La cantidad de áreas que pueden beneficiarse de la tecnología VCA crece constantemente a medida que los ingenieros usan VCA para abordar aplicaciones de movimiento complejas, delicadas o sensibles.
La cantidad de áreas que pueden beneficiarse de la tecnología VCA crece constantemente a medida que los ingenieros usan VCA para abordar aplicaciones de movimiento complejas, delicadas o sensibles.
Originalmente desarrollada para altavoces de audio, la tecnología Voice Coil Actuation (VCA) ahora se usa para proporcionar un control de movimiento preciso y confiable para una amplia variedad de aplicaciones médicas, de procesos industriales y espaciales. A pesar de su madurez, la tecnología VCA no ha sido durante mucho tiempo una opción natural para los ingenieros de diseño. Esto se debe a que, hasta hace relativamente poco tiempo, los VCA no eran una solución rentable para muchas aplicaciones. Hoy en día, con la llegada de MCU potentes y controladores precisos y eficientes, los diseños de movimiento lineal avanzado que utilizan VCA son más fáciles y económicos de implementar.
En aplicaciones que requieren un movimiento altamente confiable, repetible y controlable, los VCA ofrecen muchas ventajas a los ingenieros. Muy simple y muy robusto, el movimiento suave y preciso del VCA es tan preciso como la entrada proporcionada. Un VCA con histéresis cercana a cero y aceleración rápida a cualquier posición en su recorrido está limitado solo por la precisión de detección de posición del sistema y las capacidades del controlador.
Mantenerse con vida: control de precisión de dispositivos médicos
Un área de aplicación que requiere movimientos extremadamente precisos es la industria médica. Los dispositivos como las bombas de administración de medicamentos y los ventiladores no funcionan por aproximación, ya que cada microlitro de líquido (o aire) debe medirse y administrarse cuidadosamente. El control de movimiento preciso y suave de las soluciones basadas en VCA mejora la precisión sin agregar complejidad o volumen a los sistemas de gestión de flujo médico.
Además de los estrictos estándares normativos y de rendimiento, los espacios de atención médica también requieren dispositivos pequeños y livianos que los cuidadores puedan transportar y transportar mientras se mueven de una habitación a otra dentro de las instalaciones. En particular, los VCA lineales pueden diseñarse para cumplir con el tamaño ultracompacto y los estrictos requisitos de control de movimiento requeridos por la industria médica, especialmente las aplicaciones críticas para la vida.
Otra ventaja de los VCA es la operación bidireccional con un pestillo magnético, que permite que el dispositivo se mantenga en su lugar en un extremo de su carrera o en el otro mediante imanes permanentes. Esto es especialmente importante durante eventos tales como cortes de energía. Esto permite a los diseñadores asegurarse de que los sistemas críticos, como las válvulas, estén abiertos o cerrados en situaciones de energía disruptiva.
Estos VCA compactos tienen tres cuartos de pulgada de diámetro y pesan solo 2,3 onzas, pero pueden ejercer hasta aproximadamente 2 libras de fuerza. Esta fuerza está representada por una carrera operativa de ±2 mm con baja histéresis, cero cogging, alta aceleración y ciclo de vida prolongado.
Fuera de este mundo: operación a prueba de fallas de la nave espacial
Al igual que en la industria médica, los equipos utilizados en aplicaciones militares y aeroespaciales deben ser lo más precisos y robustos posible en todas las condiciones ambientales. Una solución personalizada ayuda a garantizar que el diseño inicial del equipo considere todas las especificaciones para lograr el rendimiento deseado.
Para hacer frente a los requisitos únicos de las aplicaciones basadas en el espacio, los ingenieros sensato creó un imán móvil VCA capaz de manejar los estrictos requisitos de los espejos móviles del espectrómetro en la nave espacial Origins-Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer (OSIRIS-Rex) lanzada en septiembre de 2016. Planea devolver las muestras a la Tierra en 2023 (ver también “Quiero ser un minero de asteroides”).
Este VCA de imán móvil personalizado se adjuntó al conjunto de espejo móvil del espectrómetro de emisión térmica OSIRIS-Rex (OTES) y se colocó adecuadamente para escanear la superficie a medida que la nave espacial se acercaba al asteroide. Los VCA personalizados se fabrican especialmente para garantizar una alta confiabilidad y un funcionamiento a prueba de fallas. La tecnología redundante para el posicionamiento preciso del control de movimiento, la baja emisión de gases y la alta precisión fueron requisitos clave para el diseño del actuador.
Dado que las restricciones son tan estrictas, también era importante mantenerse dentro de los límites de espacio, peso y potencia logrados en una carcasa compacta que mide aproximadamente 2 por 3 pulgadas de tamaño. Para lograr emisiones cercanas a cero, Sensata utiliza la menor cantidad posible de adhesivos y tintas (aprobados para vuelos espaciales) y utiliza métodos de ensamblaje mecánico dentro de un proceso de fabricación limpio para provocar la desgasificación.
Usando imanes de neodimio-hierro-boro de alta energía para una eficiencia operativa superior, esta solución de imán personalizado y método de ensamblaje limpio se transfirió a una serie de actuadores en varios tamaños, que van desde 12 a 65 mm de diámetro y 12 a 65 mm de diámetro. mm VCA de alto rendimiento ya está disponible. Con una longitud de 75 mm (a mitad de carrera), es ideal para aplicaciones de semiconductores, militares, espaciales y de prueba y medición.
Funcionamiento suave: baja fricción en aplicaciones industriales y de proceso
En muchas aplicaciones de proceso o movimiento de movimiento continuo, el movimiento inconsistente causado por una fricción excesiva no solo roba las ganancias, sino que también reduce el rendimiento. Una solución VCA con histéresis y fricción muy bajas que proporciona un control de posición bidireccional preciso y consistente, como el VCA que se muestra a continuación, es ideal.
La clave del diseño de baja fricción del VCA es un circuito flexible simétrico que evita la fricción del movimiento. Esto se combina con una jaula de bolas de latón para reducir aún más los efectos basados en la fricción. Este diseño proporciona un rendimiento operativo con solo 10 mN de histéresis en comparación con actuadores de estilo similar que exhiben hasta 50-200 mN de histéresis. Otros atributos de rendimiento del VCA incluyen una fuerza máxima de 4,7 N, una carrera total de 7,4 mm y un tamaño compacto de 38 mm de diámetro y 48,3 mm de longitud.
Reuniéndolo todo: herramientas para acelerar el desarrollo
Las herramientas de diseño para comprender e implementar una tecnología en particular son importantes, y los VCA no son una excepción. Por ejemplo, el kit para desarrolladores del actuador de bobina de voz de Sensata, que se muestra a continuación, incluye un VCA con sensores de retroalimentación incorporados y un controlador programable con software de control de movimiento compatible con PC.
Este kit permite a los ingenieros de diseño aprovechar los VCA sin tener que especificar la electrónica necesaria para un sistema de control completo. Este tipo de herramienta ayuda a los diseñadores a desarrollar rápidamente sistemas de actuación y demostrar diseños prácticos para casi cualquier aplicación.
Evolución de la tecnología VCA
La capacidad de colocar un movimiento lineal avanzado y preciso en cualquier lugar potencia tanto los espacios de aplicaciones tradicionales como los espacios que antes estaban bloqueados debido a los desafíos de costo y complejidad. La cantidad de áreas que pueden beneficiarse de la tecnología VCA crece constantemente a medida que los ingenieros usan VCA para abordar aplicaciones de movimiento complejas, delicadas o sensibles. Si tiene alguna pregunta sobre la tecnología VCA, publíquela como comentario a continuación.