Существует несколько типов пьезодвигателей, обеспечивающих линейное перемещение, причем одним из наиболее широко используемых является линейный шаговый пьезодвигатель. Эти устройства используют скоординированное движение множества 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 боковой изгиб. Линейные шаговые пьезодвигатели синхронизируют движения пьезоэлементов, создавая шагающее движение. Это преобразуется в полезный линейный ход за счет крепления элементов к продольному стержню или направляющей. Когда узел активирован, одна пара ножек захватывает стержень за счет трения, перемещает его вперед по мере того, как ножки разгибаются 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 на частоте в тысячи Герц, делая несколько тысяч “шагов” в секунду, что позволяет им производить большие перемещения и достигать высоких скоростей.

Из-за принципа действия линейно-шаговые пьезодвигатели часто описываются как имеющие “ножки” или как “шагающие”. Это видео от MICROMO демонстрирует, почему эти описания так подходят друг другу.

Поскольку линейные шаговые пьезодвигатели используют трение для перемещения приводного стержня или направляющей, не требуется никаких механических элементов и отсутствует люфт, поэтому может быть достигнуто разрешение в нанометровом (а в некоторых случаях и пикометровом) диапазоне. Использование нескольких пьезоэлементов придает линейным шаговым двигателям очень хорошую прочность и высокие удерживающие усилия, что делает их самоблокирующимися при выключенном питании.

Линейные шаговые двигатели могут работать как на очень медленных, так и на очень высоких скоростях, с максимальной скоростью до 15 мм/с. Несмотря на возможность неограниченного перемещения, длина приводного стержня или направляющей определяет ход, который обычно составляет несколько сантиметров, хотя в некоторых конструкциях возможны 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 управления линейными ступенями в системах 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