पीजो एक्ट्यूएटर्स, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स, रैखिक मोटर चरण।

जब हम रैखिक गति के बारे में बात करते हैं, तो हम आम तौर पर उन अनुप्रयोगों पर चर्चा करते हैं जहां यात्रा की दूरी कम से कम कुछ सौ मिलीमीटर होती है, और आवश्यक स्थिति एक मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से की सीमा में होती है। और इन आवश्यकताओं के लिए, गाइड और ड्राइव के साथ पुनरावृत्ति बीयरिंग के साथ एक अच्छा फिट है। बिंदु में मामला: एक सामान्य कक्षा 5 बॉल स्क्रू के लिए लीड विचलन 26 माइक्रोन प्रति 300 मिमी यात्रा है। लेकिन जब एप्लिकेशन नैनोमीटर रेंज में पोजिशनिंग के लिए कॉल करता है-एक मीटर का एक-बिलियन-इंजीनियर-इंजीनियर को आवश्यक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने के लिए यांत्रिक रोलिंग और रीसर्क्युलेटिंग तत्वों से परे देखना पड़ता है।

नैनोपोजिशनिंग के लिए तीन सबसे आम रैखिक गति समाधान पीजो एक्ट्यूएटर्स, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स और रैखिक मोटर चरण हैं। इन समाधानों में से प्रत्येक में ड्राइव तंत्र पूरी तरह से यांत्रिक रोलिंग या स्लाइडिंग तत्वों से मुक्त है, और उन्हें उच्च स्थिति सटीकता और संकल्प के लिए एयर बीयरिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।

पीजो एक्ट्यूएटर्स

पीजो एक्ट्यूएटर्स (जिसे पीजो मोटर्स के रूप में भी जाना जाता है) गति और बल का उत्पादन करने के लिए रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का लाभ उठाते हैं। पीजो एक्ट्यूएटर्स की कई शैलियाँ हैं, लेकिन नैनोपोजिशनिंग के लिए दो आम रैखिक स्टेपर और रैखिक अल्ट्रासोनिक हैं। रैखिक स्टेपर पीजो मोटर्स एक पंक्ति में लगे कई पीजो तत्वों का उपयोग करते हैं जो "पैरों" के जोड़े के रूप में कार्य करते हैं। जब एक विद्युत आवेश लागू किया जाता है, तो पैरों की एक जोड़ी घर्षण के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य रॉड को पकड़ती है और पैरों को बढ़ाने और मोड़ने के साथ ही इसे आगे बढ़ाती है। जब पैरों की यह जोड़ी रिलीज़ होती है, तो अगली जोड़ी ले जाती है। अत्यधिक उच्च आवृत्तियों पर चलने से, रैखिक स्टेपर पीजो मोटर्स 150 मिमी तक और पिकोमीटर-स्तरीय रिज़ॉल्यूशन के साथ स्ट्रोक के साथ निरंतर रैखिक गति का उत्पादन करते हैं।

रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स एक पीज़ोइलेक्ट्रिक प्लेट पर आधारित हैं। जब एक विद्युत आवेश प्लेट पर लगाया जाता है, तो यह इसकी अनुनाद आवृत्ति पर उत्साहित हो जाता है, जिससे यह दोलन हो जाता है। ये दोलन प्लेट में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन करते हैं। एक युग्मन (या पुशर) प्लेट से जुड़ा होता है और एक अनुदैर्ध्य रॉड (जिसे एक धावक भी कहा जाता है) के खिलाफ प्रीलोड किया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें प्लेट को एक अण्डाकार तरीके से विस्तार और अनुबंध करने का कारण बनती हैं, जिससे युग्मन को आगे बढ़ाने और रैखिक गति का उत्पादन करने में सक्षम होता है। रैखिक अल्ट्रासोनिक पीजो मोटर्स 50 से 80 एनएम के संकल्प को प्राप्त कर सकते हैं, जिसमें रैखिक स्टेपर मोटर्स के समान अधिकतम यात्रा 100 से 150 मिमी है।

आवाज कुंडल एक्ट्यूएटर्स

नैनोपोजिशनिंग एप्लिकेशन के लिए एक और समाधान वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स हैं। इसी तरह रैखिक मोटर्स के लिए, वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स एक स्थायी चुंबक क्षेत्र और एक कॉइल वाइंडिंग का उपयोग करते हैं। जब वर्तमान को कॉइल पर लागू किया जाता है, तो एक बल उत्पन्न होता है (जिसे लोरेंट्ज़ बल के रूप में जाना जाता है)। बल का परिमाण वर्तमान और चुंबकीय प्रवाह के उत्पाद द्वारा निर्धारित किया जाता है।

यह बल चलती भाग (जो कि या तो चुंबक या कॉइल हो सकता है) यात्रा करने का कारण बनता है, या तो एयर बीयरिंग या क्रॉस किए गए रोलर स्लाइड्स द्वारा प्रदान किया गया मार्गदर्शन के साथ। वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स 10 एनएम तक संकल्प प्राप्त कर सकते हैं, जिसमें स्ट्रोक आमतौर पर 30 मिमी तक के होते हैं, हालांकि कुछ 100 मिमी तक के स्ट्रोक के साथ उपलब्ध हैं।

रैखिक मोटर चरण

जब लंबे समय तक स्ट्रोक पर नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, तो एयर बीयरिंग के साथ रैखिक मोटर चरण आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होते हैं। जबकि पीजो और वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स में सीमित यात्रा क्षमताएं हैं, रैखिक मोटर्स को कई मीटर तक यात्रा के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। गाइड सिस्टम के रूप में एयर बीयरिंग का उपयोग एक रैखिक मोटर चरण को पूरी तरह से गैर-संपर्क बनाता है, जिसमें गति और स्थिति सटीकता को प्रभावित करने के लिए कोई यांत्रिक संचरण तत्व या घर्षण नहीं होता है। वास्तव में, एयर बीयरिंग के साथ रैखिक मोटर चरण एकल-नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं।

नैनोपोजिशनिंग अनुप्रयोगों के लिए रैखिक मोटर चरणों का नकारात्मक पहलू उनका पदचिह्न है, जो कि पीजो या वॉयस कॉइल एक्ट्यूएटर्स की तुलना में बहुत बड़ा है। जबकि वे छोटे उपकरणों में एकीकृत करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकते हैं, वे उन अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छे फिट हैं जिन्हें अपेक्षाकृत लंबे स्ट्रोक और उच्च रिज़ॉल्यूशन जैसे चिकित्सा इमेजिंग की आवश्यकता होती है।