Пьезо приводы, голосовые приводы, линейные моторные этапы.

Когда мы говорим о линейном движении, мы обычно обсуждаем приложения, где расстояние в пути составляет не менее нескольких сотен миллиметров, и необходимое позиционирование находится в диапазоне нескольких десятых миллиметра. И для этих требований руководства и диски с рециркулирующими подшипниками хорошо подходят. Показательный пример: отклонение свинца для общего шарикового винта класса 5 составляет 26 микрон на 300 мм перемещения. Но когда приложение требует позиционирования в нанометровом диапазоне-один миллионный счетчик метра-инженеры должны смотреть за пределы механического катания и рециркуляционных элементов для достижения необходимого разрешения.

Три наиболее распространенные линейные решения для нанопозиции - пьезо приводы, приводы голосовой катушки и линейные моторные этапы. Механизм привода в каждом из этих решений полностью не содержит механических или скользящих элементов, и они могут быть в паре с воздушными подшипниками для высокой точности и разрешения.

Пьезо приводы

Пьезо приводы (также называемые пьезовыми двигателями) используют преимущества обратного пьезоэлектрического эффекта для получения движения и силы. Есть много стилей пьезо привода, но два распространенных для нанопозиции - линейный шаг и линейный ультразвук. Линейные шаговые пьезовые двигатели используют несколько пьезовых элементов, установленных подряд, которые действуют как пары «ног». Когда наносится электрический заряд, одна пара ног захватывает продольный стержень через трение и перемещает его вперед, когда ноги вытягиваются и сгибаются. Когда эта пара ног выпускается, следующая пара вступит во владение. Работая на чрезвычайно высоких частотах, линейные шаговые пьезовые двигатели производят непрерывное линейное движение с инсультами до 150 мм и с разрешением на уровне пикометра.

Линейные ультразвуковые пьезовые двигатели основаны на пьезоэлектрической пластине. Когда на пластину применяется электрический заряд, он возбуждается на его резонансной частоте, заставляя его колебаться. Эти колебания дают ультразвуковые волны на тарелке. Связь (или толкатель) прикреплена к пластине и предварительно загружается к продольному стержне (также называемому бегуну). Ультразвуковые волны заставляют пластину расширять и сокращаться эллиптическим образом, что позволяет соединению продвигать стержень вперед и производить линейное движение. Линейные ультразвуковые пьезовые двигатели могут достичь разрешения от 50 до 80 нм, с максимальным движением, аналогичным линейным шаговым двигателям, при 100-150 мм.

Голосовые приводы

Другим решением для приложений для нанопозиции являются приводы голосовой катушки. Подобно линейным двигателям, приводы голосовой катушки используют постоянное поле магнита и обмотка катушки. Когда ток применяется к катушке, генерируется сила (известная как сила Лоренца). Величина силы определяется продуктом тока и магнитным потоком.

Эта сила приводит к перемещению движущейся части (которая может быть либо магнитом, либо катушкой), с руководством, предоставленным либо воздушными подшипниками, либо скрещенными роликовыми слайдами. Приводы голосовой катушки могут достичь разрешения до 10 нм, причем инсульты обычно до 30 мм, хотя некоторые из них доступны с инсультами до 100 мм.

Линейные моторные этапы

Когда разрешение нанометра требуется на более длинных ударах, линейные стадии двигателя с воздушными подшипниками обычно являются лучшим выбором. В то время как приводы пьезо и голосовой катушки имеют ограниченные возможности для путешествий, линейные двигатели могут быть разработаны для путешествий до нескольких метров. Использование воздушных подшипников в качестве направляющей системы делает линейную стадию двигателя полностью бесконтактной, без механических элементов передачи или трения, чтобы влиять на точность движения и позиционирования. Фактически, линейные этапы двигателя с воздушными подшипниками могут достичь разрешения однонанометра.

Недостатком линейных стадий двигателя для применений нанопозиции является их след, который намного больше, чем у пьезо или голосовых приводов. Хотя они могут быть сложными для интеграции в небольшие устройства, они хорошо подходят для приложений, которые требуют относительно длинного инсульта и высокого разрешения, таких как медицинская визуализация.