Существует несколько типов пьезодвигателей, обеспечивающих линейное движение, причем одним из наиболее широко используемых является линейный шаговый пьезодвигатель. Эти устройства используют согласованное движение нескольких пьезоэлементов для обеспечения практически неограниченного перемещения с высоким разрешением и очень высокой жесткостью.

В конструкции линейного шагового двигателя несколько пьезоэлементов установлены в ряд и действуют как пары “ножек”. При подаче напряжения пьезоэлементы испытывают два движения: расширение (или сжатие) в длину и изгиб в сторону. Линейные шаговые пьезодвигатели синхронизируют движения пьезоэлементов для создания шагающего движения. Это преобразуется в полезный линейный ход путем крепления элементов к продольному стержню или направляющей. Когда узел активирован, одна пара ножек захватывает стержень за счет трения, перемещает его вперед, когда ножки расширяются и сгибаются, а затем отпускает его, когда за дело берется следующая пара ножек.

Каждый пьезоэлемент перемещается всего на несколько микрон за цикл, но линейные шаговые пьезодвигатели работают с частотой в тысячи Герц, делая несколько тысяч “шагов” в секунду, что позволяет им производить большие перемещения и достигать высоких скоростей.

Из-за их принципа действия линейно-шаговые пьезодвигатели часто описываются как имеющие “ноги” или как “ходячие”. Это видео от MICROMO демонстрирует, почему эти описания так подходят.

Поскольку линейные шаговые пьезодвигатели используют трение для перемещения приводного стержня или бегунка, механические элементы не требуются и люфт отсутствует, поэтому может быть достигнуто разрешение в нанометровом (а в некоторых случаях и пикометровом) диапазоне. Использование нескольких пьезоэлементов придает линейным шаговым двигателям очень хорошую жесткость и высокие удерживающие усилия, что делает их самоблокирующимися при выключении питания.

Линейные шаговые двигатели могут работать как на очень низких, так и на очень высоких скоростях, с максимальными скоростями до 15 мм/с. В то время как возможно неограниченное перемещение, длина приводного стержня или направляющей определяет ход, который обычно находится в диапазоне нескольких сантиметров, хотя в некоторых конструкциях доступны максимальные ходы до 10 см.

Как и другие пьезодвигатели, линейные шаговые двигатели немагнитны, поэтому их можно использовать в приложениях с магнитными полями, и они по своей сути совместимы с вакуумом.

Шагающее движение линейных шаговых двигателей делает их лучшим выбором для пьезоэлектрических применений, требующих длинных ходов. Это в сочетании с их движением без люфта придает им идеальные характеристики для приведения в действие линейных ступеней в приложениях сканирования и микроскопии, а также в оборудовании для полупроводниковой литографии. Благодаря чрезвычайно высокому разрешению линейные шаговые пьезодвигатели полезны для дозирования нанолитров и позиционирования медицинского оборудования или образцов.

Чтобы увидеть, как линейные шаговые пьезодвигатели используются для привода ступеней, посмотрите видео ниже от PI (Physik Instrumente).

Характеристика изображение Предоставлено: Physics Instruments GmbH