音圈電機(jī)的基本原理

磁學(xué)原理

音圈電機(jī)的工作原理是依據(jù)安培力原理，即通電導(dǎo)體放在磁場中，就會(huì)產(chǎn)生力F，力的大小取決于磁場強(qiáng)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(dǎo)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(jī)結(jié)構(gòu)形式中，直線音圈電機(jī)就是位于徑向電磁場內(nèi)的一個(gè)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(dāng)給線圈通電時(shí)，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(jī)展開，兩端彎曲成圓弧，就成為旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)。旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)力的產(chǎn)生方式與直線音圈電機(jī)類似。只是旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)力是沿著弧形圓周方向產(chǎn)生的。

電子學(xué)原理

音圈電機(jī)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(jìn)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(yùn)動(dòng)。通過線圈的電流方向決定其運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)線圈在磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生與線圈運(yùn)動(dòng)速度、磁場強(qiáng)度、和導(dǎo)線長度成比例的電壓（即感應(yīng)電動(dòng)勢）。驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)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(yùn)動(dòng)速度下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，以及通過線圈的漏感壓降。

機(jī)械系統(tǒng)原理

音圈電機(jī)經(jīng)常作為一個(gè)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(dǎo)系統(tǒng)允許的運(yùn)動(dòng)范圍，同時(shí)避免線圈與磁體間摩擦或碰撞。多數(shù)情況下，移動(dòng)載荷與線圈相連，即動(dòng)音圈結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是固定的磁鐵系統(tǒng)可以比較大，因而可以得到較強(qiáng)的磁場;缺點(diǎn)是音圈輸電線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，容易出現(xiàn)斷路的問題。同時(shí)由于可運(yùn)動(dòng)的支承，運(yùn)動(dòng)部件和環(huán)境的熱接觸很惡劣，動(dòng)音圈產(chǎn)生的熱量會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件的溫度升高，因而音圈中所允許的最大電流較小。當(dāng)載荷對熱特別敏感時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(jī)可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，且從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)無后沖、也沒有能量損失。優(yōu)選的引導(dǎo)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(gè)整體部分。重要的是要保持引導(dǎo)系統(tǒng)的低摩擦，以不降低電機(jī)的平滑響應(yīng)特性。

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

音圈電機(jī)應(yīng)用哪些地方

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

音圈電機(jī)應(yīng)用于以下方面：

1、光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域

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

2、半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域

半導(dǎo)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(yùn)動(dòng)控制。音圈電機(jī)的優(yōu)良特性正好可以滿足這些需求。在點(diǎn)膠機(jī)、引線鍵合機(jī)、PCB 鉆孔機(jī)、光刻機(jī)、晶圓的取放以及元件檢測等設(shè)備中均有使用。

3、振動(dòng)控制領(lǐng)域

一種是作為振動(dòng)源， 即激振設(shè)備來使用。電動(dòng)式激振器是實(shí)施振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)， 進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測試、疲勞試驗(yàn)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(dòng)臺(tái)）多采用勵(lì)磁式。另一種是用作減振器， 即消除振動(dòng)的不利影響。電動(dòng)式吸振器的可以通過主動(dòng)施加合適的阻尼力來吸收振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)能量， 以抵消或減輕激振力， 從而減小或隔離振動(dòng)的傳遞。

4、直線壓縮機(jī)和控制閥領(lǐng)域

直線式壓縮機(jī)在采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)活塞構(gòu)成后，可以消除傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)由于活塞與缸體之間側(cè)向力所引起的磨損、振動(dòng)及噪聲， 廣泛應(yīng)用在冰箱、斯特林制冷器等設(shè)備中。音圈/直線電機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)直接驅(qū)動(dòng)刀具作徑向的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 則可實(shí)現(xiàn)非圓截面形狀零件的加工。目前，同茂直線電機(jī)自主研發(fā)生產(chǎn)的直線電機(jī)和音圈電機(jī)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(yīng)用， 在激光切割機(jī)和電磁式?jīng)_壓機(jī)也有應(yīng)用。

6、其它領(lǐng)域

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

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