Aktuátor s hlasovou cívkou, známý také jako nekomutovaný stejnosměrný lineární aktuátor, je typ lineárního motoru s přímým pohonem. Název „hlasová cívka“ pochází z jednoho z jeho historicky prvních použití: rozkmitání papírového kuželu reproduktoru. V současné době se používají pro širokou škálu aplikací, včetně pohybu mnohem větších hmot. Skládá se ze sestavy permanentního magnetického pole (permanentní magnety a železná ocel) a sestavy cívky. Proud protékající sestavou cívek interaguje s permanentním magnetickým polem a vytváří vektor síly kolmý na směr proudu. Změnou polarity proudu protékajícího cívkou lze vektor síly obrátit.
Nespojitý stejnosměrný lineární aktuátor, obvykle označovaný jako cívka, je schopen posunu až 5 palců, zatímco většina aktuátorů má posun do 2 palců. Hlasové cívky se vyrábějí v různých velikostech, od zařízení, která vytvářejí sílu několika uncí, až po jiná, která vytvářejí sílu několika set liber. Kromě toho se aktuátory s hlasovou cívkou mohou pohybovat obousměrně, mají konstantní sílu v průběhu zdvihu a mohou být použity buď pro aplikace s otevřenou smyčkou, nebo pro aplikace s uzavřenou smyčkou polohy nebo síly.
Aktuátor s hlasovou cívkou generuje sílu na základě interakce vodičů nesoucích proud v permanentním magnetickém poli. Síla generovaná cívkou je úměrná součinu proudu protékajícího cívkou a magnetického toku v permanentním magnetickém poli, jak vyplývá z Lorentzovy silové rovnice:
- F = B × I
- F = síla (lbs nebo N)
- B = hustota toku (Tesla)
- I = proud (ampéry)
Vytvářená síla je relativně konstantní po celou dobu zdvihu aktuátoru, s malými poklesy síly na začátku a na konci zdvihu.
Jako pohyblivý člen v aktuátoru s hlasovou cívkou lze použít buď sestavu cívky, nebo sestavu permanentního magnetického pole.
Pohyblivá cívka
Aktuátory s hlasovou cívkou se dodávají v různých baleních. Standardním typem, který zná většina lidí, jsou aktuátory s pohyblivou cívkou. Ty obvykle zahrnují cívku navinutou kolem cívky – která může být vyrobena z mnoha nemagnetických materiálů – která se pohybuje dovnitř a ven ze sestavy permanentního magnetického pole sestávající z ocelového pouzdra se soustřednou sestavou permanentních magnetů uprostřed.
Výše uvedený obrázek představuje standardní typ aktuátorů s pohyblivou cívkou.
Pohyblivý magnet
Dalším běžným typem aktuátoru by bylo provedení s pohyblivým magnetem, kde je cívka pevná a sestava magnetů se pohybuje. Tato konstrukční změna by zabránila pohyblivým přívodům během provozu. Obal funguje podobně, ale místo odkryté cívky, která se pohybuje dovnitř a ven ze sestavy magnetů, využívá styl pohyblivého magnetu „píst“ sestavy permanentního magnetického pole, který se pohybuje uvnitř válcové trubky cívky. Tento styl se často dodává se sestavou permanentního pole připojenou k hřídeli a koncovými krytkami obsahujícími ložiska, takže tento styl se nejčastěji dodává s integrovaným ložiskovým systémem.
Pohyblivý magnet je běžným typem aktuátorů s hlasovou cívkou.
Existují varianty obou běžných provedení obou konstrukcí aktuátorů, které umožňují jedinečnou geometrii a integraci aktuátorů s hlasovou cívkou do několika aplikací.
Několik příkladů dostupných úprav na míru:
- Velké radiální vůle, aby bylo možné použít kmitací cívku v aplikacích s omezenou rotací
- Konstrukce, které záměrně provozují motor kmitací cívky v oblouku (běžně označované jako rotační kmitací aktuátor)
- Použití materiálů s nízkým obsahem plynů, které umožňují použití ve vakuovém prostředí
- Zapojení zpětnovazebních zařízení pro řízení v uzavřené smyčce
Výhody aktuátorů s hlasovou cívkou
Aktuátory s hlasovou cívkou se obvykle používají v aplikacích zaměřování, oscilačních systémech, naklápění zrcadel a miniaturním řízení polohy. Mezi jejich výhody patří jednoduchý design a konstrukce, nízká hystereze, malé rozměry pro efektivnější konstrukční stopu, vysoká zrychlení a absence ozubení nebo komutace.
Mark Wilson je majitelem společnosti H2W Technologies, Inc. Společnost se zabývá návrhem a výrobou produktů pro lineární a rotační pohyb, které se používají v průmyslu řízení pohybu.
.