Verglichen mit herkömmlichen Präzisionsanwendungen mit DC-, BLDC- und Schrittmotoren haben die Piezomotoren von Piezo Motion folgende Vorteile:
Das Wort Piezo leitet sich vom griechischen Wort „piezein“ ab, was so viel wie drücken bedeutet. Der piezoelektrische Effekt lässt sich am besten als die Fähigkeit einiger Materialien (z. B. Piezokeramiken, Piezoelemente) beschreiben, als Reaktion auf eine mechanische Kraft (z. B. Quetschen oder Drücken) eine elektrische Ladung zu erzeugen. Der piezoelektrische Effekt ist reversibel, indem den Effekt aufweisende Materialien auch den umgekehrten Effekt “den inversen piezoelektrischen Effekt” aufweisen können. So verändern sie bei Anregung durch eine elektrische Ladung Form oder Größe und der inverse piezoelektrische Effekt ist die Grundlage für die Konstruktion von piezoelektrischen Motoren (Piezomotoren).
Obwohl der inverse piezoelektrische Effekt seit Jahren gut bekannt und untersucht ist, findet die Piezo-Technologie erst seit kurzem Anwendung in kommerziellen alltäglichen Geräten wie z.B. Fokussierung von Digitalkameras, Industrieventile oder Spielzeug.
Diese Situation ändert sich jetzt schnell, da immer mehr Unternehmen nach Alternativen zu herkömmlichen elektromagnetischen Motoren suchen, um moderne Probleme zu lösen, die mit der wachsenden Nachfrage nach besserer Leistung, höherer Energieeffizienz, Miniaturisierung und umweltfreundlicher Technologie verbunden sind. Immer mehr Unternehmen stellen fest, dass die Piezo-Motorentechnologie die einzigen effizienten und kostengünstigen Antworten auf diese Probleme bietet.
Piezomotoren gibt es in linearer und rotatorischer Form. Sie können für eine Vielzahl von Anwendungen sowohl als Einzel- als auch als komplexes Mehrachsensystem eingesetzt werden, die eine sehr präzise, wiederholbare und zuverlässige Bewegungssteuerung.
Aktuell gibt es die folgenden Modelle von Piezo Motion:
Rotative Piezo Motoren: 1 bis 30 mNm, 9 bis 32 mm Durchmesser
Lineare Piezo Motoren: 0,2 bis 10 N, 9 bis 30 mm Hub
Die geringe Größe des Piezomotors bedeutet, dass er an einer Vielzahl von Orten eingesetzt werden kann, an denen andere Lösungen möglicherweise Grenzen haben. Da Piezomotoren außerdem nicht magnetisch sind, können sie häufig in Anwendungen verwendet werden, die die Erzeugung starker Magnetfelder erfordern, wie z. B. medizinische MRT-Geräte.
Präzisionspositionierungs- und Bewegungssteuerungsanwendungen haben sich gegenüber der Verwendung piezoelektrischer Geräte erheblich weiterentwickelt, da sie genaue Bewegungen bis in den Nanometerbereich ermöglichen. In Umgebungen mit wenig Spielraum für Fehler kann ein genaues und wiederholbares Positionierungssystem der entscheidende Faktor zwischen anderen alternativen Lösungen sein.
Es gibt zahlreiche Gründe, warum sich ein Piezomotor hervorragend für viele Motion-Control-Systemdesigns eignet. Zunächst einmal sind sie von Natur aus energieeffizient, da nur dann Strom verbraucht werden muss, wenn Bewegung benötigt wird. Da kein elektrischer Strom an ein Piezo-Motorsystem gesendet wird, behält das Gerät seine Position und kann aufgrund der Wissenschaft hinter dem Piezo-Effekt an Ort und Stelle bleiben.
Die Piezomotoren von Piezo Motion arbeiten nach einem patentierten Prinzip der Anregung von Ultraschall-Stehwellen in einem piezoelektrischen Resonator.
Die resultierende Überlagerung zweier orthogonaler Ultraschallwellen verursacht eine elliptische Bewegung der Resonatorspitze, die den Rotor antreibt.
Die Bewegung eines Piezomotors wird durch eine Folge von elektrischen Impulsen gesteuert, die typischerweise von einer digital gesteuerten Wechselspannungsquelle geliefert werden, die direkt an das Piezoelement angelegt wird. Für die Dauer jedes Pulses wird die Erregerwechselspannung an das Piezoelement mit seiner Ultraschallresonanzfrequenz angelegt, wodurch es vibriert (und seine Form ändert).
Die Geschwindigkeit des Motors wird geändert, indem entweder die Wiederholungsrate der Pulse variiert wird, die die Dauer jedes einzelnen Pulses umfasst (d. h. Pulsweitenmodulation „PWM“). Mit der digitalen Steuerung kann jede Bewegung von einem einzelnen Nanometerschritt bis hin zu einer kontinuierlichen Bewegung genau und wiederholbar eingestellt werden.
Die elektronischen Treiberplatinen wurde entwickelt, um eine kostengünstige Benutzerschnittstelle bereitzustellen, die mit den Piezomotoren von Piezo Motion kompatibel ist.
Jede Treiberplatine wird für das jeweilige Motormodell vorprogrammiert geliefert und ist per Software konfigurierbar, um eine Optimierung der Treibersignale und der internen Steuerung zu ermöglichen.
Der Hauptzweck der Treiberplatine ist die Erzeugung von elektrischen Pulsen mit bestimmter Frequenz und Amplitude zur Anregung des Piezoresonators.
Es gibt zwei Varianten vom Piezo Motion Treiber: Open Loop und Closed Loop
Open Loop Lösungen eigenen sich für relative Bewegungen und Handsteuerung, während die Closed Loop Technik für exakte und wiederholgenaue Positionierung empfohlen wird, da die “Schritte” beim Piezomotor nicht immer zu 100% identisch sind.
Die Piezomotoren von Piezo Motion sind mit und ohne integriertem Encoder erhältlich. Für Closed Loop Anwendungen ist in jeden Fall ein Encoder nötig.
Die Piezo Motor Motoren von Piezo Motion bieten technische Vorteile und sind eine kostengünstige Alternative zu hochwertigen DC-, BLDC- und Schrittmotorantrieben für rotatorische und lineare Bewegungen. Sie sind direkt angetrieben und bieten eine hohe Präzision mit schnellen Reaktionszeiten sowie eine gute Leistungsdichte und ein geringes Gewicht. Mit null Energie zum Halten bieten sie die Möglichkeit eines sehr effizienten Gesamtbetriebs. Sie können so konstruiert werden, dass sie eine geringe magnetische Permeabilität für den Einsatz in MRT-Feldern bieten, immun gegen EM- und HF-Störungen sind und keine Emissionen aufweisen.
Kurz gesagt, Piezomotoren von Piezo Motion bieten Ingenieuren eine einzigartige alternative Konstruktionslösung, die sie in einer Vielzahl von Anwendungen in Betracht ziehen können.
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Wenn Sie mehr über die Piezomotoren von Piezo Motion erfahren möchten, kontaktieren Sie bitte:
Guido Gandolfo
Produkt Line Manager
Motion Control
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