Een spreekspoelactuator, ook bekend als een niet-gecommuteerde DC lineaire actuator, is een type direct drive lineaire motor. De naam “spreekspoel” komt van een van zijn historisch eerste toepassingen: het in trilling brengen van de papieren conus van een luidspreker. Tegenwoordig worden zij gebruikt voor een breed scala van toepassingen, waaronder het verplaatsen van veel grotere massa’s. Hij bestaat uit een permanent magnetisch veld (permanente magneten en ijzerhoudend staal) en een spoel. De stroom die door de spoel loopt staat in wisselwerking met het permanente magnetische veld en genereert een krachtvector loodrecht op de richting van de stroom. De krachtvector kan worden omgekeerd door de polariteit van de stroom die door de spoel loopt te veranderen.
Een niet-gecommuteerde DC lineaire actuator, meestal een spreekspoel genoemd, kan een verplaatsing tot 5 inch maken, terwijl de meeste actuatoren een verplaatsing tot 2 inch hebben. Spreekspoelen zijn er in verschillende maten, van apparaten die een paar ons kracht genereren, tot anderen die enkele honderden ponden kracht genereren. Bovendien kunnen voice coil actuators in twee richtingen bewegen, hebben een constante kracht over de slag, en kunnen gebruikt worden voor zowel open-loop toepassingen als closed-loop positie- of krachttoepassingen.
Een voice coil actuator wekt een kracht op, gebaseerd op een interactie van stroomvoerende geleiders in een permanent magnetisch veld. De kracht die door de spreekspoel wordt opgewekt is evenredig met het kruisproduct van de stroom die door de spoel loopt en de magnetische flux in het permanente magnetische veld, zoals gedicteerd door de krachtvergelijking van Lorentz:
- F = B × I
- F= Kracht (lbs of N)
- B = Fluxdichtheid (Tesla)
- I = Stroomsterkte (Ampère)
De opgewekte kracht is betrekkelijk constant gedurende de slag van de actuator, met geringe afname van de kracht aan het begin en einde van de slag.
Of de spoelassemblage of de permanente magnetische veldassemblage kan worden gebruikt als het bewegende lid in een spreekspoelactuator.
Bewegende spoel
Spreekspoelactuators zijn er in verschillende uitvoeringen. Het standaardtype, waarmee de meeste mensen vertrouwd zijn, zijn moving coil type actuators. Deze omvatten meestal een spoel om een spoel gewonden – die kan worden gemaakt van vele niet-magnetische materialen – die beweegt in en uit een permanent magnetisch veld montage bestaande uit een stalen behuizing met een concentrische permanente magneet montage in het midden.
De bovenstaande afbeelding is het standaardtype voice coil actuators met een bewegende spoel.
Moving Magnet
Een ander veelgebruikt type actuator zou het bewegende magneetontwerp zijn, waarbij de spoel vast is en de magneetassemblage beweegt. Deze bouwwijziging zou bewegende leidingen tijdens verrichting verhinderen. Het pakket werkt gelijkaardig, maar in plaats van een blootgestelde rol die zich in en uit de magneetassemblage beweegt, gebruikt de bewegende magneetstijl een permanente magnetische de assemblage “zuiger” die van het veld zich binnen een cilindrische rolbuis beweegt. Deze stijl wordt vaak geleverd met de permanente veldassemblage bevestigd aan een as, en eindkappen die lagers bevatten, zodat deze stijl het vaakst wordt geleverd met een geïntegreerd lagersysteem.
De bewegende magneet is het gemeenschappelijke type van voice coil actuators.
Er zijn variaties op zowel gemeenschappelijke ontwerpen van een van beide actuator ontwerp dat unieke geometrie, en de integratie van voice coil actuators in verschillende toepassingen mogelijk te maken.
Een paar voorbeelden van beschikbare aanpassingen zijn:
- Grote radiale speling zodat de spreekspoel kan worden gebruikt in toepassingen met beperkte rotatie
- Ontwerpen waarbij de motor van de spreekspoel opzettelijk in een boog werkt (gewoonlijk een roterende spreekspoelactuator genoemd)
- Gebruik van laag uitgassende materialen om gebruik in vacuümomgevingen mogelijk te maken
- Integratie van terugkoppelingsinrichtingen voor gesloten-lusregeling
Voordelen van spreekspoelactuators
Spreekspoelactuators worden typisch gebruikt in focustoepassingen, oscillerende systemen, spiegel kantelen, en miniatuur positie controle. Hun voordelen omvatten eenvoudig ontwerp en bouw, een lage hysterese, klein in grootte voor efficiëntere ontwerpvoetafdruk, hoge versnellingen, en een gebrek aan cogging of commutatie.
Mark Wilson is de eigenaar van H2W Technologies, Inc. Het bedrijf houdt zich bezig met het ontwerp en de fabricage van lineaire en roterende bewegingsproducten die worden gebruikt in de motion control-industrie.
