Un attuatore a bobina mobile, noto anche come attuatore lineare DC non commutato, è un tipo di motore lineare a trasmissione diretta. Il nome “voice coil” deriva da una delle sue prime applicazioni storiche: far vibrare il cono di carta di un altoparlante. Attualmente sono utilizzati per una vasta gamma di applicazioni, compreso lo spostamento di masse molto più grandi. Consiste in un gruppo di campo magnetico permanente (magneti permanenti e acciaio ferroso) e un gruppo di bobine. La corrente che scorre attraverso il gruppo bobina interagisce con il campo magnetico permanente e genera un vettore di forza perpendicolare alla direzione della corrente. Il vettore di forza può essere invertito cambiando la polarità della corrente che scorre attraverso la bobina.
Un attuatore lineare DC non commutato, tipicamente indicato come una bobina vocale, è capace di uno spostamento fino a 5 pollici, mentre la maggior parte degli attuatori hanno spostamenti fino a 2 pollici. Le bobine vocali sono disponibili in una gamma di dimensioni, da dispositivi che generano poche once di forza ad altri che generano diverse centinaia di libbre di forza. Inoltre, gli attuatori a bobina vocale possono muoversi bidirezionalmente, hanno una forza costante sulla corsa e possono essere utilizzati sia per applicazioni ad anello aperto che per applicazioni di posizione o forza ad anello chiuso.
Un attuatore a bobina vocale genera una forza basata sull’interazione di conduttori che trasportano corrente in un campo magnetico permanente. La forza generata dalla bobina è proporzionale al prodotto incrociato della corrente che scorre attraverso la bobina e il flusso magnetico nel campo magnetico permanente, come dettato dall’equazione della forza di Lorentz:
- F = B × I
- F= Forza (lbs o N)
- B = Densità di flusso (Tesla)
- I = Corrente (Ampere)
La forza generata è relativamente costante per tutta la corsa dell’attuatore, con piccole diminuzioni di forza a inizio e fine corsa.
Come membro mobile in un attuatore a bobina vocale può essere utilizzato sia il gruppo della bobina che il gruppo del campo magnetico permanente.
Bobina mobile
Gli attuatori a bobina vocale sono disponibili in una varietà di pacchetti. Il tipo standard, con cui la maggior parte delle persone ha familiarità, sono attuatori a bobina mobile. Questi tipicamente coinvolgono una bobina avvolta intorno a una bobina – che può essere fatta di molti materiali non magnetici – che si muove dentro e fuori un gruppo di campo magnetico permanente costituito da un alloggiamento in acciaio con un gruppo di magneti permanenti concentrici nel mezzo.
L’immagine sopra è il tipo standard di attuatori a bobina mobile
Moving Magnet
Un altro tipo comune di attuatore sarebbe il design a magnete mobile, dove la bobina è fissa e il gruppo magnetico si muove. Questo cambiamento di costruzione eviterebbe lo spostamento dei conduttori durante il funzionamento. Il pacchetto funziona in modo simile, ma invece di una bobina esposta che si muove dentro e fuori il gruppo magnetico, lo stile a magnete mobile utilizza un “pistone” del gruppo a campo magnetico permanente che si muove dentro un tubo cilindrico della bobina. Questo stile viene spesso fornito con il gruppo di campo permanente attaccato ad un albero, e tappi terminali contenenti cuscinetti in modo che questo stile è più comunemente fornito con un sistema integrato di cuscinetti.
Il magnete mobile è il tipo comune di attuatori a bobina vocale.
Ci sono variazioni su entrambi i disegni comuni di entrambi gli attuatori che consentono una geometria unica, e l’integrazione di attuatori a bobina vocale in diverse applicazioni.
Alcuni esempi di personalizzazioni disponibili sono:
- Grandi distanze radiali in modo che la bobina vocale possa essere usata in applicazioni a rotazione limitata
- Progetti che intenzionalmente fanno funzionare il motore della bobina vocale in un arco (comunemente chiamato attuatore a bobina vocale rotante)
- Utilizzando materiali a basso degassamento per consentire l’uso in ambienti sotto vuoto
- Integrazione di dispositivi di feedback per il controllo ad anello chiuso
Svantaggi degli attuatori a bobina vocale
Gli attuatori a bobina vocale sono in genere utilizzati in applicazioni di messa a fuoco, sistemi oscillatori, inclinazione dello specchio e controllo della posizione in miniatura. I loro vantaggi includono un design e una costruzione semplici, una bassa isteresi, dimensioni ridotte per un design più efficiente, accelerazioni elevate e una mancanza di cogging o commutazione.
Mark Wilson è il proprietario di H2W Technologies, Inc. L’azienda si dedica alla progettazione e alla fabbricazione di prodotti per il movimento lineare e rotativo utilizzati nell’industria del controllo del movimento.
