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音圈电机的原理

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。线圈与磁体之间的较小气隙通常是(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；数值计算是进行音圈电机设计的有效方法，可以准确地计算出电机的出力和特性。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较大电流较小，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，线圈允许的较大电流较大，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。

音圈直线电机属于直线

直流电机的一种,同样也有行程的限制,无法太长,具有良好的动态特性和直接驱动。由它构成的直线伺服系统能够克服传统的旋转电机加滚珠丝杠驱动方式的一些不足,具有结构简单、动态响应快、调速范围宽、定位精度高等优点。随着设计水平与控制技术的不断发展,音圈直线电机的应用范围不断扩展,目前在各类短行程的闭环伺服应用中广受欢迎。音圈电机将实际的电流转化为直线推力或扭力，它们的大小是同实际通过的电流的大小成比例。

只要适当控制通过线圈的电流就可以控制其运动。

一般在设计或选型音圈直线电机时,需要重点考虑以下几个参数。

(1)峰值推力:峰值推力FP为负载力FL、摩擦力FF以及使物体产生加速度的作用力FM的总和,即:FP=FL+FF+FM

音圈电机的设计方法

音圈直线电机的设计通常有很大的弹性,且多由使用者自行设计和制造,以满足各自的规格要求。一般来说应遵循以下基本原则。

(1)以很少的永磁体及导磁材料,设计具有高磁通密度的均匀气隙磁场,提高工作效率,产生尽可能大的推力。

(2)在满足推力要求的前提下,尽量减小音圈直线电机的体积和运动部分的质量,使之具有更高的加速度和快速响应能力。一个音圈直线电机应用系统要求性能良良好。音圈直线电机的结构非常简单,是从扬声器技术演化而来的磁场内一个可运动的线圈。如图1所示,主要由永1久磁铁、铁心和线圈3部分组成。动圈位于气隙磁场之中,当施加电压于线圈两端产生电流时,根据左手定律,通电导线在磁场中将受到电磁力的作用,随着电流强度及方向的变化,线圈做往复直线运动。短气隙型和长气隙型。如图3(a)所示长线圈短气隙结构可以充分利用磁密。由于只有一部分线圈处于工作气隙中,所以利用率低,电损耗大。音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机，题7图是某间圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖起向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。而示短线圈长气隙结构线圈利用率高,电损耗小,由于线圈短、质量轻,在相同的电磁力作用下,其快速响应性能优于长线圈直线电机,而且短线圈电机的电感较小,有利于提高控制系统的动态稳定性。

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1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。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kNBIL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。