Puhekelatoimilaite, joka tunnetaan myös nimellä ei-kommutoitu tasavirtalinjatoimilaite, on eräänlainen suoravetoinen lineaarimoottori. Nimi ”äänikela” tulee yhdestä sen historiallisesti ensimmäisestä käyttökohteesta: kaiuttimen paperikartion värähtelystä. Nykyisin niitä käytetään monenlaisiin sovelluksiin, kuten paljon suurempien massojen liikuttamiseen. Se koostuu kestomagneettikenttäkokoonpanosta (kestomagneetit ja rautateräs) ja käämikokoonpanosta. Kela-asennelman läpi kulkeva virta on vuorovaikutuksessa pysyvän magneettikentän kanssa ja synnyttää voimavektorin, joka on kohtisuorassa virran suuntaa vastaan. Voimavektori voidaan kääntää päinvastaiseksi muuttamalla kelan läpi kulkevan virran napaisuutta.
Ei-kommutoitu tasavirtainen lineaarinen toimilaite, johon tyypillisesti viitataan nimellä puhekela, kykenee jopa 5 tuuman siirtymään, kun taas useimpien toimilaitteiden siirtymät ovat enintään 2 tuumaa. Äänikäämejä on monen kokoisia, aina laitteista, jotka tuottavat muutaman unssin voiman, ja laitteisiin, jotka tuottavat useita satoja kiloja voimaa. Lisäksi puhekelan toimilaitteet voivat liikkua kaksisuuntaisesti, niiden voima on vakio koko iskun ajan, ja niitä voidaan käyttää joko avoimiin sovelluksiin tai suljettuihin asento- tai voimasovelluksiin.
Puhekelan toimilaite tuottaa voiman, joka perustuu virtaa johtavien johtimien vuorovaikutukseen pysyvässä magneettikentässä. Puhekelan tuottama voima on verrannollinen kelan läpi kulkevan virran ja pysyvän magneettikentän magneettivuon ristituloon Lorentzin voimayhtälön sanelemalla tavalla:
- F = B × I
- F= Voima (lbs tai N)
- B = Vuontiheys (Tesla)
- I = Virta (ampeeria)
Tuotettu voima on suhteellisen vakio koko toimilaitteen iskun ajan, ja iskun alku- ja loppupäässä on vain pientä voiman laskua.
Puhekelatoimilaitteen liikkuvana osana voidaan käyttää joko kela-asennelmaa tai kestomagneettikenttäasennelmaa.
Liikkuva kela
Puhekelatoimilaitteita on saatavana erilaisissa pakkauksissa. Vakiotyyppi, joka on useimmille tuttu, on liikkuvan kelan tyyppisiä toimilaitteita. Niissä on tyypillisesti kela, joka on kierretty kelan ympärille – joka voidaan valmistaa monista ei-magneettisista materiaaleista – ja joka liikkuu sisään ja ulos pysyvästä magneettikenttäkokoonpanosta, joka koostuu teräskotelosta, jonka keskellä on konsentrinen kestomagneettikokoonpano.
Yllä olevassa kuvassa on vakiotyyppinen puhekelatoimilaite, jossa on liikkuva kela.
Liikkuva magneetti
Toinen yleinen toimilaitetyyppi olisi liikkuva magneettirakenne, jossa kela on kiinteä ja magneettikokoonpanossa liikkuu. Tämä rakennemuutos estäisi johtimien liikkumisen käytön aikana. Paketti toimii samalla tavalla, mutta magneettikokoonpanoon sisään- ja ulosliikkuvan alttiina olevan kelan sijasta liikkuvan magneetin tyylissä käytetään pysyvän magneettikentän kokoonpanon ”mäntää”, joka liikkuu sylinterimäisen käämiputken sisällä. Tämän tyylin mukana tulee usein akseliin kiinnitetty kestomagneettikokoonpano ja laakereita sisältävät päätykappaleet, joten tämä tyyli toimitetaan yleisimmin integroidun laakerijärjestelmän kanssa.
Liikkuva magneetti on yleinen äänikela-aktuaattorien tyyppi.
Kummastakin aktuaattorirakenteesta on olemassa molempiin yleisiin malleihin liittyviä variaatioita, jotka mahdollistavat yksilöllisen geometrian ja äänikela-aktuaattoreiden integroinnin useisiin sovelluksiin.
Muutamia esimerkkejä saatavilla olevista räätälöinneistä ovat:
- Suuret säteittäiset välykset, jotta puhekelaa voidaan käyttää rajoitetun pyörimisliikkeen sovelluksissa
- Mallit, jotka tarkoituksellisesti käyttävät puhekelamoottoria kaaressa (yleisesti kutsutaan pyöriväksi puhekelatoimilaitteeksi)
- Käyttämällä vähän kaasuuntuvia materiaaleja, jotka mahdollistavat käytön tyhjiöympäristöissä
- Takaisinkytkentälaitteiden integrointi suljetun silmukan säätöä varten
Puhekelatoimilaitteiden edut
Puhekelatoimilaitteita käytetään tyypillisesti tarkennussovelluksissa, oskilloivissa järjestelmissä, peilien kallistamisessa ja pienoiskoossa asennonohjauksessa. Niiden etuihin kuuluvat yksinkertainen suunnittelu ja rakenne, alhainen hystereesi, pieni koko tehokkaamman suunnittelun jalanjäljen vuoksi, suuret kiihtyvyydet ja hammasrattaiden tai kommutoinnin puuttuminen.
Mark Wilson on H2W Technologies, Inc. omistaja. Yritys on omistautunut liikkeenohjausteollisuudessa käytettävien lineaaristen ja pyörivien liiketuotteiden suunnitteluun ja valmistukseen.
