Существует несколько способов, с помощью которых пьезокерамика может быть использована для создания линейного движения, обеспечивая любую комбинацию высокой скорости, длительного хода и высокой силы. Двумя распространенными типами являются линейные шаговые двигатели и линейные ультразвуковые пьезодвигатели. Оба используют обратный пьезоэлектрический эффект для активации стержня или толкателя и создания линейного движения, но способ, которым они используют и используют движение от пьезоэлементов, отличается.

То пьезоэлектрический эффектпредставляет собой преобразование приложенной механической силы во внутреннюю электрическую энергию. Обратный (он же обратный или поперечный) пьезоэлектрический эффект преобразует приложенную электрическую энергию во внутреннее механическое напряжение.

Линейные шаговые двигатели основаны на согласованном движении нескольких пьезоэлементов, которые установлены в ряд и действуют как пары “ножек”. При приложении электрического заряда ноги испытывают два движения: разгибание/втягивание и сгибание в стороны.

Чтобы создать линейное движение, одна пара ног “захватывает” продольный стержень за счет трения, перемещая его вперед, когда ноги вытягиваются и сгибаются. Когда первая пара ног освобождается, за дело берется следующая пара. Ножки линейных шаговых двигателей перемещаются всего на несколько микрон за раз, но они работают с частотой от сотен до тысяч Герц, обеспечивая непрерывное линейное движение.

Ультразвуковые пьезодвигатели используют единственную пьезоэлектрическую пластину. Когда прикладывается электрический заряд, пластина возбуждается на своей резонансной частоте, заставляя ее колебаться. Эти колебания, в свою очередь, создают ультразвуковые волны в пьезоэлектрической пластине.

Муфта, или толкатель, прикреплена к пластине и предварительно натянута на продольный стержень (также называемый направляющей). Ультразвуковые волны заставляют пластину расширяться и сжиматься эллиптическим образом, что позволяет муфте продвигать стержень вперед, создавая полезное линейное движение.

В то время как как линейные шаговые, так и линейные ультразвуковые пьезодвигатели генерируют движение за счет продвижения продольного стержня, их принципы работы придают им различные эксплуатационные характеристики. Линейные шаговые двигатели могут достигать разрешения на уровне пикометра, в то время как разрешение для ультразвуковых версий обычно находится в диапазоне от 50 до 80 нм. Но линейные ультразвуковые двигатели могут развивать гораздо более высокие скорости – от 500 мм / с до 1 м / с – чем линейные шаговые двигатели, которые обычно развивают максимальную скорость около 15 мм /с. Обе версии способны к неограниченному перемещению, но длина приводного штока определяет ход. Как для шаговых, так и для ультразвуковых версий максимальный ход обычно составляет от 100 до 150 мм.

Линейные шаговые пьезодвигатели могут генерировать как толкающие, так и удерживающие усилия (при отключении питания) в диапазоне 10 Н, в то время как линейные ультразвуковые пьезодвигатели обычно ограничены 3-4 Н толкающими и 2-3 Н удерживающими силами. Обе версии являются самоблокирующимися и могут выдерживать номинальную нагрузку в условиях отключения питания без выделения тепла.

Линейные ультразвуковые пьезодвигатели обычно используются в механизмах автофокусировки камер, а также в устройствах визуализации, сканирования и метрологии. Линейные шаговые пьезодвигатели часто используются для привода линейных каскадов и в оборудовании для полупроводниковой литографии.

Изображение объекта предоставлено: MICROMO