VCM với cấu trúc truyền động trực tiếp khắc phục những hạn chế của bộ truyền động bánh răng truyền thống như thế nào?
Kiến trúc của một hệ thống chuyển động—cụ thể là việc nó sử dụng truyền động trực tiếp hay truyền động gián tiếp, có bánh răng—là một quyết định thiết kế cơ bản có tác động sâu sắc đến hiệu suất. Động cơ cuộn dây (VCM) là một bộ truyền động tuyến tính trực tiếp điển hình, có nghĩa là phần tử tạo lực (cuộn dây) được kết nối trực tiếp với tải mà không có bất kỳ yếu tố truyền động cơ học trung gian nào như hộp số, vít me hoặc dây đai. Câu hỏi then chốt đối với các nhà thiết kế hệ thống tự động là: Kiến trúc truyền động trực tiếp này cho phép VCM khắc phục về cơ bản những hạn chế vốn có trong các bộ truyền động bánh răng và truyền động cơ học truyền thống như thế nào?
Thách thức cốt lõi với các hệ thống cơ học truyền thống là sự xuất hiện của độ đàn hồi và khe hở. Hộp số và cụm vít me luôn có các khe hở nhỏ, hoặc "khe hở", giữa các bộ phận khớp nối. Khi động cơ đảo chiều, khe hở này phải được loại bỏ trước khi tải bắt đầu di chuyển, tạo ra độ trễ và sai số vị trí khó bù đắp và thay đổi theo nhiệt độ và độ mòn. Hơn nữa, tất cả các bộ phận cơ học—trục, dây đai, ren vít—thể hiện tính đàn hồi, hoặc "độ đàn hồi." Khi lực được tác dụng, các bộ phận sẽ kéo giãn hoặc xoắn nhẹ trước khi tải di chuyển, làm giảm độ cứng của hệ thống. Độ đàn hồi này dẫn đến rung động, vượt quá và thời gian ổn định kéo dài trong các ứng dụng tốc độ cao.
Do VCM là truyền động trực tiếp, nó truyền lực bằng từ tính và trực tiếp đến bệ mang tải. Không có khe hở và độ cứng gần như vô hạn giữa bộ tạo lực động cơ và chuyển động đầu ra. Điều này cho phép bộ điều khiển servo kiểm soát chính xác và tức thời chuyển động của tải, loại bỏ các vấn đề về dao động và thời gian ổn định thường gặp trong các hệ thống đàn hồi. Việc thiếu cơ cấu trung gian này chuyển đổi trực tiếp thành băng thông cao hơn—khả năng của động cơ để theo dõi các tín hiệu lệnh tần số cao—điều này rất cần thiết cho các hệ thống thực hiện hiệu chỉnh rung hoặc khử rung chủ động.
VCM truyền động trực tiếp cũng vượt trội trong việc đạt được phản ứng động cao và tỷ lệ lực trên khối lượng vượt trội. Các hệ thống bánh răng nhân mô-men xoắn nhưng cũng nhân quán tính. Quán tính quay vốn có của động cơ được phản ánh trở lại tải, thường yêu cầu một động cơ quá khổ chỉ để tăng tốc hộp số. Tuy nhiên, VCM có khối lượng chuyển động tối thiểu, chỉ bao gồm cụm cuộn dây và cơ chế cảm biến. Do đó, hệ thống được tối ưu hóa cho Tỷ lệ Lực trên Khối lượng cao. Tỷ lệ cao này chuyển đổi thành thời gian phản hồi cực nhanh (đo bằng mili giây) và cho phép động cơ thực hiện các chuyển động sắc nét, nhanh chóng cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu thay đổi vận tốc tức thời. VCM có thể đạt được gia tốc cao vì nó tiêu tốn ít năng lượng hơn để chống lại trọng lượng của chính nó và nhiều năng lượng hơn để kiểm soát tải bên ngoài.
Cuối cùng, sự đơn giản của VCM’s làm tăng đáng kể độ tin cậy và giảm yêu cầu bảo trì. Các hệ thống bánh răng yêu cầu bôi trơn, phải được duy trì và chúng phải chịu sự mài mòn cơ học, dẫn đến hiệu suất giảm, tăng tiếng ồn và cuối cùng là hỏng hóc. VCM không có bộ phận tiếp xúc, loại bỏ hao mòn và nhu cầu bôi trơn bên trong chính động cơ. Các bộ phận duy nhất bị hao mòn là hệ thống dẫn hướng bên ngoài, dễ bảo trì hoặc thay thế. Độ tin cậy vốn có của VCM là rất quan trọng đối với các hệ thống quan trọng trong nhiệm vụ mà việc tiếp cận bảo trì là khó khăn hoặc thời gian ngừng hoạt động là không thể chấp nhận được, chẳng hạn như trong hàng không vũ trụ hoặc robot công nghiệp không thể tiếp cận.
Tóm lại, bản chất truyền động trực tiếp của Động cơ cuộn dây là tính năng cạnh tranh cuối cùng của nó. Bằng cách loại bỏ sự phức tạp về cơ học của truyền động, VCM cung cấp một bộ truyền động với khe hở bằng không, độ cứng gần như vô hạn và khối lượng chuyển động tối thiểu. Kiến trúc này là chìa khóa để đạt được hiệu suất động vượt trội, độ chính xác dưới micron và độ tin cậy lâu dài cần thiết cho các ứng dụng định vị và truyền động khắt khe nhất trong quang học, y tế và sản xuất chất bán dẫn.