About / Advertise
De små linjärmotorerna från Piezomotor stegar framåt med en närmast ofattbar precision på nanometernivå. Varje år tillverkas mellan 5 000 och 6 000 som hamnar i allt från operationsrobotar till utrustningar för halvledarproduktion.
Piezoelektriska motorer har några viktiga fördelar jämfört med traditionella roterande elektromagnetiska motorer.
– De klarar väldigt noggranna förflyttningar. Den egenskapen är mycket ofta en dörröppnare till nya projekt, konstaterar Anreas Danell, affärsutvecklare på Piezomotor.
Den piezoelektriska linjämotorn har i sig en upplösning på närmast ofattbara 0,6 nm. Det är samma storleksordning som våglängden för röntgenstrålning. Men Andreas Danell påpekar att det är hela systemet med enkoder och mekaniska komponenter som bestämmer hur hög precisionen blir i slutändan.
– Gör man allt rätt kan system byggda kring våra motorer få väldigt hög precision. Vi har kunder som har nått noggrannheter på 5 nm.
En annan viktig egenskap är att motorerna inte är magnetiska. Det kan vara betydelsefullt i medicinska sammanhang om motorn ska användas tillsammans med magnetröntgen. Piezoelektriska motorer fungerar också utmärkt i vacuum. En konventionell motor behöver smörjning, vilket är en utmaning i lufttom miljö.
Ytterligare fördelar för piezomotorer är att de är små i förhållande till sin styrka och att de ställer sig i rätt position direkt, utan något vändglapp.
Om man behöver just en linjär rörelse är en fördel att man inte behöver några extra komponenter, som en växel till exempel, för att åstadkomma det.
I vilka tillämpningar ska man inte använda piezomotorer?
– Det är mindre lämpligt att använda piezoelektriska motorer om de ska gå kontinuerligt under lång tid och med hög fart. Då slits de och livslängden kan bli kort, säger Andreas Danell.
I produktprogrammet finns ett tiotal modeller av linjära motorer. På ett enkelt sätt kan dessa justeras för att passa olika kundbehov. Linjärmotorerna har kapaciteter på mellan 6,5 och 450 Newton och väger från 16 gram till drygt 1 kg.
Motorerna tillverkas i Piezomotors egna lokaler i Uppsala. Produktionsmetoderna är till största delen hämtade från elektronikindustrin. Andreas Danell drar paralleller med tillverkning av keramiska kondensatorer. De olika produktionsstegen sker i separata rum där endast produktionstekniker i skyddsutrustning har tillträde.
Produktionen baserar sig på att man tillverkar en slags laminat med omväxlande en keram i ett piezoelektriskt material och ett ledande skikt av screentryckt platina. Första steget är den så kallade tejpgjutningen. Där fördelas en tjockflytande pulverblandning på en polymerfilm som sedan torkas. Därefter screentrycks ett platinamönster på det piezoelektriska skiktet. Mer än hundra sådana skikt fogas samman. Det sågas sedan upp i komponenter som därefter sintras i hög temperatur.
Komponenterna av laminat ställs sedan på högkant. Varje ben är kopplad till två kanaler och jord. Motorkomponenterna styrs med 48 volt och fyra kanaler. Kanalerna är parvis kopplade till vartannat ben.
 Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.Prenumerera kostnadsfritt! |
”Gångstilen” för motorerna bestäms med programvara som förändrar vågformerna. Utseendet på vågorna bestämmer både hastighet och hur jämnt motorn ska gå.
Så driver linjärmotorernaMotorserien Piezo LEGSanvänder sig av friktionsdrift. Det är piezoelektriska ben som är i direkt kontakt med själva drivskenan. När benen börjar ”gå” så befinner sig alltid ett av benparen i mekanisk kontakt med drivskenan. Varje ben styrs med spänning över två kanaler. När spänning läggs över vänster kanal så böjer sig benet åt höger. När spänning läggs över höger kanal så böjer sig benet till vänster. När spänningen läggs på båda kanalerna samtidigt så sträcker sig benet rakt upp i sin fulla längd. En drivenhet består av minst fyra ben, på de flesta modeller sitter en drivenhet på varsin sida av drivskenan. Figuren visar hur de fyra benen på ena sida av drivskenan samverkar. Ben nummer 1 och 3 samt ben nummer 2 och 4 är synkroniserade med varandra. A. Det första benparet håller kontakt med drivskenan och rör sig åt höger. Det andra paret drar ihop sig. B. Det andra benparet pekar åt vänster och börjar sträcka på sig. Det första benparet börjar närma sig sitt högra ytterläge. C. Det andra benparet har fått kontakt med drivskenan och rör sig åt höger. Det första paret börjar sträcka på sig åt vänster och rör sig upp mot drivskenan. D. I ett ögonblick är båda benparen elektriskt aktiva och byter roller. Det första benparet står i ytterläge och är på väg att släppa sin kontakt med drivskenan, medan det andra paret börjar föra skenan åt höger. |
BakgrundPiezomotor grundades för mer än 25 år sedan av professor Stefan Johansson och Mats Bexell på Ångströmlaboratoriet i Uppsala. Företaget baserades på forskning sedan mitten av 1980-talet.
Det var forskarnas egna behov av att göra mycket små förflyttningar med hög precision som födde idén om att försöka använda piezoeffekten. Grundarna är inte längre aktiva i bolaget. Den piezoelektriska effekten upptäcktes redan i mitten av 1800-talet. Då fann man att vissa kristallmaterial som utsätts för en yttre kraft och deformeras, genererar en elektrisk spänning. Det motsatta gäller också: om samma kristallmaterial utsätts för en elektrisk spänning så ändrar det form. Materialet kan sträcka på sig och böja sig, beroende på hur elektroderna är monterade och hur de spänningssätts. Genom att kombinera de båda grundrörelserna böjning och sträckning kan en piezoelektrisk komponent utföra en gångrörelse. Två sådana piezoelement monteras mot varandra med en drivskena mellan sig. Drivskenan rör sig sedan genom friktion mot benen. Därmed är en piezoelektrisk linjärmotor född. Tekniken kan också användas för att bygga en roterande piezomotor. Då placeras piezoelementen i en cirkel och använder en cirkulär drivskena. Idag har Piezomotor 20-talet anställda och ingår i företagsgruppen Acuvi som är inriktat på mikromotorer och högprecisionssystem. De båda övriga företagen är det finska bolaget Sensapex och amerikanska TPA Motion. Efter köpen av Sensapex och TPA Motion har Acuvi vuxit till närmare 200 miljoner kronor och är noterat på Nasdaq First North Growth Market. Största aktieägare är Adam Dahlberg, tillika styrelseordförande, med anknytning till Crafoordska stiftelsen. Övriga storägare är institutioner och pensionsstiftelser som Avanza, Handelsbanken samt amerikanska investerare inriktade på teknikföretag. |
