Un actuador de bobina de voz, también conocido como un actuador lineal de CC no conmutado, es un tipo de motor lineal de accionamiento directo. El nombre de «bobina de voz» proviene de una de sus primeras aplicaciones históricas: hacer vibrar el cono de papel de un altavoz. En la actualidad, se utilizan para una amplia gama de aplicaciones, incluido el movimiento de masas mucho más grandes. Consiste en un conjunto de campo magnético permanente (imanes permanentes y acero ferroso) y un conjunto de bobina. La corriente que circula por el conjunto de la bobina interactúa con el campo magnético permanente y genera un vector de fuerza perpendicular a la dirección de la corriente. El vector de fuerza puede invertirse cambiando la polaridad de la corriente que fluye a través de la bobina.
Un actuador lineal de CC no conmutado, típicamente conocido como bobina de voz, es capaz de un desplazamiento de hasta 5 pulgadas, mientras que la mayoría de los actuadores tienen desplazamientos de hasta 2 pulgadas. Las bobinas de voz vienen en una gama de tamaños, desde dispositivos que generan unas pocas onzas de fuerza, hasta otros que generan varios cientos de libras de fuerza. Además, los actuadores de bobina de voz pueden moverse bidireccionalmente, tienen una fuerza constante a lo largo de la carrera y pueden utilizarse para aplicaciones de bucle abierto o aplicaciones de posición o fuerza de bucle cerrado.
Un actuador de bobina de voz genera una fuerza basada en una interacción de conductores portadores de corriente en un campo magnético permanente. La fuerza generada por la bobina de voz es proporcional al producto cruzado de la corriente que fluye a través de la bobina y el flujo magnético en el campo magnético permanente, como dicta la ecuación de fuerza de Lorentz:
- F = B × I
- F= Fuerza (libras o N)
- B = Densidad de flujo (Tesla)
- I = Corriente (Amperios)
La fuerza generada es relativamente constante a lo largo de la carrera del actuador, con pequeñas disminuciones de fuerza al principio y al final de la carrera.
Se puede utilizar el conjunto de la bobina o el conjunto del campo magnético permanente como el miembro móvil en un actuador de bobina de voz.
Bobina móvil
Los actuadores de bobina de voz vienen en una variedad de paquetes. El tipo estándar, con el que la mayoría de la gente está familiarizada, son los actuadores de tipo bobina móvil. Estos típicamente implican una bobina enrollada alrededor de una bobina-que puede ser hecha de muchos materiales no magnéticos-que se mueve dentro y fuera de un conjunto de campo magnético permanente que consiste en una carcasa de acero con un conjunto de imán permanente concéntrico en el centro.
La imagen de arriba es el tipo estándar de actuadores de bobina de voz con una bobina móvil.
Imán móvil
Otro tipo común de actuador sería el diseño de imán móvil, donde la bobina es fija y el conjunto de imán se mueve. Este cambio de construcción evitaría el movimiento de los cables durante el funcionamiento. El paquete funciona de manera similar, pero en lugar de una bobina expuesta que se mueve dentro y fuera del conjunto del imán, el estilo de imán móvil utiliza un «pistón» de conjunto de campo magnético permanente que se mueve dentro de un tubo de bobina cilíndrica. Este estilo a menudo viene con el conjunto de campo permanente unido a un eje, y las tapas de los extremos que contienen rodamientos para que este estilo se suministra más comúnmente con un sistema de rodamiento integrado.
El imán móvil es el tipo común de actuadores de bobina de voz.
Hay variaciones en ambos diseños comunes de cualquiera de los diseños de actuadores que permiten una geometría única, y la integración de los actuadores de bobina de voz en varias aplicaciones.
Algunos ejemplos de personalizaciones disponibles son:
- Grandes holguras radiales para que la bobina de voz pueda utilizarse en aplicaciones de rotación limitada
- Diseños que operan intencionadamente el motor de la bobina de voz en un arco (comúnmente conocido como actuador de bobina de voz rotativo)
- Usar materiales de baja desgasificación para permitir su uso en entornos de vacío
- Integración de dispositivos de retroalimentación para el control de bucle cerrado
Ventajas de los actuadores de bobina móvil
Los actuadores de bobina móvil se utilizan normalmente en aplicaciones de enfoque, sistemas oscilantes, inclinación de espejos y control de posición en miniatura. Sus ventajas incluyen un diseño y una construcción sencillos, una histéresis baja, un tamaño reducido para un diseño más eficiente, altas aceleraciones y la ausencia de engranajes o conmutación.
Mark Wilson es el propietario de H2W Technologies, Inc. La empresa se dedica al diseño y la fabricación de productos de movimiento lineal y rotativo que se utilizan en la industria del control del movimiento.
