Siłownik z cewką głosową, znany również jako niekomutowany siłownik liniowy prądu stałego, jest rodzajem silnika liniowego z napędem bezpośrednim. Nazwa „cewka drgająca” pochodzi od jednego z jej historycznie pierwszych zastosowań: drgania papierowej membrany głośnika. Obecnie są one wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań, w tym do poruszania znacznie większych mas. Składa się on z zespołu stałego pola magnetycznego (magnesy trwałe i stal żelazna) oraz zespołu cewki. Prąd płynący przez zespół cewek oddziałuje na stałe pole magnetyczne i generuje wektor siły prostopadły do kierunku prądu. Wektor siły może być odwrócony poprzez zmianę biegunowości prądu płynącego przez cewkę.
Niekomutowany siłownik liniowy prądu stałego, typowo określany jako cewka drgająca, jest zdolny do przemieszczania się do 5 cali, podczas gdy większość siłowników ma przemieszczenia do 2 cali. Cewki głosowe dostępne są w różnych rozmiarach, od urządzeń generujących siłę o wartości kilku uncji, po takie, które generują siłę o wartości kilkuset funtów. Ponadto, siłowniki z cewką drgającą mogą poruszać się w obu kierunkach, mają stałą siłę w całym skoku i mogą być stosowane w aplikacjach z otwartą pętlą lub w aplikacjach z zamkniętą pętlą pozycji lub siły.
Siłownik z cewką drgającą generuje siłę w oparciu o interakcję przewodników przewodzących prąd w stałym polu magnetycznym. Siła wytwarzana przez cewkę jest proporcjonalna do iloczynu prądu płynącego przez cewkę i strumienia magnetycznego w stałym polu magnetycznym, zgodnie z równaniem siły Lorentza:
- F = B × I
- F= Siła (funty lub N)
- B = Gęstość strumienia (Tesla)
- I = Prąd (Ampery)
Generowana siła jest względnie stała w całym skoku siłownika, z niewielkimi spadkami siły na początku i końcu skoku.
Jako element ruchomy w siłowniku z cewką głosową może być zastosowany zespół cewki lub zespół stałego pola magnetycznego.
Cewka ruchoma
Siłowniki z cewką głosową występują w różnych opakowaniach. Standardowym typem, z którym większość ludzi jest zaznajomiona, są siłowniki z ruchomą cewką. Zazwyczaj zawierają one cewkę nawiniętą na szpulkę – która może być wykonana z wielu materiałów niemagnetycznych – która porusza się w i z zespołu stałego pola magnetycznego składającego się ze stalowej obudowy z koncentrycznym zespołem magnesu stałego w środku.
Obraz powyżej to standardowy typ siłowników z ruchomą cewką.
Moving Magnet
Innym popularnym typem siłownika jest konstrukcja z ruchomym magnesem, w której cewka jest nieruchoma, a magnes się porusza. Taka zmiana konstrukcji zapobiegałaby przemieszczaniu się przewodów podczas pracy. Pakiet działa podobnie, ale zamiast odkrytej cewki, która porusza się w i z zespołu magnesu, styl ruchomego magnesu wykorzystuje stałe pole magnetyczne zespołu „tłok” poruszający się wewnątrz cylindrycznej rury cewki. Ten styl jest często dostarczany z zespołem stałego pola magnetycznego przymocowanym do wału i pokrywami końcowymi zawierającymi łożyska, tak że ten styl jest najczęściej dostarczany ze zintegrowanym systemem łożyskowym.
Magnes ruchomy jest powszechnym typem siłowników z cewką głosową.
Istnieją odmiany obu powszechnych projektów każdego z siłowników, które pozwalają na unikalną geometrię i integrację siłowników z cewką głosową w wielu zastosowaniach.
Kilka przykładów dostępnych dostosowań to:
- Duży prześwit promieniowy, aby cewka drgająca mogła być używana w zastosowaniach o ograniczonym obrocie
- Projekty, które celowo obsługują silnik cewki drgającej po łuku (powszechnie określane jako obrotowy siłownik cewki drgającej)
- Użycie materiałów o niskim stopniu odgazowania umożliwiających zastosowanie w środowiskach próżniowych
- Integracja urządzeń sprzężenia zwrotnego do sterowania w pętli zamkniętej
Wady siłowników z cewką głosową
Siłowniki z cewką głosową są zwykle stosowane w aplikacjach ogniskowania, systemach oscylacyjnych, przechylaniu zwierciadeł i miniaturowej kontroli pozycji. Ich zalety to prosty projekt i konstrukcja, niska histereza, małe rozmiary dla bardziej efektywnego projektowania, duże przyspieszenia i brak sprzężenia zwrotnego lub komutacji.
Mark Wilson jest właścicielem firmy H2W Technologies, Inc. Firma zajmuje się projektowaniem i wytwarzaniem produktów liniowych i obrotowych, które są wykorzystywane w przemyśle sterowania ruchem.
.