ทำไมการทำงานแบบปราศจากฮิสเทอรีซิสและมวลที่เคลื่อนที่ต่ำจึงจำเป็นต่อความเป็นเลิศของ VCM ในระบบอัตโนมัติความเร็วสูง?
ในระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ ความเร็วและความแม่นยำไม่ใช่แค่คุณสมบัติที่พึงปรารถนาเท่านั้น แต่บ่อยครั้งยังเป็นข้อกำหนดบังคับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคส่วนต่างๆ เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบตรวจสอบ และโทรคมนาคม Voice Coil Motor (VCM) มีตำแหน่งที่ไม่เหมือนใครในการตอบสนองความต้องการเหล่านี้ ส่วนใหญ่เป็นเพราะพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญและเชื่อมโยงกันสองประการ: การทำงานแบบปราศจากฮิสเทอรีซิสและมวลที่เคลื่อนที่ต่ำ คำถามที่กำหนดสำหรับสถาปนิกของระบบคือ: ลักษณะหลักสองประการนี้แปลเป็นปริมาณงานและความแม่นยำที่เหนือกว่าได้อย่างไร ซึ่งทำให้เทคโนโลยี VCM แตกต่างจากโซลูชันการควบคุมการเคลื่อนไหวแบบดั้งเดิม?
หลักการของมวลที่เคลื่อนที่ต่ำเป็นรากฐานของประสิทธิภาพแบบไดนามิกของ VCM ซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์ที่ต้องใช้เกียร์ที่ซับซ้อนหรือสกรูนำเพื่อแปลงการหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น VCM เป็นแอคทูเอเตอร์เชิงเส้นแบบไดรฟ์โดยตรง องค์ประกอบที่เคลื่อนที่ของมันเป็นเพียงชุดขดลวด ซึ่งได้รับการออกแบบโดยเจตนาโดยใช้วัสดุน้ำหนักเบา เช่น อะลูมิเนียมสำหรับตัวขึ้นรูปขดลวดและสายไฟทองแดงละเอียด
ข้อดีของมวลต่ำมีสองเท่า ประการแรก มันมีส่วนช่วยโดยตรงต่อความสามารถในการเร่งความเร็วที่สูงมากของ VCM เนื่องจากความเร่งแปรผกผันกับมวล มวลที่เคลื่อนที่น้อยที่สุดช่วยให้มอเตอร์สามารถดำเนินการเปลี่ยนแปลงความเร็วได้อย่างรวดเร็วและรวดเร็วด้วยความแม่นยำสูงมาก สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการดำเนินการหยิบและวางความเร็วสูงหรือการบังคับเลี้ยวด้วยเลเซอร์ ซึ่งแอคทูเอเตอร์ต้องเริ่มต้น หยุด และกลับทิศทางหลายสิบครั้งต่อวินาที ด้วยการลดความเฉื่อยให้เหลือน้อยที่สุด VCM สามารถบรรลุเวลาในการตั้งค่าที่เร็วที่สุด ซึ่งเป็นเวลาที่มอเตอร์ต้องใช้ในการไปถึงตำแหน่งเป้าหมายสุดท้ายและหยุดการสั่น เวลาในการตั้งค่าที่รวดเร็วเป็นปัจจัยหลักที่ขับเคลื่อนปริมาณงานสูงในการผลิตและกระบวนการตรวจสอบ
ประการที่สอง มวลที่เคลื่อนที่ต่ำมีความจำเป็นสำหรับการสร้างเสถียรภาพของระบบ องค์ประกอบที่เคลื่อนที่เบาจะสร้างการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกน้อยลงเมื่อเร่งความเร็วหรือลดความเร็ว ซึ่งช่วยลดความเครียดทางกลไกบนแพลตฟอร์มโฮสต์ทั้งหมด สิ่งนี้จำกัดการแนะนำสัญญาณรบกวนภายนอกและการสั่นไหวเข้าสู่ระบบควบคุม ทำให้เซ็นเซอร์ป้อนกลับตำแหน่งละเอียด (ตัวเข้ารหัส) ทำงานได้อย่างสะอาดและแม่นยำยิ่งขึ้น
ข้อได้เปรียบที่กำหนดประการที่สอง การทำงานแบบปราศจากฮิสเทอรีซิส เป็นกุญแจสำคัญสู่ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำของ VCM ฮิสเทอรีซิส ซึ่งเป็นความไม่สามารถของระบบในการเข้าถึงตำแหน่งที่สั่งการเดียวกันได้อย่างแม่นยำเมื่อเข้าใกล้จากทิศทางตรงกันข้าม ส่วนใหญ่เกิดจากแรงเสียดทานและแบ็คแลชในระบบส่งกำลังทางกลไก ตัวอย่างเช่น ช่องว่างเล็กน้อยในชุดเกียร์หรือแรงเสียดทานแบบติด-ลื่นในไดรฟ์สกรูบอลสร้างโซนตายที่ระบบเซอร์โวต้องเอาชนะ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่ง
VCM ขจัดปัญหาเหล่านี้โดยธรรมชาติเนื่องจากการสร้างแรงนั้นไม่มีการสัมผัสและเป็นแบบแม่เหล็กไฟฟ้าโดยสมบูรณ์ ไม่มีเกียร์ที่จะผูก ไม่มีสกรูที่จะสึกหรอ และไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างขดลวดและสนามแม่เหล็ก ในสเตจ VCM ความแม่นยำสูง ขดลวดที่เคลื่อนที่จะถูกนำทางโดยกลไกพิเศษที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานน้อยที่สุดหรือเป็นศูนย์ สิ่งเหล่านี้มักรวมถึงแถบโลหะบางและยืดหยุ่นสูงที่เรียกว่าแบริ่งเฟล็กเชอร์ หรือสำหรับประสิทธิภาพสูงสุด แบริ่งอากาศ เฟล็กเชอร์นำทางการเคลื่อนที่ของขดลวดด้วยความแข็งด้านข้างสูง แต่มีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ตามแนวแกนเกือบเป็นศูนย์ ขจัดทั้งแรงเสียดทานและแบ็คแลชทางกลไก
นอกจากนี้ VCM ขั้นสูงหลายตัวใช้การออกแบบแบบไม่มีแกน (ไม่มีเหล็กในชุดขดลวด) คุณสมบัตินี้ช่วยขจัดฮิสเทอรีซิสแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากผลกระทบของการแม่เหล็กตกค้างในวัสดุเหล็ก โดยการขจัดแหล่งที่มาหลักทั้งหมดของแรงเสียดทานและผลกระทบตกค้างของแม่เหล็ก VCM ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสำหรับกระแสอินพุตและตำแหน่งที่สั่งการใดๆ การตอบสนองของมอเตอร์นั้นสามารถคาดการณ์ได้อย่างสมบูรณ์และเป็นอิสระจากประวัติการเคลื่อนที่ล่าสุด สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบการวางตำแหน่งสัมบูรณ์ที่มอเตอร์ต้องกลับไปยังจุดอ้างอิงเดียวกันเสมอด้วยความสามารถในการทำซ้ำในระดับไมครอน เช่น ในอุปกรณ์วัดหรือสอบเทียบ
โดยสรุป ประสิทธิภาพแบบไดนามิกและความแม่นยำที่เหนือกว่าของ Voice Coil Motor นั้นแยกออกจากสถาปัตยกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ไม่ได้ มวลที่เคลื่อนที่ต่ำให้รากฐานทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับการเร่งความเร็วที่สูงมากและเวลาในการตั้งค่าที่รวดเร็ว ทำให้มั่นใจได้ถึงปริมาณงานสูงสุด พร้อมกัน การทำงานแบบปราศจากฮิสเทอรีซิสที่รับประกันโดยการออกแบบแบบไดรฟ์โดยตรงที่ไม่สัมผัสช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำอย่างสมบูรณ์ตลอดอายุการใช้งานของมอเตอร์ คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ VCM เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดและมักจะเป็นโซลูชันเดียวสำหรับแอปพลิเคชันที่ความเร็วสูงและความแม่นยำในระดับไมครอนต้องอยู่ร่วมกัน