¿Por qué la linealidad y el funcionamiento sin histeresis son las ventajas definitorias de los motores de bobina de voz para el posicionamiento crítico?
Cuando se requiere un control de movimiento en aplicaciones en las que incluso los errores a nivel de micras son inaceptables, como el enfoque de lentes en imágenes médicas, el posicionamiento de obleas en litografía,El control de la robótica quirúrgica es muy limitado.El motor de bobina de voz (VCM, por sus siglas en inglés) se ha convertido en la solución preferida debido a dos características que lo definen: la excepcional linealidad y el funcionamiento libre de histeresis.La pregunta crucial para los integradores de sistemas es:: ¿Cómo se traducen estas propiedades VCM en una ventaja competitiva sobre los actuadores basados en accionamientos de tornillo o motores paso a paso tradicionales?
La principal fortaleza de la VCM radica en su linealidad inherente.Porque el VCM se basa en la ley de la fuerza de Lorentz, es intrínsecamente lineal, siempre que el campo magnético sea uniforme en toda la carrera.que a menudo dependen de efectos complejos de saturación magnética o de reluctancia, donde el par de salida puede variar no linealmente con la velocidad o la posición.
Este rendimiento lineal inherente simplifica drásticamente el algoritmo de control del motor. Un cambio en la corriente de entrada predice con precisión la fuerza resultante.El control simple se traduce en tiempos de bucle de servo más rápidos y un rendimiento más robusto sin la necesidad de mapas o tablas de búsqueda extensasAdemás, debido a que la relación es lineal, los cambios mínimos en la corriente de entrada dan como resultado cambios predecibles y controlados en la fuerza.Esto permite que el sistema de servo para generar fuerzas muy bajas para ajustes finos y fuerzas muy altas para la aceleración rápida, todos usando la misma escala de control lineal, lo que resulta en una resolución de fuerza superior y la capacidad de ordenar pasos submicrónicos de manera confiable.
Los VCM también se benefician de la conmutación cero. A diferencia de los motores de CC cepillado, los VCM son generalmente dispositivos sin conmutación, lo que significa que no se requiere un conmutación física o electrónica durante el movimiento.Esto elimina la ondulación del par, fricción y ruido eléctrico inherentes a la conmutación, asegurando que la fuerza generada sea pura y limpia, lo cual es crítico para los movimientos suaves y de baja velocidad necesarios para los sistemas de imágenes.
La segunda gran ventaja es el funcionamiento sin histeresis. La histeresis se refiere a la dependencia de la salida de un sistema de su estado anterior. it means that reaching a target position from one direction may require a slightly different current or yield a slightly different final position than reaching the same target from the opposite directionLa histeresis es el enemigo último de la precisión.
La histeresis en la mayoría de los actuadores mecánicos surge de la fricción (fricción de resbalón en rodamientos, tornillos de plomo o guías) y la reacción (juego libre o espacio libre en trenes de engranajes).El VCM está diseñado específicamente para eliminar estas fuentesLa generación de fuerza es completamente electromagnética y sin contacto, eliminando inherentemente la fricción y la reacción en el propio motor.la bobina móvil se suspende a menudo utilizando rodamientos de aire sin contacto o rodamientos de flexión altamente compatibles (muelles mecánicos)Estos mecanismos de suspensión están diseñados para guiar el movimiento de la bobina con casi cero fricción y sin reacción mecánica, asegurando que el sistema esté efectivamente libre de histeresis.
Además, muchos VCM de alto rendimiento no tienen núcleo, lo que significa que no tienen hierro en el conjunto de bobina móvil.Esto elimina la reluctancia magnética y los efectos de saturación que causan histeresis magnética en motores de núcleo de hierroEl efecto neto es que para cualquier corriente de entrada dada, el VCM producirá exactamente la misma fuerza y, por lo tanto, alcanzará exactamente la misma posición,independientemente de si el sistema se movía anteriormente a la izquierda o a la derechaEsta previsibilidad mejora drásticamente la precisión del servosistema de circuito cerrado.lo que le permite fijarse en una posición objetivo más rápido y con mayor estabilidad a largo plazo que cualquier motor afectado por histeresis mecánica o magnética.
Por lo tanto, para el posicionamiento crítico, la linealidad simplifica el sistema de control y mejora la resolución, mientras que el funcionamiento sin histeresis garantiza que la posición obtenida sea absoluta y repetible,independientemente de la trayectoria de movimientoEstas dos características cimentan el estatus de la VCM como el actuador definitivo para el control de movimiento que requiere los más altos niveles de precisión absoluta y repetibilidad.