ניו-טק מגזין | דצמבר 2017

Motion Control מוסף מיוחד

פתרונותמתקדמים להנעהמדויקת בעזרתמנועים פיאזואלקטריים

NANO MOTION , ניר קרסיקוב, גל פלד, רומן יסינוב ומיכל אהוביה

רזוננס מסוים של סטטור זה. אחד מיתרונות התכנון של מנוע פיאזואלקטרי נמצא באפשרות השילוב בין תדר הרזוננס המכאני של הסטטור לבין תדר הרזוננס החשמלי של המעגל המספק את המתח. הודות לרזוננסים אלו ניתן לקבל מעוותים גבוהים של הסטטור נמוך DC הפיאזואלקטרי ע"י אספקת מתח בכניסה אל המעגל. תכנון זה מייתר את השימוש בספקי מתח גבוה אשר היו נדרשים אילולא כן, ומאפשר להפעיל את המנוע אפילו מסוללה. למנועים פיאזואלקטריים אולטראסוניים יתרונות לעומת מנועים מספר אלקטרומגנטיים בעלי אותו גודל ומשקל. לעומת מנועים אלקטרומגנטיים יעילות המנועים הפיאזואלקטריים איננה יורדת עם גודל המנוע. על כן ניתן לבנות מנועים קטנים סמ"ק) ללא איבוד 1 (קטנים משמעותית מ יעילות המרת האנרגיה (אשר נשארת גבוהה גם במנועים גדולים). הצימוד המכאני הישיר של האלמנט הפיאזואלקטרי אל ציר התנועה ) Nanomotion ) (לדוגמא, במנועי direct drive ( מאפשר העברה ישירה של מומנט/כוח, בעזרת חיכוך, ללא שימוש בגיר מכל סוג שהוא, וזאת לאורך מהלך תנועה שאיננו מוגבל (אלה רק ע"י המהלך החופשי של ציר התנועה עצמו). כתוצאה מכך ניתן לתכנן ציר תנועה ללא

מנועים פיאזואלקטריים אולטראסוניים הינם בעלי תכונות ייחודיות המאפשרות עמידה בדרישות הדיוק, הביצועים והסביבה גם יחד. התפתחות הטכנולוגיה של מנועים אלא מאפשרת כיום בניה של פלטפורמות תנועה מוכללות המספקות פתרון מלא לתנועה רב צירית מבוקרת. לדוגמא, במות להנעת וופרים לתעשיית המיקרו-אלקטרניקה, מודולים קטנים לתעשיית האלקטרואופטיקה, במות לשימוש בחלל ועוד. מנועים פיאזואלקטריים אולטראסוניים פותחו בשנות השבעים של המאה שעברה, כמענה לצורך במנועים לא מגנטיים קטנים, להנעה מדוייקת, בתעשיית המיקרואלקטרוניקה. הפיתוח התאפשר גם בזכות זמינות הולכת וגוברת של חומרים פיאזואלקטריים איכותיים במחירים זולים יחסית. עקרון הפעולה של מנועים אלא הינו המרת אנרגיית ערור חשמלית לאנרגיה מכאנית ע"י צימוד סטטור פיאזואלקטרי, הרוטט בתדר הרזוננס, אל ציר תנועה מכאני. הפעלת המנוע מבוצעת ע"י הפעלת מתח חילופין בין (מערך) האלקטרודות שעל גבי הסטטור, וזאת בתדר מתאים לערור אופן מנועים פיאזואלקטריים אולטראסוניים

מבוא מערכות הנעה מדויקות משמשות כרכיבים קריטיים במגוון רחב של תחומים טכנולוגיים. עם התקדמות הטכנולוגיה והקטנת מימדי ההתקנים, עולות בהתמדה הדרישות לאחידות התנועה ודיוקי המיקום. בד-בבד ההספקים המותרים ונפחי ההתקנה של מערכות ההנעה קטנים. בנוסף לכך תחומים רבים דורשים עמידה בתנאי סביבה קשים, תוך אבטחת ביצועים דינאמיים מאתגרים, לאורך שנות עבודה ארוכות. להלן מספר דוגמאות דורשניות. כיוון מצלמות וגימבלים בתחום ההדמיה מצריך דיוקים ברמת עשרות בודדות של מיקרו- רדיאנים. אחידות תנועה ודיוקי מיקום של עשרות נאנומטרים נדרשים הן עבור כיוון מראות ועדשות בתחום האופטיקה והן בסריקת דגמים בתחום המיקרוסקופיה. בתחום המטרולוגיה של התקני מל"מ דיוק מיקום ההתקן הנבדק אל מול המערכת הסורקת מתקרב לנאנומטר אחד. עבודה בתוך מיקרוסקופים אלקטרוניים, מערכות וואקום ובחלל מצריכה עמידות בוואקום גבוה, בעבודה לאורך שנים רבות, תוך דרישות אחזקה מינימאליות. אבטחת קצב עבודה גבוה בתנאים אלא מחייב תכנון של מערכות בעלות עמידות גבוהה לאורך זמן תוך מינימיזצית ההספק למניעת התחממות.

New-Tech Magazine l 44