TAUCHSPULENAKTUATOREN (VOICE COIL MOTOREN, VCM)

Der Voice-Coil-Aktuator (Tauchspulenaktuator) ist die technische Umsetzung des Lorentz-Kraft-Prinzips: die Kraft eines stromdurchflossenen Leiters im Permanentmagnetfeld ist proportional zur Magnetfeldstärke und zum Strom. Durch die Umkehr der Stromrichtung ändert sich auch die Kraftrichtung und man kann so bidirektionale Aktuatoren mit gleichem Verhalten in beide Arbeitsrichtungen realisieren - sowohl rotatorisch als auch linear. Elektrisch gesehen ist der Voice-Coil-Motor (VCM, Tauchspulenmotor) ein einphasiger Motor und kann auch wie ein DC-Motor angesteuert werden. Der lineare Voice-Coil-Aktuator ist also defakto ein DC-Linearmotor für kleine Hübe, der rotatorische Voice-Coil-Aktuator ein Drehaktuator mit beschränktem Winkelbereich (Limited Angle Torquer). Durch die vergleichsweise kleinen bewegten Massen eigenen sich Voice-Coil-Aktuatoren für besonders dynamische Anwendungen mit hoher Bewegungsfrequenz. Dabei weist der Voice-Coil-Aktuator eine besonders kleine Hysterese auf und ist somit optimal für Anwendungen geeignet, die eine gut kontrollierbare Bewegung in beide Richtungen mit gut reproduzierbaren Verhalten bei Richtungsumkehr erfordern. Auch die Geräuschbildung, geringes Überschießen oder eine sehr feinfühlige Kraft können Anforderungen sein, die mit Voice-Coil-Motoren gut erfüllt werden können.

 

Wie andere Motoren entwickeln auch Voice Coil Motoren eine Gegenspannung (Back-EMF), die proportional zur Relativ-Geschwindigkeit zwischen Spule und Magnetpott ist, so dass sie bei konstanter Last und Speisung mit konstanter Spannung im stationären Zustand eine konstante Geschwindigkeit erreichen würden. Da der Spulenwiderstand temperaturabhängig ist, erreicht man konstante Kraftverhältnisse nur mit einem Servoregler im Stromregelungsmodus.

 

Generelle Eigenschaften eines Voice-Coil-Aktuators (Tauchspulen-Aktuators):

  • proportionales Verhalten: Positoninierung bis 30mm / 45°
  • hohe Dynamik durch kleine bewegte Massen
  • hoher Wirkungsgrad für batteriebetriebene Systeme oder temperaturempfindliche Anwendungen
  • gute Steuerbarkeit für geringe Geräuschentwicklung oder geringen Schock / Vibrationen
  • sehr kleine Hysterese für exterm gute Wiederholbarkeit auch bei Kraft-Richtungsumkehr
  • keine Rastkraft
  • hohe Überlastfähigkeit

Voice-Coil-Motoren werden häufig als reine Aktuatoren ausgeführt, bei denen das Feedback für die Regelung aus Größen in der Anwendung kommt, wie dies z.B. bei der Druckregelung oder Gasmischung in medizinischen Geräten oder allgemeinen Ventilen der Fall ist. Kunden, die die Integration des Voice-Coil-Antriebs in Ihre Anwendung komplett selbständig durchführenm möchten nutzen die Voice-Coil-Motoren der CVC-Serie von PBA oder die Voice-Coil-Aktuatoren der VM-Serie unseres Partners Geeplus (mit Gleitführung als Standard, Versionen ohne Führung verfügbar).

 

Für Positionieranwendungen stehen fertig integrierte Linearmotortische zur Verfügung, bei denen der Voice-Coil-Motor Teil eine mechanischen Linearachse mit Linearführung wie z.B eines linearen Kreuzrollenkugellager, und eines optischen Encoders ist; Beispiele für solche Linearmotorachsen  für ultra-hochfrequente Linearbewegungen mit kurzem Hub sind die CVCA-Serie mit runden Voice-Coil-Motoren oder die RVCA-Serie als quaderförmige und extra flache Voice-Coil-Antriebe von PBA,

VOICE COIL MOTOREN MIT GLEITLAGERUNG (VM)

Die Voice Coil Motoren der VM Serie sind als Aktuator Komponenten ausgeführt. In der Standardausführung sind diese Voice Coil Aktuatoren linear und die bewegte Spule ist in einem Gleitlager geführt; Positionssenoren sind nicht integriert. Optional können die Voice Coils natürlich auch ohne Eigenlagerung ausgeführt werden und auch kundenspezifische Varianten in anderen Baugrößen und Bauformen (z.B. auch rotatorisch) sind möglich. Die VM Serie adressiert vor allem Anwendungen die eine gut kontrollierbare Bewegung in beide Richtungen erfordern, wie dies z.B. in medizinischen oder optischen Geräten der Fall ist. Sie können eine gleichmäßige Kraft in beide Bewegungsrichtungen entwickeln, wenn sie bipolar angesteuert werden. Dabei weisen sie eine besonders kleine Hysterese auf (typisch zwei Größenordnungen kleiner als vergleichbare Proportionalmagnete), was z.B. vor allem in anspruchsvollen Ventilanwendungen in der Medizintechnik, die eine extrem feinfühlige Verstellung in der Gasmischung erfordern (z.B. Beatmungsgeräte), eine entscheidende Anforderung sein kann.

 

Als Servoregler kommen unsere DC-Servoregler Junus (Strom- oder Geschwindigkeitsregelung (Back-EMF)) in Frage.

 

Kabelanbindung bei einem Voice Coil Aktuator der VM-Serie

Ein großes Problem bei der Anwendung eines Voice Coil Aktuators stellt häufig die Anbindung der bewegten Spule an die Außenwelt dar. Wir haben hierfür eine Lösung mit sogenannten Flex Circuits entwickelt, wie sie auch bei Druckern eingesetzt werden (bewegte Druckköpfe). Standardmäßig ist diese Lösung derzeit nur für den VM2618, VM3322, VM4032, VM5042 und den VM8054 erhältlich; wegen der zusätzlichen Länge für den Deckel des Flex Circuits ändert sich die Bezeichnung auf auf VM2836, VM3334, VM4040, VM5050 bzw. VM8080 elektrisch ändert sich aber nichts (die Daten können 1:1 von den Basistypen übernommen werden). Für alle anderen Typen sollten hier für die Anbindung hochflexible Kabel verwendet werden.

Modell Kraft
Dauer / Spitze
Hub
gesamt / linear
Leistung
(Dauer)
Gewicht
gesamt / Spule
Abmessungen
d x h
Daten-
blatt
Zeichnung
3D
  N mm W g mm .pdf .igs
VM1614 0,8 / 2,3 6 / 4 5 15 / 3 16 x 14
VM2436 2,7 / 7,5 20 / 10 12,5 98 / 9 24 x 36
VM2618 3,4 / 10,6 8 / 4 8 60 / 6 26,3 x 16
VM2836* 3,4 / 10,6 4 / 4 8 60 / 6 28 x 37
VM3322 5,0 / 14 6 / 4 8 140 / 7 33 x 22
VM3334* 5,0 / 14 6 / 4 8 140 / 7 33 x 34
VM3850RB 8,5 / 26 7 / 4 8 60 / 6 38 x 51
VM4032 9 / 26 12 / 9 16 230 / 25 40 x 31
VM4040* 9 / 26 8 /8 16 230 / 25 40 x 40
VM5042 19 / 54 8 / 7 24 480 / 35 50,1 x 42
VM5050* 19 / 54 8 / 7 24 480 / 35 50,1 x 50
VM6340 31 / 104 8 / 3 24 750 / 40 63,1 x 38
VM6340L 32 / 116 12 / 7 28 750 / 43 63,1 x 38
VM6548 24 / 77 20 / 13 28 950 / 90 65 x 48
VM8054 43 / 130 30 / 15 50 1.700 / 150 80 x 54
VM8080* 43 / 130 20 / 15 50 2.000 / 150 80 x 80
VM102P2 208 / 645 12 / 8 105 4.200 / 325 102 x 80
VM108-2P30** 230 / 700 30 / 25 108 8.000 / 750 108 x 125
* Versionen mit Flex-Circuit-Verbindung (Deckel und nicht bewegter Draht bzw. Stecker als Nutzerinterface)
** durch andere Spulenkonfiguration ist eine höhere Kraft bei weniger Hub möglich

TAUCHSPULENAKTUATOREN OHNE EIGENLAGERUNG (CVC)

Die Tauchspulenaktuatoren der CVC Serie sind Voice Coil Aktuatoren ohne Eigenlagerung. Der Spulenkörper bietet Gewindebohrungen zur Befestigung, damit die bewegte Spule an ein Führungssystem angebunden werden kann. Die Drähte sind im Wicklungskörper vergossen, so dass hier eine stabile Anbindung gewährleistet ist.

 

Als Servoregler kommen unsere DC-Servoregler Junus (Strom- oder Geschwindigkeitsregelung (Back-EMF)) in Frage.

 

  • 13 Baugrößen mit 16 bis 90mm Durchmesser (größere Versionen auf Anfrage!)
  • Dauerkraft von 1 bis 120N
  • Hub von 5 bis 40mm
  • Tauchspulenaktuatoren mit integrierter Lagerung und Encoder verfügbar!
  • Tauchspulenaktuatoren in rechteckiger Ausführung mit integrierter Lagerung und Encoder verfügbar!
Voice Coils CVC-Serie Hub
(mm)
Spitzenkraft
(N)
Dauerkraft
(N)
100°C*
Spitzenstrom
(A)
Dauerstrom
(A)
100°C*
Kraftkonstante
(in Mittelstellung)
(N/A)
Gegenspannungs-
konstante
(in Mittelstellung)
(V/m/s)
Spulenwiderstand
(bei 25°C)
(Ohm)
Induktivität
(mH)
max.
Betriebsspannung
(V)
Spulen-
masse
(g)
Pott-
Masse
(g)
CVC16-SF-5 5 4,04 0,71 5,06 0,892 0,80 0,80 1,7 0,14 48 5 10
CVC19-SF-6 6,4 5,90 1,03 4,54 0,793 1,3 1,3 2,83 0,29 48 5 23
CVC20-SF-10 10 8,21 1,43 4,28 0,746 1,92 1,92 3,67 0,44 48 10 32
CVC24-SF-12 11 13,52 2,39 4,25 0,750 3,18 3,18 4,77 1,2 48 18 45
CVC26-SF-7 7 17,11 3,01 2,90 0,510 5,9 5,9 11,16 2,95 48 16 53
CVC30-SF-15 15 22,66 3,97 3,13 0,548 7,24 7,24 11,26 2,38 48 25 100
CVC30-SF-30 30 16,24 5,13 3,96 1,25 4,10 4,10 6,70 TBD 48 45 198
CVC35-HF-8 8 144,00 25,20 4,00 0,700 36,00 36,00 19,50 8,24 48 110 390
CVC38-SF-10 10 42,09 7,32 3,76 0,653 11,21 11,21 10,35 3,47 48 45 168
CVC40-SF-5 5 34,09 5,92 4,41 0,766 7,73 7,73 5,15 1,44 48 23 78
CVC40-HF-6.5 6,5 92,42 16,09 3,59 0,642 25,78 25,78 16,03 5,52 48 75 255
CVC40-HF-12 12 75,30 12,80 3,00 0,51 25,1 25,1 22,21 TBD 96 85 320
CVC40-SF-20 20 47,92 8,34 3,13 0,545 15,31 15,31 17,50 5,59 48 60 230
CVC44-SF-13 13 54,32 9,41 5,60 0,970 9,70 9,70 6,00 1,25 48 40 300
CVC50-SF-30 30 74,91 13,14 4,23 0,742 17,71 17,71 15,19 4,14 48 100 526
CVC60-SF-25 25 120,33 20,90 5,85 1,016 20,57 20,57 9,65 3,26 48 20 668
CVC60-HF-20 20 218,50 37,72 4,75 0,820 46,00 46,00 24,00 15,40 120 410 1140
CVC90-HF-20 20 640,74 111,41 15,77 2,742 40,63 40,63 3,45 4,88 120 1190 2425
*Umgebungstemperatur 25°C, natürliche Konvektion, ohne Kühlkörper
Voice-Coils, Tauchspule, Tauchspulen-Aktuator, Tauchspulen-Motor, Voice-Coil-Motor, Voice-Coil-Aktuator, Linearaktuator
Abmessungen
Voice Coils
CVC-Serie
A(mm) B(mm) C(mm) D(mm) E(mm) F(mm) G(mm) H(mm) I(mm) J(mm) K(mm) L(mm) M(mm) N(mm) X Y Φ
CVC16-SF-5 16,0 13,4 10,8 16,5 7,0 7,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M2,5 M2,5 10°
CVC19-SF-6 19,0 15,7 15,8 24,0 9,0 9,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M3 M3 25°
CVC20-SF-10 20,0 16,6 19,0 31,0 10,0 10,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M3 M3 20°
CVC24-SF-12 24,0 21,0 19,0 30,0 19,0 12,7 ⌀3,5(H7) ⌀1,6 N/A N/A N/A N/A N/A N/A M2 M2 20°
CVC26-SF-7 26,0 22,0 20,0 27,5 12,0 12,0 M3 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M2;M2,5;M3 M3 20°
CVC30-SF-15 30,0 24,6 24,5 39,0 16,0 12,6 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M3 M3 20°
CVC30-SF-30 30,0 25 43 64,8 21 14 ⌀3,0(H7) ⌀3,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A M3 M3 30°
CVC35-HF-8 35,0 30,4 80,8 92,5 27,0 12,6 ⌀3,0(H7) N/A N/A N/A N/A ⌀3,0(H7) N/A 27 M3 M3 -25°
CVC38-SF-10 38,0 31,2 27,5 39,0 20,0 10,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 20°
CVC40-SF-5 40,0 34,0 12,0 17,5 20,0 20,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 20°
CVC40-HF-6.5 40,0 34,8 40,5 49,3 20,0 20,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 -25°
CVC40-HF-12 40,0 33,2 44,7 55 20,0 20,0 ⌀4,0(H7) N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M3 M3 20°
CVC40-SF-20 40,0 33,2 32,5 49,8 20,0 20,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 20°
CVC44-SF-13 44,0 37,2 31,8 44,5 25,4 19,1 ⌀6,5(H7) N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 20°
CVC50-SF-30 50,0 42,4 43,0 67,6 20,0 20,0 ⌀4,0(H7) ⌀4,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A M4 M4 30°
CVC60-SF-25 60,0 50,6 43,5 66,1 30,0 30,0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A M5 M5 20°
CVC60-HF-20 60,0 52,0 90,0 118,0 44,0 44,0 ⌀8,0(H7) ⌀8,0( ⌀3,0(H7) N/A ⌀3,0(H7) N/A 32 32 M5 M5 20°
CVC90-HF-20 90,0 81,6 90,0 109,4 48,0 48,0 ⌀12,0(H7) ⌀12,0 N/A ⌀4,0(H7) N/A ⌀4,0(H7) 40 34 M6 M6 35°

TAUCHSPULENANTRIEBE MIT LAGERUNG UND ENCODER (CVCA)

Die Tauchspulenantriebe (Voice-Coil-Antriebe) der CVCA-Serie nutzen die Tauchspulenmotoren (Voice-Coil-Motoren) der CVC-Serie und integrieren diese in ein mechanisches System mit Kreuzrollenlagerung und Encoder. Die so entstehenden Linearaktoren sind extrem dynamische, robuste und zuverlässige Linearantriebe für Bewegungen mit kurzem Hub und eignen sich z.B. für Maschinen in der Halbleiterbrache oder der optischen Industrie.

 

Als Servoregler kommen unsere Accelnet Servoverstärker mit DC Einspesiung und Encoderfeedback in Frage.

 

  • Kreuzrollenlager für hohe Genauigkeit und Steifigkeit
  • keine Rastkraft
  • geringe bewegte Masse, schnelle Reaktionszeit
  • Encoder mit Auflösungen bis 100nm integriert
  • hohe Zuverlässigkeit

FLACHE TAUCHSPULENANTRIEBE MIT LAGERUNG UND ENCODER (RVCA)

Die Tauchspulenantriebe (Voice-Coil-Antriebe) der RVCA-Serie sind fertige Linearaktuatoren für kurzen Hub mit sehr hoher Frequenz mit Kreuzrollenlagerung und Encoder in sehr flacher Ausführung. Standardmäßig sind die Tauchspulenmotoren (VCM) mit einer Rückstellfeder ausgestattet. Die Linearaktoren der RVCA-Serie sind extrem dynamische, robuste und zuverlässige Linearantriebe für Bewegungen mit kurzem Hub und eignen sich z.B. für als z-Achse in Pick&Place-Anwendungen in der Halbleiterbrache oder der optischen Industrie.

 

Als Servoregler kommen unsere Accelnet Servoverstärker mit DC Einspeisung und Encoderfeedback in Frage.

 

  • ideal für High-Speed-Pick&Place Anwendungen
  • Kreuzrollenlager für hohe Genauigkeit und Steifigkeit
  • keine Rastkraft
  • geringe bewegte Masse, schnelle Reaktionszeit für ultra-hohe Frequenzen
  • Rückstellfeder integriert
  • Encoder integriert (Auflösung bis 100nm)
  • einfache Integration, Plug&Play
  • hohe Zuverlässigkeit