音圈电机的工作原理

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，铁磁圆筒内部是由永i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i久磁体的一端相连，用来形成磁回路。对梯形速度曲线,vmax=115vtrap,对三角形速度曲线,vmax=2vtri。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。

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。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。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。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。

音圈电机规格、样式很多，无论是直线型或是摆动型，它们基本原理相同：通电的导体穿过磁场的时候，会产生一个垂直磁力线的力，这个力的大小取决于通过磁场的导体的长度、磁场强度及电流大小。采用合适的***反馈及感应装置其***精度可以轻易达到10NM，加速度可达300g(实际加速度也取决于负载物的状况)。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。

磁场中，两磁极集中于一点，磁场线是从一极直线穿过空气好线圈指向另一极，然后从另一极以同样的方式返回到这一极，是一条闭合线路。线圈起传导电流的作用并使其切割磁力线，从而产生一个运动方向的力；改变电流方向，从而改变运动方向。外壳一般采用合金钢制作以便于加工和安装固定；绕线基座由铝、塑料等轻型无磁性的材料制成，它可以帮助线圈散热。根据驱动、反馈、控制器和控制算法等配置高低，音圈电机一般可以达到500-1000Hz的运动频率，甚至更高。

电机原型

世界上早电机原型就是永磁电机，当时永磁材料性能不良，而被电磁式电机占了主流。铝镍钴永磁体问世使永磁电机开始发展，但其价格比较高，铝镍钴永磁电动机应用面并不广。所谓音圈直线电机(VoiceCoilMotor)因其结构类似于喇叭的音圈而得名。自从廉价铁氧体出现才使永磁电动机应用量大幅度增加，应用面从玩具电机、音像电机、汽车微电机到工业用小功率驱动和伺服驱动等。据统计，500W以下直流电机中永磁电动机占92％以上，其中绝大多数是铁氧体永磁电动机。