音圈電機的基本原理

磁學原理

音圈電機的工作原理是依據(jù)安培力原理，即通電導體放在磁場中，就會產(chǎn)生力F，力的大小取決于磁場強弱B，電流五以及磁場和電流的方向（如圖所示）。

由圖可知，力的方向是電流方向和磁場向量的函數(shù)，是二者的相互作用。如果磁場和導線長度為常量，則產(chǎn)生的力與輸入電流成比例。在最簡單的音圈電機結(jié)構(gòu)形式中，直線音圈電機就是位于徑向電磁場內(nèi)的一個管狀線圈繞組（如下圖所示）。鐵磁圓筒內(nèi)部是由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場，這樣的布置可使貼在線圈上的磁體具有相同的極性。鐵磁材料的內(nèi)芯配置在線圈軸向中心線上，與永久磁體的一端相連，用來形成磁回路。當給線圈通電時，根據(jù)安培力原理，它受到磁場作用，在線圈和磁體之間產(chǎn)生沿軸線方向的力。通電線圈兩端電壓的極性決定力的方向。

將圓形管狀直線音圈電機展開，兩端彎曲成圓弧，就成為旋轉(zhuǎn)音圈電機。旋轉(zhuǎn)音圈電機力的產(chǎn)生方式與直線音圈電機類似。只是旋轉(zhuǎn)音圈電機力是沿著弧形圓周方向產(chǎn)生的。

電子學原理

音圈電機是單相兩極裝置。給線圈施加電壓則在線圈里產(chǎn)生電流，進而在線圈上產(chǎn)生與電流成比例的力，使線圈在氣隙內(nèi)沿軸向運動。通過線圈的電流方向決定其運動方向。當線圈在磁場內(nèi)運動時，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生與線圈運動速度、磁場強度、和導線長度成比例的電壓（即感應電動勢）。驅(qū)動音圈電機的電源必須提供足夠的電流滿足輸出力的需要，且要克服線圈在最大運動速度下產(chǎn)生的感應電動勢，以及通過線圈的漏感壓降。

機械系統(tǒng)原理

音圈電機經(jīng)常作為一個由磁體和線圈組成的零部件出售。根據(jù)需要此氣隙可以增大，只是需要確定引導系統(tǒng)允許的運動范圍，同時避免線圈與磁體間摩擦或碰撞。多數(shù)情況下，移動載荷與線圈相連，即動音圈結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是固定的磁鐵系統(tǒng)可以比較大，因而可以得到較強的磁場;缺點是音圈輸電線處于運動狀態(tài)，容易出現(xiàn)斷路的問題。同時由于可運動的支承，運動部件和環(huán)境的熱接觸很惡劣，動音圈產(chǎn)生的熱量會使運動部件的溫度升高，因而音圈中所允許的最大電流較小。當載荷對熱特別敏感時，可以把載荷與磁體相連，即固定音圈結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)線圈的散熱不再是大問題，線圈允許的最大電流較大，但為了減小運動部分的質(zhì)量，采用了較小的磁鐵，因此磁場較弱。

直線音圈電機可實現(xiàn)直接驅(qū)動，且從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為直線運動無后沖、也沒有能量損失。優(yōu)選的引導方式是與硬化鋼軸相結(jié)合的直線軸承或軸襯?？梢詫⑤S觸襯集成為一個整體部分。重要的是要保持引導系統(tǒng)的低摩擦，以不降低電機的平滑響應特性。

典型旋轉(zhuǎn)音圈電機是用軸球軸承作為引導系統(tǒng)，這與傳統(tǒng)電機是相同的。旋轉(zhuǎn)音圈電機提供的運動非常光滑，成為需要快速響應、有限角激勵應用中的首選裝置。比如萬向節(jié)裝配中.

音圈電機應用哪些地方

音圈電機結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)簡單，高精密，高效率，高響應，免維護，無齒槽效應， 不需要換向， 昆山同茂自主研發(fā)生產(chǎn)的音圈直線電機重復定位精度最大可以達到0.1μm， 特別適合短行程、快響應、高精度的閉環(huán)伺服控制。

音圈電機應用于以下方面：

1、光學系統(tǒng)領(lǐng)域

音圈電機和直線電機廣泛應用于光學、微電子及測量領(lǐng)域的光學掃描、定位、瞄準、跟蹤和穩(wěn)定， 對透鏡或反射鏡進行精密的運動控制。比如攝像機、數(shù)碼相機及顯微鏡的自動調(diào)焦， 激光切割設(shè)備 Z 軸的動態(tài)聚焦，光盤驅(qū)動器的聚焦和尋軌， 以及天文望遠鏡中快速反射鏡的偏擺控制等。

2、半導體設(shè)備領(lǐng)域

半導體制造與封裝過程中，大多數(shù)場合都需要高速高精度的運動控制。音圈電機的優(yōu)良特性正好可以滿足這些需求。在點膠機、引線鍵合機、PCB 鉆孔機、光刻機、晶圓的取放以及元件檢測等設(shè)備中均有使用。

3、振動控制領(lǐng)域

一種是作為振動源， 即激振設(shè)備來使用。電動式激振器是實施振動和沖擊試驗， 進行機械結(jié)構(gòu)動力特性測試、疲勞試驗的常用設(shè)備， 一般小型激振器多采用永磁式， 而較大型的激振器 （即振動臺）多采用勵磁式。另一種是用作減振器， 即消除振動的不利影響。電動式吸振器的可以通過主動施加合適的阻尼力來吸收振動系統(tǒng)的振動能量， 以抵消或減輕激振力， 從而減小或隔離振動的傳遞。

4、直線壓縮機和控制閥領(lǐng)域

直線式壓縮機在采用直線電機直接驅(qū)動活塞構(gòu)成后，可以消除傳統(tǒng)往復式壓縮機由于活塞與缸體之間側(cè)向力所引起的磨損、振動及噪聲， 廣泛應用在冰箱、斯特林制冷器等設(shè)備中。音圈/直線電機還可以用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備的精密控制閥， 如汽車發(fā)動機氣門， 電液伺服閥、輔助呼吸壓力控制閥和血液循環(huán)輔助泵等。

5、機械加工領(lǐng)域

普通車床一般只能加工圓截面的回轉(zhuǎn)體零件， 對于某些具有非圓截面的零件則很難加工出來。采用大推力直線電機直接驅(qū)動刀具作徑向的高頻往復運動， 則可實現(xiàn)非圓截面形狀零件的加工。目前，同茂直線電機自主研發(fā)生產(chǎn)的直線電機和音圈電機在凸輪、中凸變橢圓活塞以及波瓣形軸承外環(huán)滾道的加工中均有應用， 在激光切割機和電磁式?jīng)_壓機也有應用。

6、其它領(lǐng)域

其它領(lǐng)域也有很多的應用，如3D打印、繪圖機；某些需要張力 （或壓力 ）控制及位移 /力量混合控制的應用場合， 如繞線機、超聲波焊接等。

綜上可見，直線電機、音圈電機應用領(lǐng)域極其廣泛。昆山同茂電機在直線在音圈電機和直線電機領(lǐng)域有著多年的研發(fā)經(jīng)驗，已經(jīng)形成了規(guī)格和型號齊全的系列產(chǎn)品，在直線平臺方面也取得了很好的研發(fā)和應用成果，請多多關(guān)注我們的音圈電機。
責任編輯：YYX