วิธีการทำงานของกล้องออโต้โฟกัสและมอเตอร์อัลตราโซนิกในเลนส์ การออกแบบการ์ดไลบรารีมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเชิงเส้นขนาดเล็ก

พื้นที่การใช้งานของมอเตอร์และไดรฟ์ขนาดเล็กนั้นค่อนข้างกว้างขวาง - ซึ่งรวมถึงไดรฟ์สำหรับอุปกรณ์ตรวจวัด เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและอุโมงค์ ไดรฟ์สำหรับหุ่นยนต์ควบคุมของหุ่นยนต์ประกอบต่างๆ รวมถึงแอคทูเอเตอร์ใน อุปกรณ์เทคโนโลยีและเครื่องใช้ในครัวเรือน สับเปลี่ยนและไมโครมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่าน เพียโซมอเตอร์ และไดรฟ์ MEMS ในตัวสามารถใช้เป็นไมโครมอเตอร์ได้ บทความนี้จะกล่าวถึงมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

ขึ้นอยู่กับระดับของการย่อขนาดที่ใช้ หลากหลายชนิดไมโครมอเตอร์ สำหรับระดับมหภาค ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงานสูงในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก จะใช้มอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็กและโซลินอยด์ สำหรับอุปกรณ์ไมโคร ปัจจุบันมีการใช้ไดรฟ์แบบรวมที่ใช้เทคโนโลยี MEMS อย่างกว้างขวาง

แอคชูเอเตอร์แบบ Piezo สูญเสีย มอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าในแง่ของกำลังและสำหรับไมโครมอเตอร์ MEMS - ในแง่ของระดับการทำให้เล็กลง อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบหลักของไมโครเพียโซมอเตอร์คือความเป็นไปได้ในการวางตำแหน่งโดยตรงด้วยความแม่นยำในระดับซับไมครอน นอกจากนี้ ไดรฟ์เหล่านี้ยังมีข้อได้เปรียบอื่นๆ มากมายเหนือคู่แข่งด้านแม่เหล็กไฟฟ้า

ไมโครมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า (สับเปลี่ยน สเต็ปเปอร์ และไร้แปรงถ่าน) มาถึงขีดจำกัดของการย่อขนาดแล้ว ตัวอย่างเช่น สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ผลิตเชิงพาณิชย์ประเภท A0820 มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. หนัก 3.3 กรัม และมีราคาประมาณ 10 ดอลลาร์ เครื่องยนต์ประเภทนี้ค่อนข้างซับซ้อนและมีชิ้นส่วนหลายร้อยชิ้น เมื่อลดขนาดลงอีก กระบวนการประกอบจะซับซ้อนยิ่งขึ้น และประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็สูญเสียไปด้วย ในการพันขดลวดสเตเตอร์ คุณต้องใช้ลวดที่บางกว่าซึ่งมีความต้านทานสูงกว่า ดังนั้น เมื่อขนาดของมอเตอร์ไมโครอิเล็กทริกคอมมิวเตเตอร์ลดลงเหลือ 6 มม. พลังงานไฟฟ้าที่ให้มาส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นความร้อนแทนที่จะเป็นพลังงานกล ในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อให้ได้ระบบขับเคลื่อนเชิงเส้นตรงที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้ระบบส่งกำลังและกระปุกเกียร์แบบกลไกเพิ่มเติมที่แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น และให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ต้องการ ในเวลาเดียวกันขนาดของอุปกรณ์ทั้งหมดโดยรวมเพิ่มขึ้นและพลังงานส่วนสำคัญถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงเสียดทานในระบบส่งกำลังทางกล แผนภาพที่แสดงในรูปที่. ในรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าสำหรับขนาดที่น้อยกว่า 7 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลางตัวเรือนมอเตอร์) จะมีประโยชน์มากกว่าหากใช้มอเตอร์เพียโซเซรามิกมากกว่ามอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า

ข้าว. 1. สำหรับขนาดที่น้อยกว่า 7 มม. มอเตอร์เพียโซจะมีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า

ในปัจจุบัน หลายบริษัทเชี่ยวชาญด้านการผลิตเพียโซมอเตอร์แบบอนุกรม บทความนี้จะตรวจสอบผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิต Piezo Actuators สองราย ได้แก่ Physik Instrumente (PI) ของเยอรมัน และ American New Scale Technologies การเลือกบริษัทไม่ใช่เรื่องบังเอิญ บริษัทอเมริกัน ช่วงเวลานี้ผลิตมอเตอร์เพียโซที่เล็กที่สุดในโลก และบริษัทเยอรมันก็เป็นหนึ่งในผู้นำในภาคส่วนแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซสำหรับอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำ เพียโซมอเตอร์ที่ผลิตนั้นมีลักษณะการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์และมีชื่อเสียงที่สมควรได้รับในหมู่ผู้ผลิตอุปกรณ์เทคโนโลยีและการวัดที่มีความแม่นยำ ทั้งสองบริษัทใช้โซลูชันที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง หลักการทำงานของเครื่องยนต์ของทั้งสองบริษัทรวมถึงการออกแบบนั้นแตกต่างกัน

การออกแบบและหลักการทำงานของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก SQUIGGLE

ในรูป รูปที่ 2 แสดงหลักการออกแบบและการทำงานของ SQUIGGLE piezo actuator จาก New Scale Technologies

ข้าว. 2. หลักการออกแบบและการทำงานของไมโครไดรฟ์ SQUIGGLE

ชุดขับเคลื่อนมีพื้นฐานมาจากคัปปลิ้งสี่เหลี่ยมพร้อมเกลียวภายในและลีดสกรู (ตัวหนอน) แผ่นแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซเซรามิกติดตั้งอยู่ที่ด้านหน้าของคัปปลิ้งโลหะ เมื่อใช้สัญญาณสองเฟสกับแอคทูเอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกคู่หนึ่ง การสั่นสะเทือนจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะส่งผ่านไปยังมวลข้อต่อ เพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แอคชูเอเตอร์จะทำงานในโหมดเรโซแนนซ์ ความถี่ในการกระตุ้นขึ้นอยู่กับขนาดของแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ และอยู่ในช่วงตั้งแต่ 40 ถึง 200 kHz การสั่นสะเทือนทางกลซึ่งกระทำที่ขอบเขตของพื้นผิวการทำงานทั้งสองของข้อต่อและสกรูทำให้เกิดแรงอัดเมื่อหมุน (เช่น การหมุนของฮูลาฮูป) แรงที่เกิดขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าการหมุนของตัวหนอนสัมพันธ์กับฐานคงที่ - ข้อต่อ เมื่อสกรูเคลื่อนที่ การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้น การเคลื่อนไหวแบบหมุนสู่การเคลื่อนที่เชิงเส้น ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนเฟสของสัญญาณควบคุม คุณสามารถหมุนสกรูได้ทั้งตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา

วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น บรอนซ์ สเตนเลส ไททาเนียม ถูกใช้เป็นวัสดุสกรูและคัปปลิ้ง คู่คลัปปลิ้งแบบเกลียวไม่จำเป็นต้องมีการหล่อลื่นในการทำงาน

ไดรฟ์ Piezo แทบไม่มีความเฉื่อย ให้การตอบสนองของคันเร่งที่ยอดเยี่ยม (การเคลื่อนไหวด้วยความเร่งสูงสุด 10 กรัม) และแทบไม่มีเสียงในช่วงเสียง (30 Hz - 15 kHz) ความแม่นยำของตำแหน่งสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่ง เนื่องจากการเคลื่อนไหวเกิดขึ้นโดยไม่ลื่นไถล (โดยที่ภาระบนสกรูทำงานอยู่ภายในขีดจำกัดการทำงาน) และการเคลื่อนไหวจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนสัญญาณพัลส์ที่ใช้กับ แผ่นแอคชูเอเตอร์ แอคทูเอเตอร์แบบ Piezo มีอายุการใช้งานเกือบไม่จำกัด ยกเว้นว่าเมื่อเวลาผ่านไป ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งอาจหายไปบางส่วนเนื่องจากการสึกหรอของเฟืองเกลียว ไดรฟ์เพียโซสามารถทนต่อโหมดบล็อคการเคลื่อนไหวได้เนื่องจากการใช้แรงเบรกที่เกินแรงดึงของไดรฟ์ ในกรณีนี้การเลื่อนจะเกิดขึ้นโดยไม่ทำลายเฟืองเกลียว

ปัจจุบัน ไมโครมอเตอร์ซีรีส์ SQL ได้รับการยอมรับว่าเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ผลิตจำนวนมากที่สุดในโลก

ข้าว. 3. การเขียนแบบการทำงานของเพียโซมอเตอร์อุตสาหกรรมซีรีย์ SQL

ลักษณะสำคัญของแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ SQUIGGLE:

• ขนาดที่ปรับขนาดได้ (สามารถรับไดรฟ์แบบกำหนดเองพร้อมขนาดที่ระบุได้)
• ขนาดไดรฟ์ขั้นต่ำ 1.55×1.55×6 มม.
• ความเรียบง่ายของการออกแบบ (7 องค์ประกอบ)
• ราคาถูก;
• ความสามารถในการผลิตส่วนประกอบและชุดขับเคลื่อนสูง
• ระบบขับเคลื่อนเชิงเส้นตรงที่ไม่ต้องใช้เกียร์กลเพิ่มเติม
• ความแม่นยำของตำแหน่งไดรฟ์ซับไมครอน
• การทำงานที่เงียบ
• ช่วงอุณหภูมิการทำงานกว้าง (–30...+70 °C)

พารามิเตอร์ของไมโครมอเตอร์ซีรีย์ SQL:

• การใช้พลังงาน - 500 mW (เฉพาะในระหว่างกระบวนการเคลื่อนย้ายแกน)
• ความละเอียด - 0.5 ไมครอน;
• น้ำหนัก - 1.7 กรัม;
• ความเร็วในการเคลื่อนที่ - 5 มม./วินาที (ภายใต้น้ำหนักบรรทุก 100 กรัม)
• แรงเคลื่อนที่ - มากกว่า 200 กรัม
• ความถี่กระตุ้นแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ - 116 kHz;
• ความจุไฟฟ้าของแต่ละเฟสของไดรฟ์เพียโซทั้งสี่เฟสคือ 1.35 nF;
• ขั้วต่อ (สายเคเบิล) - สายเคเบิลพิมพ์ (ตัวนำ 6 ตัว - 4 เฟสและ 2 ทั่วไป)
• อายุการใช้งาน - 300,000 รอบ (ความยาวช่วงชักของกระดอง 5 มม.)
• ช่วงของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของกระดอง:

– รุ่น SQL-3.4 - 10–40 = 30 มม. (40 มม. คือความยาวของลีดสกรู)

– รุ่น SQL-3.4 - 10–30 = 20 มม. (30 มม. คือความยาวของลีดสกรู)

– รุ่น SQL-3.4 - 10–15 = 5 มม. (15 มม. คือความยาวของลีดสกรู)

• การติดตั้งไดรฟ์ - การเชื่อมต่อหน้าแปลนหรือการจีบ

ตามคำร้องขอของ New Scale Technologies ได้มีการพัฒนาไดรเวอร์แบบรวมสำหรับแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซของซีรีส์ SQL (รูปที่ 4) ดังนั้นผู้บริโภคจึงมีโอกาสใช้ชุดส่วนประกอบสำเร็จรูปเพื่อรับโมดูลระบบเครื่องกลไฟฟ้า OEM ของเขา

ข้าว. 4. แอคชูเอเตอร์ micropiezo ซีรีส์ SQL สำหรับอุปกรณ์พกพา

ชิปไดรเวอร์ไดรฟ์ (รูปที่ 5) ประกอบด้วยตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าและไดรเวอร์เอาต์พุตที่ขับเคลื่อนโหลดแบบ capacitive แรงดันไฟฟ้าอินพุต 3 V ระดับแรงดันเอาต์พุตของฟอร์แมตสูงถึง 40 V

ข้าว. 5. ชิปไดรเวอร์ Piezo

พื้นที่ใช้งานสำหรับแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ SQUIGGLE

ไดร์ฟสำหรับกล้องถ่ายภาพและวีดีโอเลนส์

ภาคการใช้งานที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งของไมโครอิเล็กทริกไดรฟ์คือกล้องดิจิตอลและกล้องวิดีโอ (รูปที่ 6) พวกเขาใช้ไมโครไดรฟ์เพื่อควบคุมการโฟกัสของเลนส์และการซูมแบบออปติคอล

ข้าว. 6. ต้นแบบของไดรฟ์ซูมออปติคอลสำหรับกล้องดิจิตอล

ในรูป รูปที่ 7 แสดง SQUIGGLE piezo drive สำหรับใช้ในกล้องในตัวของโทรศัพท์มือถือ ไดรฟ์จะเลื่อนเลนส์สองตัวไปตามตัวกั้นขึ้นและลง และให้โฟกัสอัตโนมัติ (ความยาวระยะเลนส์ 2 มม.) และการซูม (ระยะระยะเลนส์สูงสุด 8 มม.)

ข้าว. 7. เลนส์รุ่นที่มีไดรฟ์ SQUIGGLE สำหรับกล้องที่ติดตั้งในโทรศัพท์มือถือ

เครื่องจ่ายเข็มฉีดยาทางการแพทย์

มีผู้คนหลายร้อยล้านคนทั่วโลกที่ต้องการฉีดยาตามมิเตอร์เป็นระยะ ในกรณีนี้ผู้ป่วยเองจะต้องติดตามเวลา ปริมาณ และดำเนินการตามขั้นตอนการฉีดด้วย กระบวนการนี้สามารถทำให้ง่ายขึ้นอย่างมาก และทำให้ชีวิตของผู้ป่วยง่ายขึ้นหากคุณสร้างกระบอกฉีดยาที่ตั้งโปรแกรมได้ (รูปที่ 8) ปั๊มและกระบอกฉีดยาแบบตั้งโปรแกรมได้สำหรับการฉีดอินซูลินได้ถูกนำมาใช้แล้วโดยอิงจาก SQL Piezo Actuator เครื่องจ่ายประกอบด้วยโมดูลควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์ ภาชนะที่บรรจุยา กระบอกฉีดยา และไดรฟ์ควบคุม เครื่องจ่ายถูกควบคุมโดยโมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในตัว แบตเตอรี่เป็นแบตเตอรี่ลิเธียม สามารถติดตั้งโมดูลจ่ายยาเข้ากับเสื้อผ้าของผู้ป่วยและวางไว้ในบริเวณปลอกแขนได้ เป็นต้น ช่วงเวลาระหว่างการฉีดยาและปริมาณยาได้รับการตั้งโปรแกรมไว้สำหรับลูกค้าเฉพาะราย

ข้าว. 8. การใช้ไดรฟ์ในกระบอกฉีดยาที่ตั้งโปรแกรมได้

ค่าปริมาณรังสีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของการเคลื่อนที่ของแกนแอคชูเอเตอร์

มีการวางแผนที่จะใช้ไมโครไซริงก์ร่วมกับยาป้องกันการกระแทกซึ่งติดตั้งอยู่ใน "เกราะอัจฉริยะ" ของทหาร ชุดป้องกันนอกเหนือจากองค์ประกอบพลังงานเสริมแล้วยังมีเซ็นเซอร์ชีพจรและอุณหภูมิในตัวเซ็นเซอร์สำหรับความเสียหายทางกลต่อ "เกราะ" ของสิ่งทอ กระบอกฉีดยาถูกเปิดใช้งานทั้งตามความคิดริเริ่มของนักสู้เองและตามคำสั่งจากหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้หรือผ่านช่องทางวิทยุจากเทอร์มินัลคำสั่งตามการอ่านเซ็นเซอร์เมื่อนักสู้หมดสติเช่นหลังจากได้รับบาดเจ็บหรือเป็นผลมาจาก การถูกกระทบกระแทก

มอเตอร์ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

เนื่องจากแอคทูเอเตอร์ SQL Piezo ไม่ใช้วัสดุเฟอร์โรอัลลอยด์หรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์ประเภทนี้จึงสามารถใช้สร้างอุปกรณ์วินิจฉัยทางการแพทย์ที่สวมใส่ได้ซึ่งเข้ากันได้กับการสร้างภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก ไดรฟ์เหล่านี้จะไม่ทำให้เกิดการรบกวนเมื่อวางไว้ในพื้นที่ทำงานของอุปกรณ์ที่ใช้เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ รวมถึงใกล้กับกล้องจุลทรรศน์สแกนอิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์โฟกัสลำแสงไอออน ฯลฯ

ไมโครปั๊มในห้องปฏิบัติการ

ไมโครปั๊มสามารถสร้างขึ้นโดยใช้ไดรฟ์เพียโซเพื่อจ่ายของเหลวตามปริมาณในอุปกรณ์การวิจัยในห้องปฏิบัติการ ข้อได้เปรียบหลักของไมโครปั๊มในการออกแบบนี้คือความแม่นยำในการจ่ายสารสูงและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน

มอเตอร์สำหรับอุปกรณ์สูญญากาศ

Piezo actuator เหมาะสำหรับการสร้าง อุปกรณ์เครื่องจักรกลทำงานในสภาวะสุญญากาศทั้งสูงและสูงพิเศษ และให้ความแม่นยำของตำแหน่งสูง (รูปที่ 9) วัสดุขับเคลื่อนมีการปล่อยก๊าซต่ำในสุญญากาศ เมื่อไดรฟ์ทำงานในโหมดการเคลื่อนไหวระดับไมโคร จะเกิดความร้อนเพียงเล็กน้อย

ข้าว. 9. ขับเคลื่อนอุปกรณ์สุญญากาศที่ใช้ไมโครมอเตอร์ซีรีย์ SQL

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ดังกล่าวจะพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในการสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดรุ่นใหม่ เครื่องสเปกโตรมิเตอร์แบบสแกนไอออน ตลอดจนอุปกรณ์ในกระบวนการและการทดสอบสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ในอุปกรณ์ที่ใช้ในเครื่องเร่งอนุภาค เช่น ซินโครตรอน

ไดรฟ์สำหรับอุปกรณ์แช่แข็ง

พารามิเตอร์เฉพาะของไดรฟ์เพียโซช่วยให้สามารถใช้งานได้อย่างมาก อุณหภูมิต่ำ- บริษัทกำลังผลิตไดรฟ์เวอร์ชันสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และอวกาศที่อุณหภูมิต่ำ

ปัจจุบัน ไดรฟ์ได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไมโครมอเตอร์ SQL สำหรับหน่วยการทำงานต่างๆ ในอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการแช่แข็ง เช่นเดียวกับไดรฟ์เชิงกลสำหรับปรับพารามิเตอร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

ในรูป รูปที่ 10 แสดงตัวกระตุ้นแบบเพียโซสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว

ข้าว. 10. การออกแบบตัวกระตุ้นแบบเพียโซสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 4 K (ฮีเลียมเหลว)

การทำงานที่อุณหภูมิต่ำต้องใช้ความถี่และแอมพลิจูดของสัญญาณที่แตกต่างกันเพื่อกระตุ้นแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ

ชุดประเมินผล

New Scale Technologies ผลิตชุดประเมินผลที่ประกอบด้วย: มอเตอร์เพียโซ SQL (รูปที่ 11) แผงไดรฟ์ ซอฟต์แวร์ อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์ และแผงควบคุมผู้ใช้เพิ่มเติมสำหรับไดรฟ์

ข้าว. 11. ชุดประเมิน SQL Piezo Drive

สามารถใช้ USB หรือ RS-232 เป็นอินเทอร์เฟซกับพีซีได้

แอคชูเอเตอร์แบบ Piezo จาก PI

บริษัทสัญชาติเยอรมัน Physik Instrumente (PI) (www.physikinstrumente.com/en) ก่อตั้งขึ้นในปี 1970 ปัจจุบันมีสาขาในประเทศสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร ญี่ปุ่น จีน อิตาลี และฝรั่งเศส ภาคหลักคืออุปกรณ์สำหรับการวางตำแหน่งระดับนาโนและการควบคุมการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำสูง บริษัท เป็นหนึ่งในผู้ผลิตอุปกรณ์โปรไฟล์นี้ชั้นนำ มีการใช้โซลูชั่นที่ได้รับการจดสิทธิบัตรเฉพาะ ดังนั้น ไดรฟ์ PI จึงแตกต่างจากไดรฟ์เพียโซส่วนใหญ่ รวมถึง SQUIGGLE ตรงที่ไดรฟ์ PI จะให้การบังคับตรึงแคร่ตลับหมึกหลังจากหยุด เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนที่ อุปกรณ์เหล่านี้จึงมีความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูง

หลักการออกแบบและการทำงานของแอคทูเอเตอร์แบบพีโซแบบพีไอ

ในรูป รูปที่ 12 แสดงการออกแบบ PI piezomotor

PILine คือการออกแบบแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซที่ได้รับการจดสิทธิบัตรแล้ว พัฒนาโดย PI หัวใจของระบบคือแผ่นเซรามิกเสาหินสี่เหลี่ยม - สเตเตอร์ซึ่งแบ่งออกเป็นขั้วไฟฟ้าสองขั้วด้านหนึ่ง อิเล็กโทรดด้านซ้ายหรือขวาของกระดานเซรามิกจะถูกกระตุ้นด้วยพัลส์ที่มีความถี่หลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนไหว ปลายแรงเสียดทานอะลูมิเนียม (ตัวดัน) ติดอยู่กับแผ่นเซรามิก ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการส่งผ่านการเคลื่อนที่จากแผ่นสเตเตอร์แบบสั่นไปยังแรงเสียดทานของแคร่ วัสดุของแถบเสียดสีให้แรงเสียดทานที่เหมาะสมที่สุดเมื่อทำงานควบคู่กับปลายอะลูมิเนียม

เนื่องจากการสัมผัสกับแถบเสียดทาน ส่วนที่เคลื่อนไหวของไดรฟ์ (แคร่ แท่น แท่นหมุนด้วยกล้องจุลทรรศน์) จะเคลื่อนไปข้างหน้าหรือข้างหลัง ในแต่ละช่วงการสั่นของสเตเตอร์เซรามิก แคร่จะเลื่อนไปหลายนาโนเมตร แรงผลักดันเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือนตามยาวของแผ่นแอคชูเอเตอร์ ในปัจจุบัน ตัวกระตุ้นแบบเพียโซอัลตราโซนิกสามารถให้การเคลื่อนไหวด้วยความเร่งสูงถึง 20 กรัม และความเร็วในการเคลื่อนที่สูงถึง 800 มม./วินาที! แรงขับเคลื่อนมอเตอร์เพียโซสูงถึง 50 นิวตัน แอคทูเอเตอร์ PILine สามารถใช้งานลูปเปิดและให้ความละเอียด 50 นาโนเมตร

ในรูป รูปที่ 13 แสดงการออกแบบสเตเตอร์เพียโซเซรามิกของ PILine

ข้าว. 13. การออกแบบสเตเตอร์เซรามิกของ PILine piezo actuator

ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณ ปลายของตัวดันจะถูกกดเข้ากับแถบเสียดสี และแรงเสียดทานที่กระทำที่ขอบเขตระหว่างปลายและคลัตช์ช่วยให้แน่ใจว่าแคร่ได้รับการแก้ไขแล้ว

PILine - ชุดแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซที่มีการเคลื่อนที่เชิงเส้น

บริษัท PI ผลิตชุดแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซเชิงเส้นโดยใช้เทคโนโลยี PILine พร้อมพารามิเตอร์การทำงานที่หลากหลาย เป็นตัวอย่างให้พิจารณาคุณสมบัติของรุ่นเฉพาะ P-652 (รูปที่ 14)

ข้าว. 14. ตัวเลือกการใช้งานสำหรับ PILine P-652 piezo actuator (ถัดจากนั้นคือลูกกอล์ฟสำหรับการเปรียบเทียบ)

PILine P-652 พีโซแอคชูเอเตอร์สามารถใช้ในการใช้งาน OEM ที่มีความสำคัญขนาดและน้ำหนักขนาดเล็ก โมดูลขับเคลื่อน P-652 สามารถแทนที่ตัวขับเคลื่อนมอเตอร์เพลาหมุนแบบคลาสสิกและ เกียร์กลเช่นเดียวกับไดรฟ์แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงเส้นอื่นๆ การล็อคแคร่ด้วยตนเองเมื่อหยุดไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม ไดรฟ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อเคลื่อนย้ายวัตถุขนาดเล็กด้วยความเร็วและความแม่นยำสูง

เพียโซมอเตอร์ขนาดกะทัดรัดพร้อมวงจรควบคุมในตัวสามารถให้การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสูงสุด 2.5 กรัม และความเร็วสูงสุด 80 มม./วินาที ในเวลาเดียวกัน ยังคงรักษาความแม่นยำสูงในการวางตำแหน่งแคร่และแรงตรึงในระดับสูงเพียงพอในสถานะหยุดนิ่ง การยึดแคร่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไดรฟ์สามารถทำงานได้ในตำแหน่งใดๆ และรับประกันว่าตำแหน่งแคร่ได้รับการแก้ไขหลังจากหยุด แม้จะอยู่ภายใต้ภาระก็ตาม วงจรขับใช้พัลส์สั้นที่มีแอมพลิจูดเพียง 3 V เพื่อกระตุ้นแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซ วงจรนี้ให้การปรับโหมดเรโซแนนซ์โดยอัตโนมัติตามขนาดเฉพาะของแอคชูเอเตอร์เซรามิก

ลักษณะสำคัญของเพียโซมอเตอร์เชิงเส้น P-652 PILine:

• ต้นทุนการผลิตต่ำ
• ขนาดเพียโซมอเตอร์ - 9.0×6.5×2.4 มม.
• จังหวะการทำงานของแคร่คือ 3.2 มม.
• ความเร็วในการเคลื่อนที่สูงสุด 80 มม./วินาที;
• ล็อคตัวเองเมื่อหยุด
• MTBF - 20,000 ชั่วโมง

โมดูลขับเคลื่อนพร้อมตัวควบคุมในตัว

บริษัท PI ผลิตโมดูลควบคุม (ตัวควบคุม) สำหรับแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซ บอร์ดควบคุมประกอบด้วยอินเทอร์เฟซการควบคุม ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า และไดรเวอร์เอาต์พุตสำหรับการขับเคลื่อนแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซเซรามิก ตัวควบคุมไดรฟ์ใช้แผนการควบคุมตามสัดส่วนแบบดั้งเดิม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งานไดรฟ์ คอนโทรลเลอร์สามารถใช้ดิจิทัลหรือ ประเภทอะนาล็อกการควบคุมสัดส่วน ในการควบคุมแอคชูเอเตอร์ด้วยตนเอง จะใช้สัญญาณไซน์ซอยด์ และอาจใช้การป้อนกลับจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งได้ บริษัท PI ผลิตโมดูลสำเร็จรูปพร้อมเซ็นเซอร์ตำแหน่ง PI ได้พัฒนาและผลิตเซ็นเซอร์ตำแหน่งคาปาซิทีฟสำหรับโมดูลรวม (รูปที่ 15)

ข้าว. 15. โมดูลไดรฟ์ Piezo พร้อมแผงควบคุมในตัว

โหมดควบคุมแบบดิจิตอล (พัลส์)

การควบคุมการเคลื่อนที่แบบพัลส์เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการเคลื่อนไหวเล็กน้อยด้วยความเร็วสูง เช่น การใช้กล้องจุลทรรศน์หรือระบบอัตโนมัติ มอเตอร์ถูกควบคุมโดยพัลส์ TTL 5V ความกว้างพัลส์จะกำหนดความยาวของสเต็ปของมอเตอร์ ขั้นตอนการกระจัดในโหมดนี้คือสูงถึง 50 นาโนเมตร เพื่อดำเนินการขั้นตอนดังกล่าว จะใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าที่มีระยะเวลาประมาณ 10 μs ระยะเวลาและรอบการทำงานของพัลส์ควบคุมขึ้นอยู่กับความเร็วในการเคลื่อนที่และปริมาณการเคลื่อนที่ของแคร่ที่กำลังดำเนินการ

โหมดการควบคุมแบบอะนาล็อก

ใน โหมดนี้สัญญาณอะนาล็อกที่มีแอมพลิจูด ±10 V ถูกใช้เป็นสัญญาณอินพุตควบคุมตำแหน่ง ปริมาณการเคลื่อนที่ของแคร่ในกรณีนี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแอมพลิจูดของสัญญาณควบคุม

พื้นที่ใช้งานของแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซที่มีความแม่นยำ:

• เทคโนโลยีชีวภาพ;
• ไมโครมานิปูเลเตอร์;
• กล้องจุลทรรศน์;
• อุปกรณ์ควบคุมคุณภาพห้องปฏิบัติการ
• อุปกรณ์ทดสอบสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
• มาตรวิทยา;
• ทดสอบอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลดิสก์
• งานวิจัยและพัฒนา

ข้อดีของมอเตอร์อัลตราโซนิกเพียโซ PILine:

• ขนาดเล็ก- ตัวอย่างเช่น รุ่น M-662 ให้ระยะชักทำงาน 20 มม. โดยมีขนาดตัวเครื่อง 28x28x8 มม.
• ความเฉื่อยต่ำ- ด้วยเหตุนี้จึงสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงความเร่งสูงและได้ ความละเอียดสูง- PILine ให้ความเร็วเคลื่อนที่สูงสุด 800 มม./วินาที และความเร่งสูงสุด 20 กรัม ความแข็งแกร่งของการออกแบบช่วยให้มั่นใจได้ถึงเวลาล่วงหน้าที่สั้นมากต่อขั้นตอน และความแม่นยำของตำแหน่งสูงที่ 50 นาโนเมตร
• ความหนาแน่นของพลังงานที่ดีเยี่ยม- ไดรฟ์ PILine ให้ประสิทธิภาพสูงในขนาดที่เล็กที่สุด ไม่มีเครื่องยนต์อื่นใดที่สามารถให้อัตราเร่ง ความเร็ว และความแม่นยำที่เหมือนกันได้
• ความปลอดภัย- โมเมนต์ความเฉื่อยขั้นต่ำพร้อมกับคลัตช์แบบเสียดทานช่วยให้มั่นใจในการทำงานที่ปลอดภัย ไดรฟ์ดังกล่าวไม่สามารถทำลายและสร้างความเสียหายให้กับวัตถุโดยรอบอันเป็นผลมาจากการละเมิดโหมดการทำงาน แนะนำให้ใช้คลัตช์แบบเสียดทานมากกว่าเฟืองตัวหนอนในเครื่องยนต์ SQUIGGLE ถึงอย่างไรก็ตาม ความเร็วสูงการเคลื่อนตัวของแคร่ ความเสี่ยงต่อความเสียหาย เช่น นิ้วของผู้ควบคุมรถจะน้อยกว่าเมื่อใช้ไดรฟ์อื่นมาก ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้สามารถใช้ความพยายามน้อยลงเพื่อให้แน่ใจว่าไดรฟ์ทำงานได้อย่างปลอดภัย
• การตรึงแคร่อัตโนมัติ.
• ความเป็นไปได้ในการใช้งานไดรฟ์ในสุญญากาศ.
• EMR ระดับรองลงมา- ไดรฟ์ PILine ไม่สร้างสนามแม่เหล็กระหว่างการทำงาน และไม่มีวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในการออกแบบ
• ความยืดหยุ่นสำหรับโซลูชัน OEM- แอคทูเอเตอร์ PILine มีให้เลือกทั้งแบบมีหรือไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง นอกจากนี้ยังสามารถจัดหาส่วนประกอบของไดรฟ์แต่ละชิ้นได้

แอคชูเอเตอร์แบบเพียโซเชิงเส้นประเภท NEXLINE

แอคชูเอเตอร์แบบเพียโซของ NEXLINE ให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่สูงขึ้น การออกแบบไดรฟ์ประกอบด้วยแอคชูเอเตอร์หลายตัวที่ทำงานพร้อมกัน ต่างจากไดรฟ์ PILine แอคชูเอเตอร์ในอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ทำงานในโหมดเรโซแนนซ์ ในกรณีนี้จะได้รับรูปแบบหลายจังหวะสำหรับการเคลื่อนย้ายแคร่แบบเคลื่อนย้ายได้ด้วยตัวกระตุ้นแอคชูเอเตอร์หลายตัว สิ่งนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มความแม่นยำของตำแหน่งเท่านั้น แต่ยังเพิ่มช่วงเวลาแห่งการเคลื่อนที่และการยึดรถอีกด้วย ไดรฟ์ประเภทนี้ เช่น ไดรฟ์ PILine สามารถจัดหาให้โดยมีหรือไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งแคร่

ข้อดีหลักของแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซซีรีส์ NEXLINE:

• ความละเอียดสูงมาก จำกัดด้วยความไวของเซ็นเซอร์ตำแหน่งเท่านั้น ในโหมดการเคลื่อนไหวแบบอะนาล็อกที่ใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่ง จะมีความแม่นยำของตำแหน่งที่ 50 นาโนเมตร (0.05 µm)
• ทำงานกับโหลดสูงและแรงจับยึดสูงของแคร่ แอคชูเอเตอร์ของ NEXLINE สามารถให้แรงได้สูงถึง 600 นิวตัน การออกแบบที่แข็งแกร่งและการใช้ความถี่กระตุ้นเรโซแนนซ์ในช่วงหลายร้อยเฮิรตซ์ทำให้การออกแบบสามารถระงับการสั่นสะเทือนจากอิทธิพลภายนอกได้ สามารถใช้โหมดการทำงานแบบอะนาล็อกเพื่อลดการสั่นสะเทือนและความกระวนกระวายใจของฐานไดรฟ์
• สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดลูปป้อนกลับแบบเปิดและป้อนกลับเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ตัวควบคุมดิจิทัล NEXLINE สามารถใช้สัญญาณตำแหน่งจากตัวเข้ารหัสเชิงเส้นหรือจากเลเซอร์อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ และเพื่อความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่สูงมาก ให้ใช้สัญญาณตำแหน่งสัมบูรณ์จากเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟ
• รักษาตำแหน่งแคร่ให้มั่นคงเมื่อปิดเครื่อง
• อายุการใช้งานยาวนาน - มากกว่า 10 ปี
• ไดรฟ์ NEXLINE ไม่มีชิ้นส่วนเฟอร์โรแมนติก ไม่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็ก และไม่ใช่แหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
• อุปกรณ์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก ชิ้นส่วนที่ทำงานอยู่ของแอคทูเอเตอร์ NEXLINE ทำจากเซรามิกสุญญากาศ NEXLINE ยังสามารถทำงานได้โดยไม่ถูกรบกวนเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง
• โครงสร้างแข็งแรงทนทานมาก ไดรฟ์ NEXLINE สามารถทนต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนได้มากถึงหลายกรัมระหว่างการขนส่ง

ความยืดหยุ่นในการออกแบบสำหรับ OEM

ไดรฟ์ NEXLINE มีให้เลือกใช้งานสามแบบด้วยกัน ผู้ใช้สามารถสั่งซื้อมอเตอร์ OEM สำเร็จรูป เฉพาะแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซสำหรับมอเตอร์ที่ออกแบบเองเท่านั้น หรือระบบครบวงจรที่ซับซ้อน เช่น โต๊ะหมุนแบบหลายแกน หรือไมโครหุ่นยนต์ประกอบที่มีอิสระหกระดับ ในรูป 16–19 แสดงตัวเลือกการใช้งานต่างๆ สำหรับอุปกรณ์กำหนดตำแหน่งแบบหลายแกนโดยอิงจากเพียโซแอคชูเอเตอร์จาก PI

บริษัทมีความเชี่ยวชาญในการพัฒนาและผลิตมอเตอร์ไมโครอิเล็กทริกแบบเซรามิกสำหรับใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็ก นิวสเกลเทคโนโลยีอิงค์ (www.NewScaleTech.com) ก่อตั้งขึ้นในปี 2545 โดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์สิบปีในด้านการออกแบบแอคชูเอเตอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก ตัวอย่างเชิงพาณิชย์ชุดแรกของไดรฟ์ SQUIGGLE ถูกสร้างขึ้นแล้วในปี 2547 การออกแบบไดรฟ์แบบพิเศษถูกสร้างขึ้นสำหรับการใช้งานในสภาวะที่รุนแรง สำหรับการใช้งานในสุญญากาศ ในการติดตั้งแบบแช่แข็งที่อุณหภูมิต่ำมาก เช่นเดียวกับการทำงานในพื้นที่ที่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง

ในระยะเวลาอันสั้น มอเตอร์เพียโซของ SQUIGGLE พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยี อุปกรณ์กระบวนการไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์เลเซอร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์การบินและอวกาศ การติดตั้งการป้องกัน เช่นเดียวกับในอุปกรณ์อุตสาหกรรมและผู้บริโภค เช่น กล้องดิจิตอลและโทรศัพท์มือถือ โทรศัพท์

EBS "Lan" แจ้งว่าในเดือนกันยายน 2019 คอลเลกชันเฉพาะเรื่องที่มีให้สำหรับมหาวิทยาลัยของเราใน EBS "Lan" ได้รับการอัปเดต:
วิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์เทคนิค - สำนักพิมพ์ Lan - 20

เราหวังว่าวรรณกรรมชุดใหม่นี้จะเป็นประโยชน์ในกระบวนการศึกษา

ทดสอบการเข้าถึงคอลเลกชัน FireBook ใน Lan EBS

เรียนผู้อ่าน! ตั้งแต่วันที่ 10/01/2019 ถึง 31/10/2019 มหาวิทยาลัยของเราได้รับสิทธิ์เข้าถึงการทดสอบคอลเลกชันสิ่งพิมพ์ใหม่ใน Lan EBS ฟรี:
สำนักพิมพ์ "วิศวกรรมศาสตร์และเทคนิค" PozhKniga
สำนักพิมพ์ "PozhKniga" เป็นแผนกอิสระของ University of Integrated Security Systems and Engineering Support (Moscow) ความเชี่ยวชาญของสำนักพิมพ์: การเตรียมและการตีพิมพ์วรรณกรรมด้านการศึกษาและการอ้างอิงเกี่ยวกับความปลอดภัยจากอัคคีภัย (ความปลอดภัยขององค์กร, การสนับสนุนด้านกฎระเบียบและทางเทคนิคสำหรับคนงานในระบบความปลอดภัยแบบบูรณาการ, การควบคุมดูแลอัคคีภัย, อุปกรณ์ดับเพลิง)

เผยแพร่วรรณกรรมสำเร็จ!

เรียนผู้อ่าน! เรามีความยินดีที่จะแจ้งให้คุณทราบเกี่ยวกับ สำเร็จลุล่วงการแจกจ่ายวรรณกรรมให้กับนักศึกษาชั้นปีที่ 1 ตั้งแต่วันที่ 1 ตุลาคม ห้องอ่านหนังสือแบบเปิดหมายเลข 1 จะทำงานตามตารางเวลาปกติตั้งแต่เวลา 10.00 น. - 19.00 น.
ตั้งแต่วันที่ 1 ตุลาคม เป็นต้นไป นักศึกษาที่ไม่ได้รับวรรณกรรมร่วมกับกลุ่ม จะได้รับเชิญให้ไปที่แผนกวรรณกรรมการศึกษา (ห้อง 1239, 1248) และแผนกวรรณกรรมเศรษฐกิจสังคม (ห้อง 5512) เพื่อรับวรรณกรรมที่จำเป็นตามกฎที่กำหนด เพื่อใช้ห้องสมุด
การถ่ายภาพสำหรับบัตรห้องสมุดดำเนินการในห้องอ่านหนังสือหมายเลข 1 ตามตารางเวลา: วันอังคารวันพฤหัสบดีเวลา 13.00 น. - 18.30 น. (พักเวลา 15.00 น. - 16.30 น.)

27 กันยายนเป็นวันสุขาภิบาล (ลงนามแผ่นบายพาส)

การลงทะเบียนบัตรห้องสมุด

เรียนนักศึกษาและเจ้าหน้าที่มหาวิทยาลัย! 09/20/2019 และ 09/23/2019 เวลา 11:00 น. - 16:00 น. (พักตั้งแต่ 14:20 น. - 14:40 น.) ขอเชิญชวนทุกคนรวมถึง นักศึกษาชั้นปีที่ 1 ที่ไม่มีเวลาถ่ายรูปร่วมกับกลุ่มเพื่อรับบัตรห้องสมุดสำหรับห้องอ่านหนังสือหมายเลข 1 ของห้องสมุด (ห้อง 1201)
ตั้งแต่วันที่ 24 กันยายน 2562 เป็นต้นไป จะมีการถ่ายรูปบัตรห้องสมุดตามกำหนดการปกติ วันอังคาร และพฤหัสบดี เวลา 13.00 น. - 18.30 น. (พักระหว่าง 15.00 น. - 16.30 น.)

ในการรับบัตรห้องสมุด คุณต้องมี: นักเรียน - บัตรนักเรียนเพิ่มเติม, พนักงาน - บัตรผ่านมหาวิทยาลัยหรือหนังสือเดินทาง

7. ไมโครมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

ไมโครมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก (PMM) เป็นมอเตอร์ที่มีการเคลื่อนไหวทางกลของโรเตอร์เนื่องจากเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกหรือเพียโซแมกเนติก

การไม่มีขดลวดและความเรียบง่ายของเทคโนโลยีการผลิตไม่ได้เป็นเพียงข้อดีของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเท่านั้น ความหนาแน่นของพลังงานสูง (123 W/k ชที่ PMD และ 19 W/k ชในไมโครมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบธรรมดา) ประสิทธิภาพสูง (ได้รับประสิทธิภาพการบันทึกถึง 85% จนถึงปัจจุบัน) ความเร็วในการหมุนและแรงบิดที่หลากหลายบนเพลา ลักษณะทางกลที่ยอดเยี่ยม การไม่มีสนามแม่เหล็กที่ปล่อยออกมา และข้อดีอื่น ๆ อีกหลายประการ มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกช่วยให้เราพิจารณาว่าเป็นมอเตอร์ที่จะเข้ามาแทนที่ไมโครแมชชีนไฟฟ้าที่ใช้อยู่ในปัจจุบันในวงกว้าง

§ 7.1 เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก

เป็นที่ทราบกันว่าวัสดุแข็งบางชนิด เช่น ควอตซ์ สามารถเปลี่ยนขนาดเชิงเส้นในสนามไฟฟ้าได้ เหล็ก นิกเกิล โลหะผสมหรือออกไซด์ของพวกมันสามารถเปลี่ยนขนาดได้เมื่อสนามแม่เหล็กโดยรอบเปลี่ยนแปลง อันแรกคือวัสดุเพียโซอิเล็กทริกและอันที่สองคือเพียโซแมกเนติก ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกและเพียโซแมกเนติก

มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกสามารถทำจากวัสดุทั้งสองชนิด อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในปัจจุบันคือ เพียโซอิเล็กทริก ไม่ใช่มอเตอร์เพียโซแมกเนติก

มีเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบตรงและแบบย้อนกลับ ทางตรงคือลักษณะของประจุไฟฟ้าเมื่อองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกผิดรูป ย้อนกลับ - การเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นในขนาดขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกเมื่อเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้า- เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกค้นพบครั้งแรกโดย Jeanne และ Paul Curie ในปี 1880 บนผลึกควอตซ์ ต่อมาคุณสมบัติเหล่านี้ถูกค้นพบในสารมากกว่า 1,500 ชนิด ซึ่งเกลือ Rochelle, แบเรียมไททาเนต ฯลฯ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นที่ชัดเจนว่ามอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก "ทำงาน" กับเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน

§ 7.2 การออกแบบและหลักการทำงานของไมโครมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

ปัจจุบันมีการออกแบบ PMD ที่แตกต่างกันมากกว่า 50 แบบ ลองดูบางส่วนของพวกเขา

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสถูกนำไปใช้กับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกที่อยู่กับที่ (PE) - สเตเตอร์ (รูปที่ 7.1) ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ส่วนปลายของ PE ซึ่งโค้งงอตามลำดับในระนาบสามระนาบ อธิบายถึงวิถีการเคลื่อนที่แบบวงกลม หมุดที่อยู่ปลายด้านที่เคลื่อนที่ได้ของ PE จะเกิดปฏิกิริยาเสียดสีกับโรเตอร์และทำให้มันหมุน

กำลังของโครงสร้างที่อธิบายไว้ข้างต้นไม่เกินหนึ่งในร้อยของวัตต์ ดังนั้นการใช้โครงสร้างเหล่านี้เป็นตัวขับเคลื่อนจึงเป็นปัญหามาก การออกแบบที่มีแนวโน้มมากที่สุดกลายเป็นแบบที่ใช้หลักการพาย (รูปที่ 7.3)

จำไว้ว่าเรือเคลื่อนที่อย่างไร ขณะที่ไม้พายอยู่ในน้ำ การเคลื่อนที่ของเรือจะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของเรือ ในระหว่างการหยุดชั่วคราวระหว่างจังหวะ เรือจะเคลื่อนที่ตามความเฉื่อย

องค์ประกอบการออกแบบหลักของมอเตอร์ที่เป็นปัญหาคือสเตเตอร์และโรเตอร์ (รูปที่ 7.4) มีการติดตั้งตลับลูกปืน 2 ไว้ที่ฐาน 1 โรเตอร์ 3 ทำจากวัสดุแข็ง (เหล็ก เหล็กหล่อ เซรามิก ฯลฯ) มีลักษณะเป็นทรงกระบอกเรียบ ส่วนสำคัญของ PMD คือระบบออสซิลเลเตอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า - ออสซิลเลเตอร์ (เครื่องสั่น) - แยกทางเสียงจากฐานและแกนของโรเตอร์ ในกรณีที่ง่ายที่สุด ประกอบด้วยแผ่นเพียโซอิเล็กทริก 4 พร้อมด้วยปะเก็นที่ทนต่อการสึกหรอ 5 ปลายที่สองของแผ่นยึดเข้ากับฐานโดยใช้ปะเก็นยืดหยุ่น 6 ที่ทำจากฟลูออโรพลาสติก ยาง หรือวัสดุอื่นที่คล้ายคลึงกัน ออสซิลเลเตอร์ถูกกดเข้ากับโรเตอร์ด้วยสปริงเหล็ก7 ซึ่งปลายจะกดบนเครื่องสั่นผ่านปะเก็นยางยืด 8 สกรู 9 ใช้เพื่อควบคุมระดับการบีบอัด

เพื่ออธิบายกลไกของการสร้างแรงบิด ให้เรานึกถึงลูกตุ้ม ถ้าลูกตุ้มได้รับการแกว่งในระนาบตั้งฉากกันสองระนาบ จากนั้นขึ้นอยู่กับแอมพลิจูด ความถี่ และเฟสของแรงรบกวน จุดสิ้นสุดของมันจะอธิบายวิถีจากวงกลมไปยังวงรีที่ยาวมาก ดังนั้นในกรณีของเรา หากใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่หนึ่งกับแผ่นเพียโซอิเล็กทริก ขนาดเชิงเส้นของมันจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ: มันจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงเช่น แผ่นจะทำการสั่นสะเทือนตามยาว (รูปที่ 7.5,a)

เมื่อความยาวของแผ่นเพิ่มขึ้นปลายพร้อมกับโรเตอร์จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตามขวาง (รูปที่ 7.5, b) ซึ่งเทียบเท่ากับการกระทำของแรงดัดตามขวาง ซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนตามขวาง การเปลี่ยนเฟสของการสั่นสะเทือนตามยาวและตามขวางขึ้นอยู่กับขนาดของแผ่น ประเภทของวัสดุ ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย และโดยทั่วไปอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 0 o ถึง 180 o ที่การเปลี่ยนเฟสนอกเหนือจาก 0° และ 180° จุดสัมผัสจะเคลื่อนที่ไปตามวงรี ในขณะที่สัมผัสกับโรเตอร์ แผ่นจะส่งแรงกระตุ้นการเคลื่อนที่ไป (รูปที่ 7.5, c)

ความเร็วเชิงเส้นของการหมุนของโรเตอร์ขึ้นอยู่กับความกว้างและความถี่ของการกระจัดของส่วนท้ายของออสซิลเลเตอร์ ดังนั้นยิ่งแรงดันไฟฟ้าและความยาวขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกมากขึ้นเท่าใด ความเร็วเชิงเส้นของการหมุนของโรเตอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เราไม่ควรลืมว่าเมื่อความยาวของเครื่องสั่นเพิ่มขึ้น ความถี่ของการสั่นของมันจะลดลง

แอมพลิจูดการกระจัดสูงสุดของออสซิลเลเตอร์ถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดความแข็งแกร่งของวัสดุหรือความร้อนสูงเกินไปของส่วนประกอบเพียโซอิเล็กทริก ความร้อนสูงเกินไปของวัสดุเหนืออุณหภูมิวิกฤติ - อุณหภูมิกูรี - ส่งผลให้สูญเสียคุณสมบัติของเพียโซอิเล็กทริก สำหรับวัสดุหลายประเภท อุณหภูมิกูรีสูงกว่า 250 0 C ดังนั้นแอมพลิจูดการกระจัดสูงสุดจึงถูกจำกัดโดยความต้านทานแรงดึงของวัสดุ เมื่อคำนึงถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยสองเท่า VP = 0.75 m/s

ความเร็วเชิงมุมของโรเตอร์

โดยที่ D P คือเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์

ดังนั้นความเร็วในการหมุนมีหน่วยเป็นรอบต่อนาที

หากเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์ D P = 0.5 - 5 ซม. ดังนั้น n = 3000 - 300 rpm ดังนั้น คุณสามารถเปลี่ยนความเร็วการหมุนของเครื่องได้ในช่วงกว้างโดยการเปลี่ยนเฉพาะเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์

การลดแรงดันไฟฟ้าช่วยให้คุณลดความเร็วในการหมุนลงเหลือ 30 รอบต่อนาทีในขณะที่ยังคงรักษากำลังให้สูงเพียงพอต่อหน่วยน้ำหนักเครื่องยนต์ ด้วยการเสริมความแข็งแรงให้กับเครื่องสั่นด้วยแผ่นแซฟไฟร์ที่มีความแข็งแรงสูง ทำให้สามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนเป็น 10,000 รอบต่อนาที ช่วยให้สามารถขับเคลื่อนงานภาคปฏิบัติได้หลากหลายโดยไม่ต้องใช้กระปุกเกียร์แบบกลไก

§ 7.3 การประยุกต์ใช้ไมโครมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

ควรสังเกตว่าการใช้ PMD ยังมีจำกัดมาก ปัจจุบัน ไดรฟ์เพียโซอิเล็กทริกสำหรับเครื่องเล่นที่พัฒนาโดยนักออกแบบของสมาคม Elfa (วิลนีอุส) และไดรฟ์เพียโซอิเล็กทริกสำหรับเพลาขับของเครื่องบันทึกวิดีโอที่สร้างขึ้นที่สมาคมโพซิตรอน ได้รับการแนะนำให้ใช้สำหรับการผลิตจำนวนมาก

การใช้ PMD ในอุปกรณ์บันทึกเสียงและวิดีโอทำให้เกิดแนวทางใหม่ในการออกแบบกลไกการเคลื่อนย้ายเทป เนื่องจากองค์ประกอบของหน่วยนี้ประกอบเข้ากับเครื่องยนต์ได้ตามธรรมชาติ กลายเป็นตัวเรือน ตลับลูกปืน แคลมป์ ฯลฯ คุณสมบัติที่ระบุของมอเตอร์เพียโซทำให้สามารถขับเคลื่อนดิสก์ของเครื่องเล่นได้โดยตรงโดยการติดตั้งโรเตอร์บนเพลาไปยังพื้นผิวที่ออสซิลเลเตอร์ถูกกดอยู่ตลอดเวลา กำลังบนเพลาจานหมุนไม่เกิน 0.2 W ดังนั้นโรเตอร์ PMD จึงสามารถทำจากโลหะหรือพลาสติก เช่น คาร์โบไลท์

มีการผลิตต้นแบบของเครื่องโกนหนวดไฟฟ้า Kharkov-6M พร้อม PMD สองตัวที่มีกำลังรวม 15W ตามกลไกของนาฬิกาตั้งโต๊ะ Slava มีรุ่นที่มีสเต็ปเปอร์เพียโซมอเตอร์ แรงดันไฟจ่าย 1.2 V; ปริมาณการใช้กระแสไฟ 150 μA การใช้พลังงานต่ำช่วยให้ใช้พลังงานจากโฟโตเซลล์

การติดพอยน์เตอร์และสปริงกลับเข้ากับโรเตอร์ PMD ช่วยให้เครื่องยนต์สามารถใช้เป็นเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าขนาดเล็กและราคาถูกที่มีสเกลทรงกลมได้

รีเลย์ไฟฟ้าที่มีการใช้พลังงานตั้งแต่หลายสิบไมโครวัตต์ไปจนถึงหลายวัตต์นั้นใช้มอเตอร์เพียโซเชิงเส้น รีเลย์ดังกล่าวไม่ใช้พลังงานในสภาวะการทำงาน หลังการทำงาน แรงเสียดทานจะยึดหน้าสัมผัสไว้ในสถานะปิดได้อย่างน่าเชื่อถือ

ไม่ใช่ทุกตัวอย่างของการใช้ PMD ที่ได้รับการพิจารณา มอเตอร์เพียโซสามารถใช้งานได้หลากหลายในเครื่องจักร หุ่นยนต์ อวัยวะเทียม ของเล่นเด็ก และอุปกรณ์อื่นๆ

การศึกษาเกี่ยวกับเพียโซมอเตอร์เพิ่งเริ่มต้น ดังนั้นจึงยังไม่เปิดเผยความสามารถทั้งหมดของมัน พลังสูงสุดของ MTD นั้นไม่จำกัดโดยพื้นฐาน แต่สามารถแข่งขันกับเครื่องยนต์อื่นในช่วงกำลังได้ถึง 10 วัตต์ นี่เป็นเพราะไม่เพียงแต่คุณสมบัติการออกแบบของ PMD เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระดับการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับปรุงวัสดุเพียโซอิเล็กทริก แข็งยิ่งยวด และทนทานต่อการสึกหรอ ด้วยเหตุนี้ จุดประสงค์ของการบรรยายนี้จึงมีจุดประสงค์หลักเพื่อเตรียมวิศวกรในอนาคตให้พร้อมสำหรับการรับรู้เทคโนโลยีสาขาใหม่ ก่อนการผลิตไมโครมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกทางอุตสาหกรรม

การแนะนำ

1 โมดูลเมคคาทรอนิกส์ที่ใช้มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกและการใช้งาน

1.1 มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

1 2 มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเป็นส่วนหนึ่งของโมดูลเมคคาทรอนิกส์

1 3 วิธีการแก้ไขพารามิเตอร์ของโมดูลเมคคาทรอนิกส์ที่ใช้มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

1 3 1 วิธีการควบคุมแบบมิติเดียว

132 วิธีการควบคุมความถี่แอมพลิจูด

1 3 3 วิธีการควบคุมเฟสแอมพลิจูด

1 4 บูรณาการฟังก์ชัน-โครงสร้าง

1 5 การบูรณาการเชิงโครงสร้างและเชิงสร้างสรรค์

1 6 การใช้งานโมดูลเมคคาทรอนิกส์ที่ใช้มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

1 7 ข้อสรุป

2 การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์กระแทกเพียโซอิเล็กทริก

2 1 ศึกษาการออกแบบมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

2 2 การศึกษาคุณลักษณะคงที่และไดนามิกของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

2 3 แผนภาพการออกแบบของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

2 4 การสังเคราะห์แบบจำลองตัวแปลงมอเตอร์เชิงกล

2 4.1 แบบจำลองของตัวดันของคอนเวอร์เตอร์เชิงกล

2 4 2 แบบจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวดันและโรเตอร์ของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

2 4.3 คำนึงถึงอิทธิพลของโซนตายของลักษณะการควบคุม

2 4 4 การสร้างแบบจำลององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก

2 4.5 คำนึงถึงอิทธิพลของปฏิกิริยาโรเตอร์

2 5 ข้อสรุป

3 การสังเคราะห์ตัวควบคุมที่มีโครงสร้างแบบปรับได้ซึ่งทำให้คุณลักษณะของเครื่องยนต์เป็นเส้นตรง

3 1 แนวคิดการปรับความถี่ควบคุม

33 2 การศึกษาอิทธิพลของวงจรการปรับตัวต่อคุณภาพการทำงานของโมดูลเมคคาทรอนิกส์ที่ใช้มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

3.2.1 การตั้งค่าพารามิเตอร์ของลูปควบคุมเฟส

3 2.2 การตั้งค่าลูปควบคุมปัจจุบัน

3 3 การวิเคราะห์กระบวนการชั่วคราวของโมดูลเมคคาทรอนิกส์เมื่อใช้อุปกรณ์แก้ไขที่มีโครงสร้างแบบปรับได้

3 4 การวิเคราะห์เปรียบเทียบคุณลักษณะของวิธีการจัดการ

3 4.1 การคัดเลือกและเหตุผลของเกณฑ์การประเมินคุณภาพการจัดการ

3 4 2 ผลการวิเคราะห์เปรียบเทียบ

3 4 3 ข้อดีของการใช้อุปกรณ์แก้ไขที่มีโครงสร้างแบบปรับได้

3 5 ลดความซับซ้อนของแบบจำลองโมดูลเมคคาทรอนิกส์โดยใช้มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

3 6 ข้อสรุป

4 การศึกษาทดลองโมดูลเมคคาทรอนิกส์ต้นแบบ

4 1 การใช้งานเครื่องขยายกำลังแบบสวิตชิ่ง

4 2 การใช้งานเซ็นเซอร์เฟส

4 3 คอมพิวเตอร์อเนกประสงค์

4 4 การตรวจสอบความเพียงพอของแบบจำลองที่ผ่านการขัดเกลาแล้ว

4 5 ระเบียบวิธีในการออกแบบโมดูลเมคคาทรอนิกส์โดยใช้มอเตอร์กระแทกเพียโซอิเล็กทริก

4 6 ข้อสรุป

5 เพิ่มประสิทธิภาพการใช้โมดูลเมคคาทรอนิกส์เป็นส่วนหนึ่งของระบบการวิจัย

5 1 สถาปัตยกรรมของศูนย์วิจัย

5 2 การจัดระเบียบการเข้าถึงอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ

5 3 การออกแบบบริการห้องปฏิบัติการโดยใช้ผู้จัดการทรัพยากรแบบครบวงจรสำหรับอุปกรณ์การวิจัย

5 4 ระเบียบวิธีในการออกแบบห้องปฏิบัติการแบบกระจาย

5 5 ตัวอย่างโครงการที่เสร็จสมบูรณ์

5 5 1 ม้านั่งในห้องปฏิบัติการสำหรับศึกษากระบวนการไดนามิกของชุดขับเคลื่อนที่ใช้มอเตอร์กระแสตรง

5 5.2 ม้านั่งห้องปฏิบัติการสำหรับศึกษามอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก

5 6 ข้อสรุป

รายการวิทยานิพนธ์ที่แนะนำ

• มอเตอร์หมุนแบบเพียโซอิเล็กทริก - เป็นองค์ประกอบของระบบอัตโนมัติ 2541 ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิค Kovalenko, Valery Anatolyevich

• ความรู้พื้นฐานทางทฤษฎีและการออกแบบระบบการเคลื่อนที่ไมโครแบบเมคคาทรอนิกส์พร้อมระบบขับเคลื่อนเพียโซอิเล็กทริก 2547, วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต Smirnov, Arkady Borisovich

• การเพิ่มความแม่นยำและความเร็วของเซอร์โวไดรฟ์อิเล็กโทรนิวแมติกแบบเมคคาทรอนิกส์ทางอุตสาหกรรม โดยอิงจากการรวมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของส่วนประกอบเมคคาทรอนิกส์ 2010 ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิค Kharchenko, Alexander Nikolaevich

• การสังเคราะห์อัลกอริธึมดิจิทัลอัตโนมัติสำหรับการควบคุมพัลส์ของแอคชูเอเตอร์ของไดรฟ์ด้วยมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามเฟส 2555 ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิค Gagarin, Sergey Alekseevich

• การพัฒนาและการวิจัยมือจับเพียโซอิเล็กทริกแบบเมคคาทรอนิกส์พร้อมการวางตำแหน่งแบบไมโครและการตรวจจับ 2551 ผู้สมัครวิทยาศาสตร์เทคนิค Krushinsky, Ilya Aleksandrovich

การแนะนำวิทยานิพนธ์ (ส่วนหนึ่งของบทคัดย่อ) ในหัวข้อ “การปรับปรุงคุณลักษณะไดนามิกของโมดูลเมคคาทรอนิกส์ด้วยมอเตอร์กระแทกเพียโซอิเล็กทริกตามวิธีการควบคุมแบบปรับตัว”

วิทยานิพนธ์ที่คล้ายกัน ในความพิเศษ "หุ่นยนต์, เมคคาทรอนิกส์และระบบหุ่นยนต์", 02/05/05 รหัส VAK

• การพัฒนาและการวิจัยอัลกอริธึมการควบคุมสำหรับระบบ "เครื่องขยายกำลังพัลส์ - มอเตอร์สองเฟสแบบอะซิงโครนัส" พ.ศ. 2548 ผู้สมัครสาขาวิชาวิทยาศาสตร์เทคนิค Pham Tuan Thanh

• การพัฒนารากฐานระเบียบวิธีสำหรับการสร้างทรานสดิวเซอร์การวัดปฐมภูมิของปริมาณเชิงกลภายใต้การรบกวนระดับต่ำโดยอาศัยเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรง พ.ศ. 2544 วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต Yarovikov, Valery Ivanovich

• การวิจัยและพัฒนาข้อมูลและการควบคุมระบบเมคคาทรอนิกส์ด้วยมอเตอร์เหนี่ยวนำ 2552 ผู้สมัครวิทยาศาสตร์เทคนิค Salov, Semyon Aleksandrovich

• การควบคุมตามเกณฑ์การใช้ทรัพยากรพลังงานในระบบเมคคาทรอนิกส์อย่างมีประสิทธิภาพ 2544, วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต Malafeev, Sergey Ivanovich

• ระบบควบคุมแบบดิจิตอลของโมดูลเมคคาทรอนิกส์พร้อมมอเตอร์กระแสตรงไร้สัมผัสสามเฟส 2545 ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิค Krivilev, Alexander Vladimirovich

บทสรุปของวิทยานิพนธ์ ในหัวข้อ "หุ่นยนต์, เมคคาทรอนิกส์และระบบหุ่นยนต์", Tikhonov, Andrey Olegovich

รายการอ้างอิงสำหรับการวิจัยวิทยานิพนธ์ ผู้สมัครวิทยาศาสตร์เทคนิค Tikhonov, Andrey Olegovich, 2004

โปรดทราบว่าข้อความทางวิทยาศาสตร์ที่นำเสนอข้างต้นถูกโพสต์เพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น และได้รับผ่านการจดจำข้อความวิทยานิพนธ์ต้นฉบับ (OCR) ดังนั้นอาจมีข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับอัลกอริธึมการรู้จำที่ไม่สมบูรณ์ ไม่มีข้อผิดพลาดดังกล่าวในไฟล์ PDF ของวิทยานิพนธ์และบทคัดย่อที่เราจัดส่ง

บ้าน » ระบบทำความร้อน » วิธีการทำงานของกล้องออโต้โฟกัสและมอเตอร์อัลตราโซนิกในเลนส์ การออกแบบการ์ดไลบรารีมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเชิงเส้นขนาดเล็ก