Atuadores piezo, atuadores da bobina de voz, estágios lineares do motor.

Quando falamos sobre movimento linear, normalmente discutimos aplicativos em que a distância da viagem é de pelo menos algumas centenas de milímetros, e o posicionamento necessário está na faixa de alguns décimos de milímetro. E para esses requisitos, guias e unidades com rolamentos de recirculação são um bom ajuste. Caso em questão: o desvio de chumbo para um parafuso de bola comum de classe 5 é de 26 mícrons por 300 mm de viagem. Mas quando o aplicativo exige posicionamento na faixa de nanômetros-um bilhão de um medidor-os motoristas precisam olhar além dos elementos mecânicos de rolagem e recircular para alcançar a resolução necessária.

As três soluções de movimento linear mais comuns para nanoposposição são atuadores piezo, atuadores da bobina de voz e estágios motores lineares. O mecanismo de acionamento em cada uma dessas soluções está completamente livre de elementos mecânicos de rolagem ou deslizamento e podem ser combinados com rolamentos de ar para alta precisão e resolução de posicionamento.

Atuadores piezo

Os atuadores piezo (também chamados de motores piezo) aproveitam o efeito piezoelétrico reverso para produzir movimento e força. Existem muitos estilos de atuadores de piezo, mas dois comuns para nanoposICIONAMENTO são um passo linear e ultrassônico linear. Os motores piezo lineares usam vários elementos piezo montados em uma fileira que atuam como pares de "pernas". Quando uma carga elétrica é aplicada, um par de pernas agarra uma haste longitudinal por atrito e a move para a frente à medida que as pernas se estendem e dobram. Quando esse par de pernas é lançado, o próximo par assume o controle. Ao executar em frequências extremamente altas, os motores lineares de piezo de passo produzem movimento linear contínuo com traços de até 150 mm e com resolução no nível do picômetro.

Os motores piezo ultrassônicos lineares são baseados em uma placa piezoelétrica. Quando uma carga elétrica é aplicada à placa, ela fica excitada em sua frequência de ressonância, fazendo com que ela oscilasse. Essas oscilações produzem ondas ultrassônicas na placa. Um acoplamento (ou empurrador) é preso à placa e pré -carregado contra uma haste longitudinal (também chamada de corredor). As ondas ultrassônicas fazem com que a placa se expanda e se contraa de maneira elíptica, permitindo que o acoplamento promova a haste para a frente e produza o movimento linear. Os motores piezo ultrassônicos lineares podem atingir a resolução de 50 a 80 nm, com viagens máximas semelhantes aos motores de passo lineares, a 100 a 150 mm.

Atuadores da bobina de voz

Outra solução para aplicações de nanoposicionamento são os atuadores da bobina de voz. Da mesma forma que os motores lineares, os atuadores da bobina de voz usam um campo de ímã permanente e um enrolamento da bobina. Quando a corrente é aplicada à bobina, uma força é gerada (conhecida como força Lorentz). A magnitude da força é determinada pelo produto da corrente e do fluxo magnético.

Essa força faz com que a parte em movimento (que pode ser o ímã ou a bobina) viaje, com orientação fornecida por rolamentos de ar ou deslizamentos de rolos cruzados. Os atuadores da bobina de voz podem atingir a resolução de até 10 nm, com traços normalmente de até 30 mm, embora alguns estejam disponíveis com traços de até 100 mm.

Estágios do motor linear

Quando a resolução de nanômetros é necessária em traços mais longos, os estágios do motor linear com rolamentos de ar são normalmente a melhor opção. Enquanto os atuadores de piezo e bobina de voz têm recursos de viagem limitados, os motores lineares podem ser projetados para viajar até vários metros. O uso de rolamentos de ar como sistema de guia produz um estágio do motor linear completamente sem contato, sem elementos de transmissão mecânica ou atrito para afetar a precisão do movimento e do posicionamento. De fato, os estágios motores lineares com rolamentos de ar podem obter uma resolução de nanômetro único.

A desvantagem dos estágios do motor linear para aplicações de nanoposicionamento é sua pegada, que é muito maior que a dos atuadores de piezo ou bobina de voz. Embora possam ser desafiadores para se integrar em dispositivos pequenos, eles são um bom ajuste para aplicações que exigem um derrame relativamente longo e alta resolução, como imagens médicas.