En voice coil aktuator, også kendt som en ikke-kommuteret DC-lineær aktuator, er en type lineær motor med direkte drev. Navnet “voice coil” kommer fra en af dens historisk set første anvendelser: at få papirkonen i en højttaler til at vibrere. De anvendes i dag til en lang række anvendelsesformål, herunder til at flytte meget større masser. Den består af en permanent magnetfeltsamling (permanentmagneter og jernholdigt stål) og en spolesamling. Den strøm, der løber gennem spoleanordningen, interagerer med det permanente magnetfelt og genererer en kraftvektor vinkelret på strømretningen. Kraftvektoren kan vendes ved at ændre polariteten af den strøm, der strømmer gennem spolen.
En ikke-kommuteret lineær jævnstrømsaktuator, typisk kaldet en stemmespole, er i stand til at foretage en forskydning på op til 5 tommer, mens de fleste aktuatorer har forskydninger på op til 2 tommer. Stemmespoler findes i forskellige størrelser, fra enheder, der genererer en kraft på et par ounces, til andre, der genererer flere hundrede pund kraft. Desuden kan stemmespilsaktuatorer bevæge sig i to retninger, have en konstant kraft over slaglængden og kan bruges til enten open-loop applikationer eller closed-loop positions- eller kraftapplikationer.
En stemmespilsaktuator genererer en kraft baseret på en interaktion af strømførende ledere i et permanent magnetfelt. Den kraft, der genereres af svingspolen, er proportional med krydsproduktet af den strøm, der løber gennem spolen, og den magnetiske flux i det permanente magnetfelt, som dikteret af Lorentz’ kraftligning:
- F = B × I
- F= Kraft (lbs eller N)
- B = Fluxtæthed (Tesla)
- I = Strømstyrke (Ampere)
Den genererede kraft er relativt konstant i hele aktuatorens slaglængde, med mindre fald i kraft i begyndelsen og slutningen af slaget.
Enten spoleenheden eller enheden med permanent magnetfelt kan anvendes som det bevægelige element i en stemmespoleaktuator.
Bevægelsesspole
Stemmespoleaktuatorer fås i en række forskellige pakninger. Standardtypen, som de fleste kender, er aktuatorer af moving coil-typen. Disse omfatter typisk en spole, der er viklet om en spole – som kan være fremstillet af mange ikke-magnetiske materialer – og som bevæger sig ind og ud af en permanent magnetfeltsamling, der består af et stålhus med en koncentrisk permanentmagnetsamling i midten.
Billedet ovenfor er standardtypen af voice coil aktuatorer med en bevægelig spole.
Moving Magnet
En anden almindelig type aktuator ville være det bevægelige magnetdesign, hvor spolen er fast og magnetenheden bevæger sig. Denne konstruktionsændring vil forhindre bevægelige ledninger under drift. Pakken fungerer på samme måde, men i stedet for en eksponeret spole, der bevæger sig ind og ud af magnetsamlingen, anvender den bevægelige magnetstil en permanent magnetisk feltsamlings “stempel”, der bevæger sig inde i et cylindrisk spolerør. Denne stil leveres ofte med den permanente feltopsamling fastgjort til en aksel og endekapper, der indeholder lejer, så denne stil leveres oftest med et integreret lejesystem.
Www Machinedesign Com Sites Machinedesign com Files Vca Image 2
Den bevægelige magnet er den almindelige type af voice coil aktuatorer.
Der er variationer på begge almindelige designs af begge aktuatordesign, der giver mulighed for unik geometri og integration af voice coil aktuatorer i flere applikationer.
Et par eksempler på tilgængelige tilpasninger er:
- Store radiale clearances, så svingspolen kan anvendes i applikationer med begrænset rotation
- Designs, der bevidst betjener svingspolemotoren i en bue (almindeligvis omtalt som en roterende svingspoleaktuator)
- Anvendelse af materialer med lav udgasning for at muliggøre brug i vakuummiljøer
- Integration af feedback-enheder til styring i lukket kredsløb
Fordele ved stemmespoleaktuatorer
Stemmespoleaktuatorer anvendes typisk i fokuseringsapplikationer, oscillerende systemer, spejlvipning og miniaturepositionskontrol. Deres fordele omfatter simpelt design og konstruktion, en lav hysterese, en lille størrelse for et mere effektivt designfodaftryk, høje accelerationer og en mangel på cogging eller kommutation.
Mark Wilson er ejer af H2W Technologies, Inc. Virksomheden er dedikeret til design og fremstilling af lineære og roterende bevægelsesprodukter, der anvendes i bevægelsesstyringsindustrien.
