音圈電機(jī)的原理

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。線圈與磁體之間的較小氣隙通常是(0. 254～0. 381) mm，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。矩型音圈電機(jī)可單獨(dú)使用，對(duì)產(chǎn)生X-Y軸運(yùn)動(dòng)是很理想的產(chǎn)品，而其市場(chǎng)主要指向半導(dǎo)體和微機(jī)床工業(yè)領(lǐng)域。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(chǎng)；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較大電流較小，當(dāng)載荷對(duì)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，線圈允許的較大電流較大，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(chǎng)較弱。

音圈直線電機(jī)屬于直線

直流電機(jī)的一種,同樣也有行程的限制,無(wú)法太長(zhǎng),具有良好的動(dòng)態(tài)特性和直接驅(qū)動(dòng)。ns與所接交流電的頻率(f)、電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)(P)之間有嚴(yán)格的關(guān)系。由它構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方式的一些不足,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著設(shè)計(jì)水平與控制技術(shù)的不斷發(fā)展,音圈直線電機(jī)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,目前在各類短行程的閉環(huán)伺服應(yīng)用中廣受歡迎。

只要適當(dāng)控制通過線圈的電流就可以控制其運(yùn)動(dòng)。

一般在設(shè)計(jì)或選型音圈直線電機(jī)時(shí),需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)參數(shù)。

(1)峰值推力:峰值推力FP為負(fù)載力FL、摩擦力FF以及使物體產(chǎn)生加速度的作用力FM的總和,即:FP=FL+FF+FM

音圈電機(jī)的設(shè)計(jì)方法

音圈直線電機(jī)的設(shè)計(jì)通常有很大的彈性,且多由使用者自行設(shè)計(jì)和制造,以滿足各自的規(guī)格要求。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)遵循以下基本原則。

(1)以很少的永磁體及導(dǎo)磁材料,設(shè)計(jì)具有高磁通密度的均勻氣隙磁場(chǎng),提高工作效率,產(chǎn)生盡可能大的推力。

(2)在滿足推力要求的前提下,盡量減小音圈直線電機(jī)的體積和運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量,使之具有更高的加速度和快速響應(yīng)能力。一個(gè)音圈直線電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要求性能良良好。定子長(zhǎng)度一定時(shí)，適當(dāng)改變動(dòng)子長(zhǎng)度，可以使“力-位移”曲線更平滑，但是應(yīng)以滿足電機(jī)的行程要求為主，否則會(huì)造成電機(jī)體積的增加和成本的浪費(fèi)。音圈直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,是從揚(yáng)聲器技術(shù)演化而來(lái)的磁場(chǎng)內(nèi)一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的線圈。如圖1所示,主要由永1久磁鐵、鐵心和線圈3部分組成。動(dòng)圈位于氣隙磁場(chǎng)之中,當(dāng)施加電壓于線圈兩端產(chǎn)生電流時(shí),根據(jù)左手定律,通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中將受到電磁力的作用,隨著電流強(qiáng)度及方向的變化,線圈做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。短氣隙型和長(zhǎng)氣隙型。如圖3(a)所示長(zhǎng)線圈短氣隙結(jié)構(gòu)可以充分利用磁密。由于只有一部分線圈處于工作氣隙中,所以利用率低,電損耗大。而示短線圈長(zhǎng)氣隙結(jié)構(gòu)線圈利用率高,電損耗小,由于線圈短、質(zhì)量輕,在相同的電磁力作用下,其快速響應(yīng)性能優(yōu)于長(zhǎng)線圈直線電機(jī),而且短線圈電機(jī)的電感較小,有利于提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

音圈電機(jī)的材料選用

選擇音圈電機(jī)材料需要考慮系統(tǒng)性能、工作環(huán)境、加工和成本等因素。線圈一般是用銅或鋁線纏在非鐵磁的繞線筒上，外部涂上一層聚合體薄膜來(lái)絕緣。音圈電機(jī)工作原理音圈電機(jī)的工作原理與電動(dòng)式揚(yáng)聲器類似，即在磁場(chǎng)中放入一環(huán)形繞組，繞組通電后產(chǎn)生電磁力，帶動(dòng)負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)。鋁線的傳導(dǎo)率是銅線的一半，但重量是銅線的三分之一。可根據(jù)具體散熱和使用情況進(jìn)行選擇。大部分永1久磁體材料是硬磁鐵，釹鐵硼和鈷化釤。用來(lái)容納線圈的磁體氣隙必須足夠大，也就是磁體必須在較低的載重線上工作，通常B/H=1. 0～2. 0。另外磁材料應(yīng)當(dāng)具有高抗磁力和相當(dāng)好的退磁曲線，以提高磁路的工作效率。