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Haptik Aktuator als Micro-Rütteltisch
Vibrations-Aktuator
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Vibrations-Aktuator – Preiswerte Alternative zu Tauchspulenantrieben
Es gibt eine Reihe von Anwendungen, bei denen eine schwingende Bewegung erforderlich ist, für die einfache Hubmagnete nicht ideal sind und für die Tauchspulenantriebe zwar technisch geeignet, aber eine kostspielige Option sind. Vibrations-Aktuatoren sind einfache bidirektionale Aktuatoren, um solche Anforderungen zu erfüllen. Diese Haptik-Aktuatoren basieren auf einer laminierten Stator-Baugruppe mit mehreren Polen für eine gute Krafterzeugung und einer einfachen Ankerbaugruppe, bestehend aus einer Stahlplatte mit mehreren Magneten, die die Pole bilden. Die Aktuatoren werden als Satz von Stator- und Ankerteilen zum Einbau in die eigene Baugruppe des Kunden oder als integriertes Modul mit beweglichen Blechen angeboten, die eine lineare Bewegung ermöglichen und die Trennung zwischen den beiden Teilen aufrechterhalten. Die Amplitude wird grösser, wenn die Baugruppe nahe ihrer Resonanzfrequenz angetrieben wird. Zu den Anwendungen gehören Linearförderer, Flüssigkeitsmischer oder Pulververdichtungsgeräte.
Der Voice Coil Aktuator ist ein zweipoliger nichtkommutierter Antriebsmechanismus mit limitiertem Weg oder Winkel. Er verfügt über eine lineare Kennlinie, eine hohe Wiederhol- und Positioniergenauigkeit und ist frei von Hysterese. Der Voice Coil Aktuator hat eine niedrige elektrische und mechanische Zeitkonstante und eine hohe Ausgangsleistung im Verhältnis zu seiner Masse und Volumen. Er ist somit ein ideales Servo-Antriebselement. Ein Voice Coil Aktuator besteht aus zwei Komponenten, einer auf ein nichtmagnetisches Stützelement gewickelten Spule und einem Magnetkreis aus Dauermagneten. Im eingebauten Zustand befindet sich die Spule in dem Luftspalt des Magnetkreises. Ein Element ist dabei mechanisch befestigt, um die Bewegung entlang des Kraftvektors (oder Drehmomentvektors) zu ermöglichen. Fliesst ein Spulenstrom, wird eine Kraft oder Drehmoment generiert. Richtung und Amplitude werden dabei von der Stromstärke und Stromrichtung bestimmt. Voice Coil Aktuatoren stehen in zwei Grundkonfigurationen zur Verfügung, linear (zylinderförmig oder rechteckig) und rotierend (zylinder- oder bogenförmig).
Motorparameter
Kraftkonstante: KNI N / Amperewindung
Die pro Amperewindung (= Stromstärke x Anzahl der Windungen) durch Spulenerregung erzeugte Kraft. Die durch die Schwingspule entwickelte Kraft entspricht dem Produkt aus Kraftkonstante und Erregung in Amperewindungen (die Angabe in Amperewindungen macht diese Grösse unabhängig von der Wicklung; die Anzahl der Windungen finden Sie bei den Wicklungsparametern).
Linearer Bereich: mm
Die Bewegungsstrecke, über die die entwickelte Kraft > 90% der Maximalkraft des Motors ist.
Wärmewiderstand: Rth ºC / W
Der Temperaturanstieg der Spule pro Watt Erregungsenergie (Magnettopf auf einen massiven Aluminiumsockel montiert).
Höchsttemperatur: Tmax ºC
Höchstzulässige Spulentemperatur für den Motor
Dauerkraft: F100 N
Maximalkraft, bei , der die Spule bei konstanter Bestromung ihre zulässige Höchsttemperatur erreicht (Magnettopf auf massivem Aluminiumblock (20°C) montiert). Die Dauerkraft für verschiedene Spulenwicklungsoptionen kann leicht variieren.
Dauerleistungsaufnahme: P100 W
Die Dauerleistungsaufnahme, die dazu führt, dass die vollständig in den Topf eingefahrene Spule ihre Höchsttemperatur erreicht (Magnettopf auf massivem Aluminiumblock bei 20°C montiert).
Verhalten
Das Verhalten eines Tauchspulenmotors kann anhand des klassischen physikalischen Problems eines stromführenden Drahtes in einem Magnetfeld erläutert werden.
Bei einer Magnetfeldstärke B, einem durch den Draht geführten Strom I und einer Länge des vom Feld betroffenen Drahtstückes l ergibt sich die entwickelte Kraft F gemäss der Gleichung F = B x I x l
Die entwickelte Kraft ist senkrecht zum Magnetfeld und dem durch den Draht fliessenden Strom.
Hysterese
Die Hysterese entspricht dem Schlupf in mechanischen Systemen und kann zu Positions- oder Kraftfehlern führen. Die Graphik zeigt, wie sich Hysterese in einem Positionierungssystem auswirkt: wird der Strom verändert, um die Bewegungsrichtung zu ändern, muss er in entgegen gesetzter Richtung verändert werden, um überhaupt Bewegung zu erzielen. In Hubmagneten kann die Hysterese in der Regel bis zu 10% der entwickelten Kraft oder mehr ausmachen, bei Tauchspulenmotoren liegt sie meist bei 1% der entwickelten Kraft. Geringe Hysterese ermöglicht präzise und wiederholbare Positionssteuerung.