة تدوير خيارًا مثاليًا. على سبيل المثال: يبلغ انحراف السلك في مسمار كروي شائع من الفئة 5 26 ميكرونًا لكل 300 مم من الحركة. ولكن عندما يتطلب التطبيق التموضع في نطاق النانومتر - جزء من مليار من المتر - يتعين على المهندسين النظر إلى ما هو أبعد من عناصر الدرفلة الميكانيكية وإعادة التدوير لتحقيق الدقة المطلوبة.

أكثر ثلاثة حلول حركة خطية شيوعًا لتحديد المواقع النانوية هي المحركات الكهرضغطية، ومحركات الملفات الصوتية، ومراحل المحركات الخطية. آلية التشغيل في كلٍّ من هذه الحلول خالية تمامًا من عناصر التدحرج أو الانزلاق الميكانيكية، ويمكن ربطها بمحامل هوائية لضمان دقة ووضوح عاليين في تحديد المواقع.

مشغلات بيزو

تستفيد محركات بيزو (المعروفة أيضًا باسم محركات بيزو) من التأثير الكهرضغطي العكسي لإنتاج الحركة والقوة. هناك العديد من أنماط محركات بيزو، ولكن هناك نوعان شائعان لتحديد المواقع النانوية هما المحرك الخطي الخطي والمحرك فوق الصوتي الخطي. تستخدم محركات بيزو الخطية الخطية عدة عناصر بيزو مثبتة في صف واحد تعمل كأزواج من "الأرجل". عند تطبيق شحنة كهربائية، يمسك زوج من الأرجل بقضيب طولي عن طريق الاحتكاك ويحركه للأمام مع امتداد الأرجل وانحناءها. عندما يتحرر هذا الزوج من الأرجل، يتولى الزوج التالي زمام الأمور. من خلال التشغيل بترددات عالية للغاية، تنتج محركات بيزو الخطية الخطية حركة خطية مستمرة بضربات تصل إلى 150 مم وبدقة بيكومتر.

تعتمد محركات البيزو الخطية بالموجات فوق الصوتية على صفيحة كهرضغطية. عند تطبيق شحنة كهربائية على الصفيحة، تُثار عند تردد رنينها، مما يؤدي إلى تذبذبها. تُنتج هذه التذبذبات موجات فوق صوتية في الصفيحة. يُثبت وصلة (أو دافع) على الصفيحة، ويُحمّل مسبقًا على قضيب طولي (يُسمى أيضًا عداء). تُسبب الموجات فوق الصوتية تمدد الصفيحة وتقلصها بشكل بيضاوي، مما يُمكّن الوصلة من دفع القضيب للأمام وإنتاج حركة خطية. يمكن لمحركات البيزو الخطية بالموجات فوق الصوتية تحقيق دقة تتراوح بين 50 و80 نانومتر، مع أقصى مسافة حركة تُشبه محركات السائر الخطية، تتراوح بين 100 و150 مم.

مشغلات الملف الصوتي

تُعدّ مُشغّلات الملفات الصوتية حلاً آخر لتطبيقات تحديد المواقع النانوية. وكما هو الحال في المحركات الخطية، تستخدم مُشغّلات الملفات الصوتية مجالًا مغناطيسيًا دائمًا ولفيفة ملف. عند تطبيق تيار كهربائي على الملف، تتولد قوة (تُعرف بقوة لورنتز). ويُحدَّد مقدار هذه القوة بضرب التيار في التدفق المغناطيسي.

تُسبب هذه القوة حركة الجزء المتحرك (الذي قد يكون المغناطيس أو الملف) بتوجيه من محامل هوائية أو شرائح أسطوانية متقاطعة. يمكن لمشغلات الملفات الصوتية تحقيق دقة تصل إلى 10 نانومتر، بأطوال ضربات تصل عادةً إلى 30 مم، مع توفر بعضها بأطوال ضربات تصل إلى 100 مم.

مراحل المحرك الخطي

عند الحاجة إلى دقة نانومترية في أشواط أطول، عادةً ما تكون مراحل المحرك الخطي المزودة بمحامل هوائية الخيار الأمثل. في حين أن محركات البيزو والملفات الصوتية محدودة الحركة، يمكن تصميم المحركات الخطية لحركة تصل إلى عدة أمتار. استخدام المحامل الهوائية كنظام توجيه يجعل مرحلة المحرك الخطي غير تلامسية تمامًا، دون أي عناصر نقل ميكانيكية أو احتكاك يؤثر على دقة الحركة وتحديد الموقع. في الواقع، يمكن لمراحل المحرك الخطي المزودة بمحامل هوائية تحقيق دقة نانومترية واحدة.

الجانب السلبي لمراحل المحركات الخطية في تطبيقات تحديد المواقع النانوية هو حجمها، الذي يفوق بكثير حجم محركات البيزو أو الملفات الصوتية. ورغم صعوبة دمجها في الأجهزة الصغيرة، إلا أنها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب شوطًا طويلًا نسبيًا ودقة عالية، مثل التصوير الطبي.