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音圈电机原理音圈电机是一种常见的电机类型，它利用电磁感应原理将电能转化为机械能。
它的工作原理主要包括电磁感应、磁场与电流的相互作用以及电能转换等方面。
下面将详细介绍音圈电机的工作原理。
首先，音圈电机的核心部件是音圈，它是由绝缘线圈绕制而成的。
当通过音圈通电时，会在音圈周围产生磁场，这是基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律的基础上产生的。
磁场的产生使得音圈内产生感应电动势，从而使得音圈内产生感应电流。
这个过程实质上是电能转化为机械能的过程。
其次，音圈电机中的音圈会受到磁场力的作用，从而产生受力运动。
这个受力运动的方向和大小取决于音圈内感应电流的方向和大小，以及磁场的方向和大小。
通过合理设计磁场和电流的方向，可以实现对音圈的精确控制，从而实现对电机的运动控制。
另外，音圈电机还涉及到电能转换的问题。
在音圈电机中，电能首先被转化为磁能，然后再由磁能转化为机械能。
这个过程需要合理设计电路和磁路，以确保电能能够高效地转化为机械能。
同时，为了提高电机的效率和性能，还需要考虑磁路和电路的优化设计。
总的来说，音圈电机的工作原理涉及到电磁感应、磁场与电流的相互作用以及电能转换等方面。
通过合理设计磁路和电路，可以实现对电机的精确控制，从而实现对机械系统的精确控制。
这对于各种机械设备和系统的设计和应用具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能够对音圈电机的工作原理有一个清晰的认识，从而更好地理解和应用这一电机类型。
同时，也希望本文能够对相关领域的研究和应用工作起到一定的参考作用。
感谢您的阅读！。
音圈电机的电磁场计算与分析音圈电机是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机。
以音圈电机为动力的直线定位系统具有整体结构简单、驱动速度快、定位精度高等优点，已广泛应用于计算机磁盘驱动器、激光微调机、六自由度机器人手臂等高新技术设备中。
评价音圈电机的指标包括出力大小和“力一位移”曲线的平滑度。
在音固电机设计中，需要合理确定各个尺寸和电磁参数，以得到理想的出力和“力一位移”曲线。
尽管音圈电机的结构比较简单，但是设计方法有其特殊性，目前关于该电机设计计算的参考文献仍较少，仅有国外的产品介绍可供参考。
音圈电机的出力和“力一位移”曲线的计算应以电磁场计算为基础。
音圈电机的结构主要由定子和动子组成。
其中定子包括外磁轭、环形磁钢、隔磁环和内磁轭，动子由音圈绕组和绕组支架组成。
音圈电机的工作原理与电动式扬声器类似，即在磁场中放入一环形绕组，绕组通电后产生电磁力，带动负载作直线运动；改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。
音圈电机的设计应遵循以下几个基本原则：(1)在电机体积给定的情况下，应尽可能增加气隙磁密与线圈总长度的乘积，以提高单位电流产生的磁推力。
(2)减小漏磁，降低磁路的饱和程度，从而减小电机的体积。
(3)合理设计电机定子和动子的轴向长度，以得到平滑的“力-位移”曲线。
电磁场计算音圈电机的设计与分析应以电磁场计算为基础。
由于音圈电机内的磁场是一个轴对称场，所以可采用二维有限元法进行计算。
影响音圈电机性能的结构参数主要包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离和定动子长度。
磁钢厚度越大，则气隙磁场越强，电机的出力也越大，但在电机外径一定的条件下，音圈的直径要减小。
因此须适当选择磁钢厚度，才能使电机出力最大。
音圈厚度不但影响电机绕组的安匝数，同时影响气隙磁密，两者相互矛盾。
音圈电机工作原理音圈电机工作原理音圈电机是一种常见的电动机，它在许多领域中被广泛应用，例如音响设备、汽车、机器人等。
本文将从浅入深地解释音圈电机的工作原理。
一、什么是音圈电机音圈电机，也被称为电磁音圈驱动器（voice coil motor，简称VCM），是一种基于电磁原理工作的电动机。
它通常由定子、转子和磁场组成。
二、磁场的作用1. 磁场的产生音圈电机通过使用磁场来产生力，从而实现机械运动。
通常使用永磁体或电磁线圈产生一个稳定的磁场。
2. 磁场的极性磁场由两个极性组成：南极和北极。
当两个相同极性的磁场相遇时，它们会产生排斥力；而当两个不同极性的磁场相遇时，它们会产生吸引力。
三、音圈电机的工作原理1. 电流通过音圈当通过音圈通入电流时，产生的磁场与永磁体或电磁线圈中的磁场相互作用，引起力的产生。
这个力可以用来推动或拉动音圈。
2. 构造音圈电机的磁场为了使音圈电机工作，需要合适的磁场结构。
常见的方法是使用永磁体作为固定磁场，然后通过音圈传递电流，产生电磁力。
3. 双向运动音圈电机可以实现双向运动。
当电流通过音圈时，它会受到磁场的作用而运动。
改变电流的方向可以改变运动的方向。
四、应用领域音圈电机在许多应用领域中都有广泛的应用，其中一些包括：•音响设备：音圈电机可用于压电喇叭、耳机和扬声器等音频设备。
•汽车：音圈电机在汽车中用于控制各种机械部件，如调节器、重量平衡系统等。
•机器人：音圈电机具有精确控制和定位能力，因此常用于机器人运动控制。
五、总结通过以上简单的解释，我们对音圈电机的工作原理有了一定的了解。
音圈电机通过电流通入音圈，与磁场互相作用引起力的产生，从而实现机械运动。
它在音响设备、汽车和机器人等领域中具有广泛的应用前景。
希望本文能够帮助读者更好地理解音圈电机的工作原理。
音圈电机的原理音圈电机是一种常见的电动机，它基于电磁感应原理工作。
它由固定在外部的磁铁（称为定子）和围绕定子旋转的线圈（称为转子）组成。
这种电机被广泛应用于许多领域，如工业自动化、汽车、机器人等。
音圈电机的工作原理可以简单描述为：当电流通过线圈时，它在磁场中产生一个力矩，推动线圈旋转。
这个磁场是由定子上的磁铁产生的，通常是通过永磁体或电磁线圈来实现的。
当线圈旋转时，它会不断地与定子上的磁场相互作用，产生一个旋转力矩。
通过控制电流的大小和方向，可以控制线圈的旋转速度和方向。
音圈电机的优点之一是它的响应速度非常快。
由于线圈和定子之间的物理接触非常小，摩擦和惯性影响较小，使得电机能够实现快速准确的位置控制。
这使得音圈电机在需要高精度和高速度的应用中非常受欢迎。
另一个优点是音圈电机具有较高的功率密度。
由于线圈和磁铁之间的间隙非常小，使得电机能够在较小的尺寸内提供较大的输出功率。
这对于空间有限的应用非常重要，例如机器人和汽车中的电动驱动系统。
音圈电机还具有良好的控制性能。
通过改变线圈中的电流，可以实现电机的速度和位置控制。
这使得电机可以根据需要实现精确的运动控制，例如在机器人中进行复杂的路径规划和执行。
然而，音圈电机也存在一些局限性。
首先，由于线圈和定子之间的物理接触非常小，使得电机的散热能力较差。
在高功率运行时，电机可能会产生较多的热量，需要额外的散热措施来保持温度在可接受范围内。
其次，音圈电机的成本较高。
相对于其他类型的电机，音圈电机的制造和维护成本较高，使得它在某些应用中可能不太实用。
总的来说，音圈电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
它具有快速响应、高功率密度和良好的控制性能等优点，被广泛应用于许多领域。
然而，它也存在一些局限性，如散热能力较差和较高的成本。
对于不同的应用需求，我们可以选择适合的电机类型来实现最佳的性能和效果。
音圈电机主动振动执行器结构
一、引言
音圈电机主动振动执行器是一种新型的振动控制器，具有高精度、高速度、低噪声等优点，已经广泛应用于机械工程、航空航天等领域。
本文将详细介绍音圈电机主动振动执行器的结构。
二、音圈电机主动振动执行器的基本原理
1. 音圈电机的基本原理
2. 主动振动控制的基本原理
3. 音圈电机主动振动执行器的工作原理
三、音圈电机主动振动执行器的结构组成
1. 机械结构部分
（1）支撑架
（2）活塞杆
（3）负载平台
2. 电气控制部分
（1）驱动电路板
（2）传感器模块
（3）控制算法
四、机械结构部分详细介绍
1. 支撑架的设计和材质选择
2. 活塞杆的长度和直径确定方法及选用材料介绍
3. 负载平台设计及其对系统性能影响
五、电气控制部分详细介绍
1. 驱动电路板设计及其关键元件介绍
2. 传感器模块的种类及其选择原则
3. 控制算法的设计及其对系统性能影响
六、音圈电机主动振动执行器的性能测试与分析
1. 振动频率响应测试
2. 振幅响应测试
3. 稳态误差测试
七、音圈电机主动振动执行器的应用前景展望
1. 工业自动化领域中的应用
2. 航空航天领域中的应用
3. 医疗器械领域中的应用
八、结论
本文详细介绍了音圈电机主动振动执行器的结构组成、工作原理、性
能测试与分析以及应用前景展望等方面。
该技术具有广泛的应用前景，将在未来得到更加广泛的推广和应用。
音圈电机的用途一、什么是音圈电机音圈电机是一种特殊类型的电机，也被称为震动电机或振动电机。
它利用特定的电磁原理产生震动力，将电能转化为机械能，用于实现不同领域的振动或震动应用。
音圈电机通常由定子、转子和驱动电路组成，具有结构简单、体积小、功率效率高等特点。
二、音圈电机在手机行业的应用2.1 手机震动功能1.振动铃声：音圈电机被广泛应用于手机的振动铃声功能中。
当手机接收到来电或短信时，音圈电机会产生震动，提醒用户有新的消息。
2.触觉反馈：音圈电机还可用于手机的触觉反馈功能。
通过不同的震动模式和频率，音圈电机可以模拟按钮点击、键盘输入等操作，提供给用户更加直观的交互体验。
2.2 手机游戏体验1.模拟振动：在手机游戏中，音圈电机可以模拟不同的物理震动效果。
例如，在赛车游戏中，当玩家驾驶车辆经过颠簸的道路时，音圈电机可以产生相应的震动，增强游戏的真实感。
2.环境震动：一些手机游戏还利用音圈电机产生环境震动效果。
比如，在射击游戏中，当玩家发射武器时，音圈电机可以模拟枪械的后坐力，使游戏更加刺激。
2.3 其他应用除了手机行业，音圈电机在其他领域也有广泛的应用。
1.汽车行业：音圈电机可以用于汽车的驾驶座椅中，通过产生震动来提醒驾驶员注意力不集中或发出警告。
2.医疗领域：音圈电机可用于医疗设备中，如按摩器、理疗仪等，提供振动按摩或治疗效果。
3.家电行业：音圈电机可以应用于洗衣机、洗碗机等家电中，用于产生振动，提高清洁效果。
三、音圈电机的优势与发展前景3.1 优势1.尺寸小：音圈电机体积小巧，适用于一些对空间要求较高的场合，如手机、手持设备等。
2.低噪音：与传统的机械震动装置相比，音圈电机在工作时产生的噪音较低，不会造成过大的干扰。
3.2 发展前景1.集成化趋势：随着电子产品的不断发展，对音圈电机的需求也在增加。
未来，音圈电机有望更好地与其他元器件集成，提供更复杂、多样化的功能。
2.应用领域拓展：除了现有的手机、汽车、医疗等领域，音圈电机在虚拟现实、智能家居、智能穿戴等新兴领域也有很大的应用空间。
VCM介绍Henry Wu2012.6.21何为VCMVCM是Voil Coil Motor 的缩写，中文叫音圈马达。
原用于扬声器产生振动发声，现用于推动镜头移动产生自动对焦的成像模组。
其基本原理是：线圈和镜头筒固定在一起，磁铁和铁壳构成的磁场穿过线圈，当线圈中有电流通过时产生力，使镜筒带镜头前后移动。
VCM 基本结构VCM主要由以下零件组成：1. SHIELD CASE外壳或外罩，其作用是保护和使磁场不外泄。
有些VCM 没有。
2. YOKE 铁壳，可以分为几块，其作用是导磁，同磁铁一起产生磁场回路。
3. MAGNET磁铁，不同的设计有不同的磁铁样式和充磁方式，可以分为几块，产生磁场。
4. COIL线圈，通电后产生推动力。
5. BOBBIN(LENS HOLDER) 绕线支架(镜筒），固定线圈，内部带螺纹用于旋入镜头。
6. SPRING 弹簧，片状，上下各一。
产生与磁力相反的拉力，另一作用是给线圈导电。
7. CASE 端盖，大多分为上下盖，形式多样，用于固定，限位等作用。
8. SENSOR HOLDER，用于连接VCM。
一体式可省略此零件。
9. 其它，某些VCM还有其它的零件，用于产生初始保持力，防尘，固定，绝缘等作用。
VCM 基本结构Upper caseUpper springWire springHolderCoilMagnetHousingLower springLower case 图面仅供参考VCM的主要性能指标总表�Rated Current 额定电流�Voltage Range 电压范围�Terminal Resistance (25oC) 电阻值�Rated Stroke (Horizontal) 额定行程�Max Stroke 最大行程�Starting Current (Horizontal) 启动电流�Linear Fit Slope 线性斜率�Hysteresis 回滞误差�Posture Difference 方向偏差�Settling time 稳定时间�Static Tilt 静态偏斜.�Dynamic Tilt 动态偏摆�Torque for Lens Assy. 镜头扭力VCM的主要性能指标�Rated Current 额定电流镜头达到额定的行程时的电流，一般定为80mA，也有定义90mA或100mA的。
音圈电机工作原理音圈电机是一种常见的电动机，它利用电流和磁场之间的相互作用来产生机械运动。
在音圈电机中，电流通过绕组产生磁场，这个磁场与外部磁场相互作用，从而产生转动力。
本文将介绍音圈电机的工作原理，包括其结构、工作过程和应用。
结构音圈电机由电磁铁、音圈、磁场和机械部分组成。
其中，电磁铁由铁芯和绕组构成，绕组通电后会产生磁场。
音圈是连接机械部分的部件，通电后会受到磁场的作用而产生转动力。
磁场则是由永磁体或电磁体产生的，它的作用是使音圈产生转动力。
机械部分包括轴承、转子等，它们负责支撑和传递转动力。
工作过程当音圈电机通电后，绕组中会产生磁场。
这个磁场会与外部磁场相互作用，产生转动力。
具体来说，当绕组中通电时，会产生一个磁场，这个磁场会与外部磁场相互作用，产生一个力矩，从而驱动音圈转动。
音圈转动时，会带动机械部分一起转动，从而产生机械运动。
应用音圈电机广泛应用于各种领域，如家用电器、汽车、航空航天等。
在家用电器中，音圈电机常用于电风扇、吸尘器等产品中，它们能够提供稳定的转动力。
在汽车领域，音圈电机常用于电动车窗、天窗等部件中，它们能够提供快速、稳定的运动。
在航空航天领域，音圈电机常用于航空器和卫星中，它们能够提供高精度的控制和稳定的性能。
总结音圈电机是一种常见的电动机，它利用电流和磁场之间的相互作用来产生机械运动。
在音圈电机中，电流通过绕组产生磁场，这个磁场与外部磁场相互作用，从而产生转动力。
音圈电机具有结构简单、工作稳定、应用广泛等特点，因此受到了广泛的关注和应用。
希望本文能够帮助读者更好地了解音圈电机的工作原理和应用。
大推力音圈电机的探究【摘要】音圈电机是一种性能非常好的直线电机。
在介绍音圈电机的同时本文提出了一种音圈电机的设计概念。
通过有限元分析，否决了这种概念。
【关键词】音圈电机;大推力;设计1.引言音圈电机是直线电机的一种，因其具有与扬声器相同的“音圈”结构，以及与扬声器相同的工作原理而得名。
音圈电机高频响应很好，精度高，可以应用于许多场合。
目前市面上出售的音圈电机可以提供0.7—1000N左右的推力。
它的这些优点引起了国内外研究者的兴趣，近年来对于音圈电机的研究逐渐增多。
1.1音圈电机的工作原理音圈电机的工作原理与扬声器的工作原理相似，二者都应用了通电导体与磁场的相互作用原理。
通电导体在磁场中要受到安培力的作用。
扬声器线圈内部的电流大小反映了它所记载的声音信息，线圈因为电流大小的不同可以产生振幅不同的振动。
扬声器通过线圈的振动来达到还原声音甚至放大声音的目的。
而音圈电机则是利用音圈受力与其内部所通电流大小成正比的特性，使电能转换为机械能，达到输出功率的目的。
1.2音圈电机的分类从总体来说，按照音圈电机的输出方式，可以分为直线型和摆动型。
直线型的动子沿直线运动，输出的是推力；摆动型的动子做圆周运动，输出的是扭矩。
二者的工作原理大致相同，本文只讨论直线型音圈电机。
按照磁场的提供方式不同来区分，音圈电机可以分为永磁励磁和电励磁两种。
电励磁的音圈电机应用很少，因为通过电流来产生的磁场很难利用。
本文后文会讨论一种电励磁的方案，会通过一些实际的仿真支出电励磁的难点。
随着近些年永磁材料的发展，人们可以通过很小的代价很轻松地获得高表磁的永磁体。
这更加剧了永磁励磁型音圈电机的优势。
所以几乎所有的音圈电机都采用永磁励磁。
按照可动部分不同来区分，音圈电机可以分为“动圈式”和“动铁式”两种。
牛顿第三定律指出，力的作用是相互的。
当固定住音圈电机的“铁”时，它的“圈”就会动，反之亦然。
动圈和动铁本质上是相同的。
不过二者又有很明显的差异：动圈式音圈电机因为动子“音圈”的质量很小，所以可以产生很好的高频响应以及很高的加速度（高达300g）。
详解vcm马达控制原理及构造
vcm马达的概念在大多数人眼里都不甚明确，有的人只知道vcm马达使
用与摄像头，却不了解它的构造怎幺样、它是如何工作的。
本文为大家提供一个确定的答案。
1、vcm马达的概念
vcm马达，别称音圈马达、音圈电机，因为原理和扬声器相似，所以叫音圈电机。
它是一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构简单、体积小、响应快、高加速、高速等特性。
vcm马达的应用范围及其广泛，它用于手提电脑、网络摄像头、视频监控器、扫描仪、手机等设备的摄像头中，主要功能是对焦，而应用vcm马达最为多的就是手机。
音圈电机技术原理音圈电机技术原理2011年05月25日音圈电机(Vo ice Co il A ctuato r) 是一种特殊形式的直接驱动电机. 具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性. 其工作原理是, 通电线圈(导体) 放在磁场内就会产生力, 力的大小与施加在线圈上的电流成比例. 基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧.近年来, 随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展, 音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中[ 1 ] , 在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用.如, 光学系统中透镜的定位; 机械工具的多坐标定位平台; 医学装置中精密电子管、真空管控制; 在柔性机器人中, 为使末端执行器快速、精确定位, 还可以用音圈电机来有效地抑制振动[ 2 ].但有关音圈电机详细技术原理的文献还不多见, 为此, 本文将系统讨论音圈电机的基本原理, 并阐述其选型方法和应用场合.1 音圈电机的基本原理1. 1 磁学原理音圈电机的工作原理是依据安培力原理, 即通电导体放在磁场中, 就会产生力F , 力的大小取决于磁场强弱B , 电流I , 以及磁场和电流的方向(见图1). 如果共有长度为L 的N 根导线放在磁场中, 则作用在导线上的力可表示为F = kB L IN , (1)式中 k 为常数.由图1 可知, 力的方向是电流方向和磁场向量的函数, 是二者的相互作用. 如果磁场和导线长度为常量, 则产生的力与输入电流成比例. 在最简单的音圈电机结构形式中, 直线音圈电机就是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2). 铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场, 这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性. 铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上, 与永久磁体的一端相连, 用来形成磁回路. 当给线圈通电时, 根据安培力原理, 它受到磁场作用, 在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力. 通电线圈两端电压的极性决定力的方向.将圆形管状直线音圈电机展开, 两端弯曲成圆弧, 就成为旋转音圈电机. 旋转音圈电机力的产生方式与直线音圈电机类似. 只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的, 输出转矩见图3.1. 2 电子学原理音圈电机是单相两极装置. 给线圈施加电压则在线圈里产生电流, 进而在线圈上产生与电流成比例的力, 使线圈在气隙内沿轴向运动. 通过线圈的电流方向决定其运动方向. 当线圈在磁场内运动时,会在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势). 驱动音圈电机的电源必须提供足够的电流满足输出力的需要, 且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势, 以及通过线圈的漏感压降.1. 3 机械系统原理音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售. 线圈与磁体之间的最小气隙通常是(0. 254～ 0. 381) mm , 根据需要此气隙可以增大, 只是需要确定引导系统允许的运动范围, 同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞. 多数情况下, 移动载荷与线圈相连, 即动音圈结构. 其优点是固定的磁铁系统可以比较大, 因而可以得到较强的磁场; 缺点是音圈输电线处于运动状态, 容易出现断路的问题. 同时由于可运动的支承, 运动部件和环境的热接触很恶劣, 动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高,因而音圈中所允许的最大电流较小. 当载荷对热特别敏感时, 可以把载荷与磁体相连, 即固定音圈结构.该结构线圈的散热不再是大问题, 线圈允许的最大电流较大, 但为了减小运动部分的质量, 采用了较小的磁铁, 因此磁场较弱[ 3 ].直线音圈电机可实现直接驱动, 且从旋转转为直线运动无后冲、也没有能量损失. 优选的引导方式是与硬化钢轴相结合的直线轴承或轴衬. 可以将轴?轴衬集成为一个整体部分. 重要的是要保持引导系统的低摩擦, 以不降低电机的平滑响应特性.典型旋转音圈电机是用轴?球轴承作为引导系统, 这与传统电机是相同的. 旋转音圈电机提供的运动非常光滑, 成为需要快速响应、有限角激励应用中的首选装置. 比如万向节装配中.2 音圈电机主要结构形式及材料选用2. 1 传统结构形式如图2 所示, 在音圈电机的传统结构中, 有一个圆柱状线圈, 圆柱中心杆与包围在中心杆周围的永图4 传统音圈电机结构图Fig. 4 Conventional vo ice co ilactuato r structure久磁体形成的气隙, 在磁体和中心杆外部罩有一个软铁壳. 线圈在气隙内沿圆柱轴向运动. 图4 为此传统结构音圈电机的轴测图.依据线圈行程, 线圈的轴向长度可以超出磁铁轴向长度, 即长音圈结构. 而有时根据行程, 磁体又可以比线圈长, 即短音圈结构. 长音圈结构中的音圈长度要大于工作气隙长度与最大行程长度之和; 而短音圈结构中的工作气隙长度大于音圈长度与最大行程长度之和. 长音圈结构充分利用了磁密, 但由于音圈中只有一部分线圈处于工作气隙中, 所以电功率利用不足; 短音圈结构则正好相反. 两种结构相比, 前者可以允许较小的磁铁系统, 因此音圈电机的体积也可以比较小; 后者则体积较大,但功耗较小, 可以允许较大音圈电流. 与短线圈配置相比, 长音圈配置可以提供更好的力2功率比, 且散热好. 而短音圈配置电时间延时较短, 质量较小, 且产生的电枢反动力小.2. 2 集中通量结构形式在运动控制中, 有时需要的力比传统移动音圈电机所能提供的力要大, 传统结构形式的音圈电机不图5 集中磁通技术的音圈电机结构图Fig. 5 F lux2focus design vo ice co il能满足要求. 为解决此问题, 需要提高音圈电机工作效率, 为此应合理设计其结构, 尽量减少磁路漏磁. 设计音圈电机时总是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙, 以提高气隙磁密, 从而产生尽可能大的磁力[ 3 ].采用集中磁通技术, 能够使制造的电机气隙磁密等于甚至大于磁体中的剩余量. 基于该技术的电机内部是一个一端封闭的空心圆柱磁铁(见图5). 圆柱内部形成N极, 圆柱的外部形成S极. 紧贴磁体外部由一个也有一端封闭的软铁圆柱壳罩住, 软铁壳的开口端伸出磁体开口端.由软铁制成的圆柱芯在磁体内部紧紧贴合, 并从其开口端伸出. 壳的内表面与圆柱芯的外表面之间的环形空间形成气隙, 圆柱状线圈可在气隙中沿轴向运动. 该电机结构形式允许磁体面大于气隙面. 这样的设计不会引起泄漏, 几乎从磁体表面发出的所有磁力线都通过气隙.2. 3 磁力交叉存取结构形式若要求在尽可能小的直径情况下, 获得最高输出力, 可采用专有的交叉存取磁电路技术. 与传统结构以及集中磁通量结构相比, 其性能特性不变, 而轴向尺寸更长, 但直径尺寸减小, 其磁体质量较小,但线圈趋于更重. 交叉存取磁电路音圈的突出优点是线圈漏感较小, 电时间延迟非常短.2. 4 音圈电机的材料选用选择音圈电机材料需要考虑系统性能、工作环境、加工和成本等因素. 线圈一般是用铜或铝线缠在非铁磁的绕线筒上, 外部涂上一层聚合体薄膜来绝缘. 铝线的传导率是铜线的一半, 但重量是铜线的三分之一. 可根据具体散热和使用情况进行选择.大部分永久磁体材料是硬磁铁, 钕铁硼和钴化钐. 用来容纳线圈的磁体气隙必须足够大, 也就是磁体必须在较低的载重线上工作, 通常B ?H = 1. 0～ 2. 0. 另外磁材料应当具有高抗磁力和相当好的退磁曲线, 以提高磁路的工作效率.3 音圈电机的选型与应用3. 1 直线音圈电机的选择由4 个参数选择直线音圈电机: 所需峰值力(F p ) ; 所需平均连续力(FRM S) ; 直线速度(v ) ; 总行程或移动距离(D ).3. 1. 1 需要的峰值力F p峰值力是载荷力FL , 摩擦力F F , 及质量加速度引起的力Fm 的总和.F p = FL + F F + Fm. (2)图6 点对点运动中梯形速度图图7 点对点运动中三角形速度图Fig. 6 T rapezo idalmove fo r Fig. 7 T riangular move fo rpo int2to po int mo tion po int2to po int mo tion观察各分量, 载荷引起的力FL 持续作用在电机上. 摩擦力F F 由完成运动的装配体的机械配置决定, 如轴承, 油脂, 联接, 面接触等因素.质量加速度引起的力Fm , 它由载荷(包括电机线圈) 的质量m L + C和负载加速度a 决定.Fm = m L + C × a. (3)3. 1. 2 需要的平均连续力FRM SRM S (Roo t2M ean2Square) 力用来估计应用中的平均连续力. 它由下面公式描述FRM S =(F 2p t1 + (FL + F F ) 2 t2 + (Fm - FL - F F ) 2 t3t1 + t2 + t3 + t4, (4)式中 t1是加速时间; t2是匀速运行时间; t3是减速时间, 而t4是运动过程中的停顿时间.3. 1. 3 直线速度图6, 图7 给出了点到点定位运动中额定速度与平均速度的关系. 图6中, ( i) 加速部分:vmax+ 02=(1?4)Dt1, vmax= D2t1; ( ii) 整个行程: v TRA P=[ (1?4 )D + (1?2)D + (1?4)D ]( t1+ t2+ t3) = D3t1; ( iii) vmaxvTRA P=D ?2 t1D ?3 t1=32,即vmax = 1. 5vTRA P; 图7中( i) 加速部分:vmax+ 02=(1?2)Dt1, vmax = D2t1; ( ii) 整个行程: vTR I =[ (1?2)D + (1?2)D ]( t1+ t3) = D2t1; ( iii) vmaxvTRAP=D t1D ?2t12, 即vmax= 2vTR I.式中 vmax= 电机额定工作速度, mm?s; v TRAP= 梯形运动需要的电机平均速度, mm?s; vTR I= 三角形运动需要的电机平均速度, mm ?s; D = 移动线圈总行程; t1= 加速时间, s; t2= 运行时间, s; t3= 减速时间, s; t4= 停顿时间, s.3. 1. 4 行程行程指运行的一端点到另一端点的总位移, 或者以行程中点为参考点的正、负位移. 音圈的行程范围从几微米到大约102 mm. 力和行程通常成反比.3. 2 旋转音圈电机的选型合理选择直线音圈电机需要的4 个参数, 对于旋转音圈电机同样适用.即: 所需峰值转矩, T P; 所需平均连续转矩, T RM S; 角速度, X; 角位移或行程. 旋转情况下加速度与力的关系为T J = J L + C × a, (5)式中 T J 是转矩; J L + C是电机线圈和载荷的总惯量; a 是载荷的角加速度.3. 3 音圈电机的应用音圈电机的电和机械时间延时短, 响应快, 并具有线性力2行程特性, 和较高的电2机能量转化率.这些属性使音圈电机具有平滑可控性, 成为应用在各种型式伺服模式中的理想装置. 而且作为精密快速机电控制系统的重要执行部件, 音圈电机更适用于要求快速高精度定位的控制系统.图8 HDD 的顶部视图Fig. 8 Top view of HDD如在光盘和硬盘驱动中, 音圈电机得到广泛应用. 对于光盘驱动电机, 重要的是高的灵敏性和宽的伺服带宽[ 4 ] , 音圈电机无疑是理想的选择. 光盘表面的反馈元件从光盘表面读取信息并动态地修正音圈电机的位置, 以达到精确定位的目的.在硬盘驱动中也大多应用音圈电机为磁盘头提供运动, 并在磁盘表面对磁盘头进行定位[ 5 ]. 即为磁盘表面的读?写记录头提供转矩, 并对其进行定位[ 6 ] (见图8). 用音圈电机可以满足硬盘驱动系统对高共振频率的需要[ 7 ].近年来, 随着半导体元件集成化程度的提高, 对用于半导体加工的X Y 坐标型精密定位工作台的操作精度要求达到了亚微米级[ 8 ]. 为抑制工作台振动, 使其定位更精确, 常应用音圈电机进行驱动. 音圈电机也可用在半导体焊接设备的焊头上.另外, 在光学和测量系统、光学装配以及航空航天方面音圈电机都有广泛的应用.4 结论基于安培力原理制造的音圈电机, 是简单的、无方向转换的电磁装置. 且可靠性高, 能量转换效率高, 越来越多地用在各种直线和旋转运动系统中. 加上音圈电机的快速、平滑、无嵌齿、无滞后响应等特性, 使音圈电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、直线力或转矩响应的伺服控制中.。
