音圈電機的原理

機械系統原理 音圈電機經常作為一個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，根據需要此氣隙可以增大，只是需要確定引導系統允許的運動范圍，同時避免線圈與磁體間摩擦或碰撞。矩型音圈電機可單獨使用，對產生X-Y軸運動是很理想的產品，而其市場主要指向半導體和微機床工業領域。多數情況下，移動載荷與線圈相連，即動音圈結構。 其優點是固定的磁鐵系統可以比較大，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，容易出現斷路的問題。同時由于可運動的支承，運動部件和環境的熱接觸很惡劣，動音圈產生的熱量會使運動部件的溫度升高，因而音圈中所允許的較大電流較小，當載荷對熱特別敏感時，可以把載荷與磁體相連，即固定音圈結構。該結構線圈的散熱不再是大問題，線圈允許的較大電流較大，但為了減小運動部分的質量，采用了較小的磁鐵，因此磁場較弱。

音圈直線電機屬于直線

直流電機的一種,同樣也有行程的限制,無法太長,具有良好的動態特性和直接驅動。ns與所接交流電的頻率(f)、電機的磁極對數(P)之間有嚴格的關系。由它構成的直線伺服系統能夠克服傳統的旋轉電機加滾珠絲杠驅動方式的一些不足,具有結構簡單、動態響應快、調速范圍寬、定位精度高等優點。隨著設計水平與控制技術的不斷發展,音圈直線電機的應用范圍不斷擴展,目前在各類短行程的閉環伺服應用中廣受歡迎。

只要適當控制通過線圈的電流就可以控制其運動。

一般在設計或選型音圈直線電機時,需要重點考慮以下幾個參數。

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

音圈電機的設計方法

音圈直線電機的設計通常有很大的彈性,且多由使用者自行設計和制造,以滿足各自的規格要求。一般來說應遵循以下基本原則。

(1)以很少的永磁體及導磁材料,設計具有高磁通密度的均勻氣隙磁場,提高工作效率,產生盡可能大的推力。

(2)在滿足推力要求的前提下,盡量減小音圈直線電機的體積和運動部分的質量,使之具有更高的加速度和快速響應能力。一個音圈直線電機應用系統要求性能良良好。定子長度一定時，適當改變動子長度，可以使“力-位移”曲線更平滑，但是應以滿足電機的行程要求為主，否則會造成電機體積的增加和成本的浪費。音圈直線電機的結構非常簡單,是從揚聲器技術演化而來的磁場內一個可運動的線圈。如圖1所示,主要由永1久磁鐵、鐵心和線圈3部分組成。動圈位于氣隙磁場之中,當施加電壓于線圈兩端產生電流時,根據左手定律,通電導線在磁場中將受到電磁力的作用,隨著電流強度及方向的變化,線圈做往復直線運動。短氣隙型和長氣隙型。如圖3(a)所示長線圈短氣隙結構可以充分利用磁密。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。而示短線圈長氣隙結構線圈利用率高,電損耗小,由于線圈短、質量輕,在相同的電磁力作用下,其快速響應性能優于長線圈直線電機,而且短線圈電機的電感較小,有利于提高控制系統的動態穩定性。

音圈電機的材料選用

選擇音圈電機材料需要考慮系統性能、工作環境、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絕緣。音圈電機工作原理音圈電機的工作原理與電動式揚聲器類似，即在磁場中放入一環形繞組，繞組通電后產生電磁力，帶動負載作直線運動。鋁線的傳導率是銅線的一半，但重量是銅線的三分之一。可根據具體散熱和使用情況進行選擇。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。另外磁材料應當具有高抗磁力和相當好的退磁曲線，以提高磁路的工作效率。