Tại sao hoạt động không có trễ và khối lượng chuyển động thấp lại cần thiết cho sự xuất sắc của VCM trong tự động hóa tốc độ cao?
Trong tự động hóa hiện đại, tốc độ và độ chính xác không chỉ là những tính năng mong muốn; chúng thường là các thông số kỹ thuật bắt buộc, đặc biệt trong các lĩnh vực như thiết bị y tế, hệ thống kiểm tra và viễn thông. Động cơ cuộn dây (VCM) có vị thế độc đáo để đáp ứng những yêu cầu này, phần lớn là do hai thông số thiết kế quan trọng và liên kết với nhau: hoạt động không có trễ và khối lượng chuyển động thấp. Câu hỏi xác định đối với các kiến trúc sư hệ thống là: Hai đặc điểm cốt lõi này chuyển đổi như thế nào thành thông lượng và độ chính xác vượt trội, điều này khiến công nghệ VCM khác biệt so với các giải pháp điều khiển chuyển động truyền thống?
Nguyên tắc khối lượng chuyển động thấp là nền tảng cho hiệu suất động của VCM. Không giống như các động cơ yêu cầu bánh răng phức tạp hoặc vít me để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính, VCM là một bộ truyền động tuyến tính dẫn động trực tiếp. Phần tử chuyển động của nó chỉ đơn giản là cụm cuộn dây, được thiết kế có chủ ý bằng các vật liệu nhẹ như nhôm cho khung cuộn dây và dây đồng mịn.
Ưu điểm của khối lượng thấp là hai mặt. Đầu tiên, nó đóng góp trực tiếp vào khả năng tăng tốc cực cao của VCM. Vì gia tốc tỷ lệ nghịch với khối lượng, khối lượng chuyển động tối thiểu cho phép động cơ thực hiện những thay đổi nhanh chóng, sắc nét về vận tốc với độ chính xác rất cao. Điều này rất quan trọng đối với các hoạt động gắp và đặt tốc độ cao hoặc lái laser, nơi bộ truyền động phải khởi động, dừng và đảo chiều hàng chục lần mỗi giây. Bằng cách giảm thiểu quán tính, VCM có thể đạt được thời gian ổn định nhanh nhất có thể, đây là thời gian cần thiết để động cơ đạt đến vị trí mục tiêu cuối cùng và dừng dao động. Thời gian ổn định nhanh là yếu tố chính thúc đẩy thông lượng cao trong các quy trình sản xuất và kiểm tra.
Thứ hai, khối lượng chuyển động thấp là điều cần thiết để đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Một thành phần chuyển động nhẹ hơn tạo ra ít rung động và va đập hơn khi tăng tốc hoặc giảm tốc, giảm căng thẳng cơ học trên toàn bộ nền tảng chủ. Điều này hạn chế sự xuất hiện của tiếng ồn bên ngoài và rung trong hệ thống điều khiển, cho phép các cảm biến phản hồi định vị chính xác (bộ mã hóa) hoạt động sạch hơn và chính xác hơn.
Ưu điểm xác định thứ hai, hoạt động không có trễ, là chìa khóa cho độ chính xác và khả năng lặp lại tuyệt đối của VCM. Trễ, là việc hệ thống không thể đạt chính xác cùng một vị trí được chỉ huy khi tiếp cận từ các hướng đối diện, chủ yếu là do ma sát và độ rơ trong các hệ thống truyền động cơ học. Ví dụ, khoảng trống nhỏ trong bộ bánh răng hoặc ma sát trượt dính trong ổ vít me bi tạo ra một vùng chết mà hệ thống servo phải vượt qua, gây ra lỗi vị trí.
VCM vốn loại bỏ những vấn đề này vì bản thân việc tạo lực là không tiếp xúc và hoàn toàn điện từ. Không có bánh răng nào để liên kết, không có ốc vít nào để mòn và không có tiếp xúc trượt trực tiếp giữa cuộn dây và từ trường. Trong các giai đoạn VCM có độ chính xác cao, cuộn dây chuyển động được dẫn hướng bởi các cơ chế chuyên biệt, tạo ra ma sát tối thiểu hoặc bằng không. Chúng thường bao gồm các dải kim loại mỏng, linh hoạt cao, được gọi là vòng bi uốn hoặc, để có mức hiệu suất cao nhất, vòng bi khí. Vòng uốn hướng chuyển động của cuộn dây với độ cứng bên cao nhưng gần như không có lực cản đối với chuyển động dọc trục, loại bỏ cả ma sát và độ rơ cơ học.
Hơn nữa, nhiều VCM tiên tiến sử dụng thiết kế không lõi (không có sắt trong cụm cuộn dây). Tính năng này loại bỏ trễ từ tính, do các hiệu ứng từ hóa còn lại trong vật liệu sắt gây ra. Bằng cách loại bỏ tất cả các nguồn ma sát và các hiệu ứng dư từ chính, VCM đảm bảo rằng đối với bất kỳ dòng điện đầu vào và vị trí được chỉ huy nào, phản ứng của động cơ là hoàn toàn có thể dự đoán được và độc lập với lịch sử chuyển động gần đây của nó. Điều này rất quan trọng đối với các hệ thống định vị tuyệt đối, nơi động cơ phải luôn trở về cùng một điểm tham chiếu với độ lặp lại ở cấp độ micron, chẳng hạn như trong thiết bị đo lường hoặc hiệu chuẩn.
Tóm lại, hiệu suất động và độ chính xác vượt trội của Động cơ cuộn dây không thể tách rời khỏi kiến trúc độc đáo của nó. Khối lượng chuyển động thấp cung cấp nền tảng vật lý cần thiết để tăng tốc cực cao và thời gian ổn định nhanh, đảm bảo thông lượng tối đa. Đồng thời, hoạt động không có trễ được đảm bảo bởi thiết kế dẫn động trực tiếp, không tiếp xúc đảm bảo độ chính xác và khả năng lặp lại tuyệt đối trong suốt tuổi thọ của động cơ. Cùng nhau, những đặc điểm này làm cho VCM trở thành giải pháp tối ưu và thường là giải pháp duy nhất cho các ứng dụng mà tốc độ cao và độ chính xác ở cấp độ micron phải cùng tồn tại.