Piezo aktüatörler, Ses bobini aktüatörleri, Doğrusal motor kademeleri.

Doğrusal hareketten bahsettiğimizde, genellikle hareket mesafesinin en az birkaç yüz milimetre olduğu ve gerekli konumlandırmanın birkaç milimetrenin onda biri aralığında olduğu uygulamaları ele alırız. Bu gereksinimler için, devridaim rulmanlı kılavuzlar ve tahrik sistemleri iyi bir uyum sağlar. Örnek olarak: yaygın bir 5. sınıf bilyalı vidanın adım sapması, 300 mm hareket başına 26 mikrondur. Ancak uygulama nanometre aralığında (metrenin milyarda biri) konumlandırma gerektirdiğinde, mühendisler gerekli çözünürlüğü elde etmek için mekanik yuvarlanma ve devridaim elemanlarının ötesine bakmak zorundadır.

Nanokonumlandırma için en yaygın üç doğrusal hareket çözümü piezo aktüatörler, ses bobini aktüatörleri ve doğrusal motor kademeleridir. Bu çözümlerin her birindeki tahrik mekanizması, mekanik yuvarlanma veya kayma elemanlarından tamamen arındırılmıştır ve yüksek konumlandırma doğruluğu ve çözünürlüğü için hava yataklarıyla eşleştirilebilirler.

Piezo aktüatörler

Piezo aktüatörler (piezo motorlar olarak da adlandırılır), hareket ve kuvvet üretmek için ters piezoelektrik etkiden yararlanır. Birçok piezo aktüatör çeşidi vardır, ancak nanopozisyonlama için yaygın olarak kullanılan iki türü doğrusal step ve doğrusal ultrasoniktir. Doğrusal step piezo motorlar, bir sıra halinde monte edilmiş ve "bacak" çiftleri gibi davranan birkaç piezo elemanı kullanır. Elektrik yükü uygulandığında, bir çift bacak sürtünme yoluyla uzunlamasına bir çubuğu kavrar ve bacaklar uzayıp büküldükçe çubuğu ileri doğru hareket ettirir. Bu bacak çifti serbest kaldığında, bir sonraki çift devreye girer. Son derece yüksek frekanslarda çalışarak, doğrusal step piezo motorlar 150 mm'ye kadar strok ve pikometre düzeyinde çözünürlükle sürekli doğrusal hareket üretir.

Doğrusal ultrasonik piezo motorlar, piezoelektrik bir plakaya dayanır. Plakaya elektrik yükü uygulandığında, rezonans frekansında uyarılır ve salınım yapmaya başlar. Bu salınımlar plakada ultrasonik dalgalar üretir. Plakaya bir bağlantı elemanı (veya itici) takılır ve uzunlamasına bir çubuğa (koşucu olarak da adlandırılır) karşı önceden yüklenir. Ultrasonik dalgalar, plakanın eliptik bir şekilde genişleyip daralmasına neden olarak, bağlantı elemanının çubuğu ileri doğru hareket ettirmesini ve doğrusal hareket üretmesini sağlar. Doğrusal ultrasonik piezo motorlar, 50 ila 80 nm çözünürlük elde edebilir ve maksimum hareket mesafesi, doğrusal step motorlara benzer şekilde 100 ila 150 mm'dir.

Ses bobini aktüatörleri

Nanokonumlandırma uygulamaları için bir diğer çözüm ise ses bobini aktüatörleridir. Doğrusal motorlara benzer şekilde, ses bobini aktüatörleri de kalıcı bir manyetik alan ve bir bobin sargısı kullanır. Bobine akım uygulandığında, bir kuvvet (Lorentz kuvveti olarak bilinir) üretilir. Kuvvetin büyüklüğü, akım ve manyetik akının çarpımıyla belirlenir.

Bu kuvvet, hareketli parçanın (mıknatıs veya bobin olabilir) hava yatakları veya çapraz makaralı kızaklar tarafından sağlanan yönlendirme ile hareket etmesine neden olur. Ses bobini aktüatörleri, tipik olarak 30 mm'ye kadar hareket mesafesiyle 10 nm'ye kadar çözünürlük elde edebilir, ancak bazılarında 100 mm'ye kadar hareket mesafesi de mevcuttur.

Doğrusal motor kademeleri

Daha uzun hareket mesafelerinde nanometre çözünürlüğü gerektiğinde, hava yataklı lineer motor kademeleri genellikle en iyi seçimdir. Piezo ve ses bobini aktüatörlerinin hareket kabiliyeti sınırlı iken, lineer motorlar birkaç metreye kadar hareket için tasarlanabilir. Kılavuz sistem olarak hava yataklarının kullanılması, lineer motor kademesini tamamen temassız hale getirir; hareket ve konumlandırma doğruluğunu etkileyecek mekanik iletim elemanları veya sürtünme yoktur. Aslında, hava yataklı lineer motor kademeleri tek nanometre çözünürlüğe ulaşabilir.

Nanopozisyonlama uygulamaları için doğrusal motor kademelerinin dezavantajı, piezo veya ses bobini aktüatörlerine kıyasla çok daha büyük bir alana ihtiyaç duymalarıdır. Küçük cihazlara entegre edilmeleri zor olsa da, tıbbi görüntüleme gibi nispeten uzun strok ve yüksek çözünürlük gerektiren uygulamalar için iyi bir seçimdirler.