Während bei der Diskussion über Voice Coil Motors oft die lineare Bewegung im Vordergrund steht, sind ihre rotierenden Pendants in Anwendungen, die eine präzise Winkelpositionierung, schnelle Oszillation oder kontrolliertes Drehmoment erfordern, ebenso wichtig. Rotary Voice Coil Motors (RVCMs) wenden die gleichen grundlegenden elektromagnetischen Prinzipien wie lineare VCMs an, sind aber so konfiguriert, dass sie eher eine Dreh- als eine Linearbewegung erzeugen. Dies macht sie ideal für Aufgaben, die eine exakte Winkelverschiebung, schnelles Scannen oder stabile Drehzahleinstellungen erfordern.
Das Funktionsprinzip eines Rotary VCM ist eine direkte Adaption der Lorentz-Kraft. Anstelle einer geraden Spule, die sich innerhalb eines linearen Magnetfelds bewegt, weist ein RVCM typischerweise eine Spule auf, die um eine zentrale Achse gewickelt ist und sich innerhalb eines kreisförmigen oder bogenförmigen Magnetfelds dreht, das von Permanentmagneten erzeugt wird. Wenn Strom durch die Spule fließt, interagiert das resultierende Magnetfeld mit dem stationären Magnetfeld und erzeugt eine Tangentialkraft, die ein Drehmoment erzeugt und die Spulenanordnung in Drehung versetzt. Genau wie bei linearen VCMs bestimmen die Richtung und die Stärke des angelegten Stroms direkt die Richtung und die Stärke des Drehmoments, was eine sehr präzise und dynamische Winkelsteuerung ermöglicht.
RVCMs gibt es typischerweise in zwei Hauptbauarten: zylindrisch und Bogensegment. Zylindrische Ausführungen werden häufig für Anwendungen verwendet, die größere Drehwinkel erfordern, während Bogensegmentausführungen gut für kleinere Winkelauslenkungen und eine hochpräzise Positionierung innerhalb eines begrenzten Bereichs geeignet sind. Beide Ausführungen nutzen die inhärenten Vorteile der VCM-Technologie:
Direktantrieb und spielfrei: Wie lineare VCMs sind auch die rotierenden Versionen Direktantriebe, d. h. es sind keine Zahnräder, Riemen oder mechanische Verbindungen an der Kraftübertragung beteiligt. Dies eliminiert das Spiel und gewährleistet eine sofortige und genaue Reaktion auf Steuersignale und erhöht die Gesamtsteifigkeit und Wiederholgenauigkeit des Systems.
Zahnradfreier Betrieb: Die inhärente Konstruktion von VCMs verhindert das Rastmoment, das bei einigen herkömmlichen Motoren auftritt. Dies führt zu einer außergewöhnlich gleichmäßigen und gleichförmigen Drehbewegung, die für empfindliche Scan- und Ausrichtungsaufgaben von entscheidender Bedeutung ist.
Hohe Beschleunigung und schnelles Einschwingen: Aufgrund ihrer geringen Trägheit und effizienten Krafterzeugung können RVCMs sehr hohe Winkelbeschleunigungen erreichen und sich schnell in einer gewünschten Position einpendeln, wodurch der Systemdurchsatz und die dynamische Leistung verbessert werden.
Hervorragende Steuerbarkeit und geringe Hysterese: Die direkte Proportionalität zwischen Strom und Drehmoment, kombiniert mit minimaler Hysterese, ermöglicht eine extrem feine und wiederholbare Winkelpositionierung und Geschwindigkeitsregelung.
Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer: Da kein physischer Kontakt zwischen der beweglichen Spule und den stationären Magneten besteht, gibt es keinen mechanischen Verschleiß durch Reibung, was zu einer langen Betriebsdauer und reduziertem Wartungsaufwand führt.
Rotary Voice Coil Motors finden kritische Anwendungen in verschiedenen Branchen. In optischen Systemen werden sie häufig zum Scannen und Kippen von Spiegeln in Lasersystemen, zur Hochgeschwindigkeits-Strahlsteuerung und für präzise Einstellungen in optischen Instrumenten verwendet. Sie sind integraler Bestandteil von Festplatten für die schnelle und genaue Positionierung von Lese-/Schreibköpfen über Platten. In der Medizintechnik sind RVCMs in Diagnosegeräten zu finden, die eine präzise Winkelbewegung erfordern, z. B. in bestimmten Scangeräten oder Flüssigkeitshandhabungssystemen. Sie spielen auch eine Rolle in der Robotik, insbesondere in kleineren, hochpräzisen Roboterarmen oder Endeffektoren, bei denen eine sanfte, kontrollierte Winkelbewegung von größter Bedeutung ist. Darüber hinaus sind sie wertvoll in Test- und Messgeräten für präzise Winkelindizierung und Schwingungsprüfungen.
Ihre Fähigkeit, eine präzise, schnelle und sanfte Winkelbewegung ohne mechanische Komplexität zu liefern, macht Rotary Voice Coil Motors zu einer unverzichtbaren Komponente für Ingenieure, die fortschrittliche Systeme entwerfen, bei denen Leistung und Zuverlässigkeit nicht verhandelbar sind.