大推力音圈电机的探究
大推力音圈电机的探究
【摘要】音圈电机是一种性能非常好的直线电机。在介绍音圈电机的同时本文提出了一种音圈电机的设计概念。通过有限元分析，否决了这种概念。
【关键词】音圈电机;大推力;设计
1.引言
音圈电机是直线电机的一种，因其具有与扬声器相同的“音圈”结构，以及与扬声器相同的工作原理而得名。音圈电机高频响应很好，精度高，可以应用于许多场合。目前市面上出售的音圈电机可以提供0.7—1000N左右的推力。它的这些优点引起了国内外研究者的兴趣，近年来对于音圈电机的研究逐渐增多。
1.1音圈电机的工作原理
音圈电机的工作原理与扬声器的工作原理相似，二者都应用了通电导体与磁场的相互作用原理。通电导体在磁场中要受到安培力的作用。扬声器线圈内部的电流大小反映了它所记载的声音信息，线圈因为电流大小的不同可以产生振幅不同的振动。扬声器通过线圈的振动来达到还原声音甚至放大声音的目的。而音圈电机则是利用音圈受力与其内部所通电流大小成正比的特性，使电能转换为机械能，达到输出功率的目的。
1.2音圈电机的分类
从总体来说，按照音圈电机的输出方式，可以分为直线型和摆动型。直线型的动子沿直线运动，输出的是推力；摆动型的动子做圆周运动，输出的是扭矩。二者的工作原理大致相同，本文只讨论直线型音圈电机。
按照磁场的提供方式不同来区分，音圈电机可以分为永磁励磁和电励磁两种。电励磁的音圈电机应用很少，因为通过电流来产生的磁场很难利用。本文后文会讨论一种电励磁的方案，会通过一些实际的仿真支出电励磁的难点。随着近些年永磁材料的发展，人们可以通过很小的代价很轻松地获得高表磁的永磁体。这更加剧了永磁励磁型音圈电机的优势。所以几乎所有的音圈电机都采用永磁励磁。
按照可动部分不同来区分，音圈电机可以分为“动圈式”和“动铁式”两种。牛顿第三定律指出，力的作用是相互的。当固定住音圈电机的“铁”时，它的“圈”就会动，反之亦然。动圈和动铁本质上是相同的。不过二者又有很明显的差异：动圈式音圈电机因为动子“音圈”的质量很小，所以可以产生很好的高频响应以及很高的加速度（高达300g）。同时因为永磁的部分是固定的，可以减少很多磁路设计方面的限制，从而方便设计出更好的磁路。同时，也正是因为音圈的可动性，导致与电源相连部分的导线疲劳磨损严重，很容易产生断路甚至短路等电力系统
直线音圈电机结构设计与数学建模分析
直线音圈电机结构设计与数学建模分析 音圈直线电机是一种将电能直接转化为直线运动而不需要任何中间转换机构的特种电机，由于具有体积小、质量轻、高响应等一系列优点，因而在一些精密领域及快速响应场合得到了广泛的应用。文章重点介绍了一种自主设计的音圈电机的结构，并且在分析动态特征的基础上通过数学推导建立了比较精确的数学模型。 标签：音圈直线电机；结构；工作原理；数学模型 引言 音圈电机（V oice Coil Motor）是一种特殊形式的直接驱动电机，因其工作原理与扬声器类似而得名。其工作原理就是安培力原理，通电线圈（导体）放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。音圈电机将电能直接转换成机械能，省去了中间转换机构，在一些精密定位系统、高加速领域中得到了广泛的应用，如磁盘定位、光学透镜定位等[1，2]。 根据运动部件的不同，音圈电机可以分为动铁式与动圈式；根据运动方式的不同，音圈电机可分为直线型与旋转型；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型与短音圈型；根据磁通源的不同，音圈电机可分为永磁式与电磁式[3，4]。文章所研究的音圈电机为动圈型永磁式直线音圈电机，将电能直接转换为直线运动的机械能。 1 直线音圈电机的结构 文章所设计的音圈电动机为直线电机的一种，动线圈型永磁式直线直流电动机，这种直流直线电机由以下几部分组成，主要包括外壳、环形磁铁、铁芯、底座、电枢骨架和电枢线圈。图1所示就是音圈电机的结构示意图。 图1 音圈电机结构示意图 本设计在结构上非常简单。动子部分包括电枢骨架及缠绕在上面的金属线圈，定子部分主要由四部分组成，外壳是圆柱形的，使用的是钢性材料；铁芯中间部分采用空心结构，这样可以使电机的重量大大减轻；磁场是由永磁铁产生的，永磁铁紧贴着外壳内壁，与铁芯之间构成气隙；铁芯是与外壳的底部连接在一起的，在外壳和铁芯的气隙之间形成固定的磁场，线圈通直流电后，线圈上就会产生电磁力，推动线圈沿轴线方向直线移动。 当动子线圈沿轴线来回做直线运动的时候，它所受到的电磁力必须要大于运动时所产生的惯性力与摩擦力。 2 音圈电机的数学模型
音圈电机技术原理
音圈电机技术原理 音圈电机技术原理 2011年05月25日 音圈电机(Vo ice Co il A ctuato r) 是一种特殊形式的直接驱动电机. 具有结构简单、体积小、高速、 高加速、响应快等特性. 其工作原理是, 通电线圈(导体) 放在磁场内就会产生力, 力的大小与施加在线 圈上的电流成比例. 基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧. 近年来, 随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展, 音圈电机不仅 被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中[ 1 ] , 在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广 泛应用.如, 光学系统中透镜的定位; 机械工具的多坐标定位平台; 医学装置中精密电子管、真空管控 制; 在柔性机器人中, 为使末端执行器快速、精确定位, 还可以用音圈电机来有效地抑制振动[ 2 ]. 但有关音圈电机详细技术原理的文献还不多见, 为此, 本文将系统讨论音圈电机的基本原理, 并阐 述其选型方法和应用场合. 1 音圈电机的基本原理 1. 1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理, 即通电导体放在磁场中, 就会产生力F , 力的大小取决于 磁场强弱B , 电流I , 以及磁场和电流的方向(见图1). 如果共有 长度为L 的N 根导线放在磁场中, 则作用在导线上的力可表示为 F = kB L IN , (1)
式中 k 为常数. 由图1 可知, 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. 在最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(见图2). 铁磁圆筒内部是由永 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, 与永久磁体的一端相连, 用来形成磁回路. 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. 将圆形管状直线音圈电机展开, 两端弯曲成圆弧, 就成为旋转音圈电机. 旋转音圈电机力的产生方 式与直线音圈电机类似. 只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的, 输出转矩见图3. 1. 2 电子学原理 音圈电机是单相两极装置. 给线圈施加电压则在线圈里产生电流, 进而在线圈上产生与电流成比例 的力, 使线圈在气隙内沿轴向运动. 通过线圈的电流方向决定其运动方向. 当线圈在磁场内运动时,会 在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势). 驱动音圈电机的 电源必须提供足够的电流满足输出力的需要, 且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势, 以及 通过线圈的漏感压降. 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售. 线圈与磁体之间的最小气隙通常是
音圈电机原理及应用
音圈电机的原理及应用 音圈电机(Voice Coil Motor)是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性。近年来，随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中，在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用。如：光学系统中透镜的定位、机械工具的多坐标定位平台、医学装置中精密电子管、真空管控制等。本文将系统讨论音圈电机的工作原理、结构及其应用场合。 1. 音圈电机的工作原理 1.1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理，即通电导体放在磁场中，就会产生力F，力的大小取决于磁场强弱B、电流I、以及磁场和电流的方向(见图1)。如果共有长度为L的N根导线放在磁场中，则作用在导线上的力可表示为 kNBIL F (1) 式中k为常数。 由图1可知，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，在最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(见图2)，铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场，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，与永久磁体的一端相连，用来形成磁回路。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。 将圆形管状直线音圈电机展开，两端弯曲成圆弧，就成为旋转音圈电机。旋转音圈电机力的产生方式与直线音圈电机类似，只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的，输出转矩见图3。 1.2电子学原理 音圈电机是单相两极装置。给线圈施加电压则在线圈里产生电流，进而在线圈上产生与电流成比例的力，使线圈在气隙内沿轴向运动，通过线圈的电流方向决定其运动方向。当线圈在磁场内运动时，会在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势)。驱动音圈电机的电源必须提供足够的电流满足输出力的需要，且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势，以及通过线圈的漏感压降。 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售。线圈与磁体之间的最小气隙通常是(0. 254～0. 381) mm，根据需要此气隙可以增大，只是需要确定引导系统允许的运动范围，同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞。多数情况下，移动载荷与线圈相连，即动音圈结构。其优点是固定的磁铁系统可以比较大，因而可以得到较强的磁场；缺点是音圈输电线处于运动状态，容易出现断路的问题。同时由于可运动的支承，运动部件和环境的热接触很恶劣，动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高，因而音圈中所允许的最大电流较小，当载荷对热特别敏感时，可以把载荷与磁体相连，即固定音圈结构。该结构线圈的散热不再是大问题，
轮廓测量仪原理及应用
轮廓测量仪概述 SJ5700轮廓测量仪是一款集成表面粗糙度和轮廓测量的测量仪器；采用进口高精度光栅测量系统、高精度研磨导轨、高性能非接触直线电机、音圈电机测力系统、高性能计算机控制系统技术，实现对各种工件表面粗糙度和轮廓进行测量和分析。通过高精度研磨导轨、高性能直线电机保证测量的高稳定性及直线度，采用进口高精度光栅测量系统建立工件表面轮廓的二维坐标，计算机通过修正算法对光栅数据进行修正，最终还原出工件轮廓信息并以曲线图显示出来，通过软件提供的分析工具可对轮廓进行各种参数分析。 轮廓仪为全自动测量设备，操作者只需装好被测工件，在检定软件上设定扫描的开始、结束位置，点击“开始”按钮，测针会自动接 触工件表面，并按设定的位置扫描；可高精度地测量精密加工零部件的粗糙度和轮廓形状，再选择所需评价参数即可进行评价。 系统软件为简体中文操作系统，操作方便。
轮廓测量仪功能 SJ5700 轮廓测量仪可测量各种精密机械零件的素线轮廓形状参数，角度处理（坐标角度，与 Y 坐标的夹角，两直线夹角）、圆处理（圆弧半径，圆心到圆心距离，圆心到直线的距离，交点到圆心的距离，直线到切点的距离）、点线处理（两直线交点，交点到直线距离，交点与交点距离，交点到圆心的距离）、直线度、凸度、对数曲线、槽
深、槽宽、沟曲率半径、沟边距、沟心距、轮廓度、水平距离等形状参数。 轮廓测量仪性能特点 1、高精度、高稳定性、高重复性：完全满足被测件测量精度 要求。 1) 选用国际领先的高精度光栅测量系统和高精度电感测量系 统，测量精度高； 2) 自主研发高精度研磨导轨系统，导轨材料耐磨性好、保证 系统稳定可靠工作； 3) 高性能直线电机驱动系统，保证测量稳定性高、重复性好； 2、智能化管理与检测软件系统： 仪器操作界面友好，操作者很容易即可基本掌握仪器操作，使用十分简便。 1) 10多年积累的实用检定软件设计经验，向客户提供简洁、 实用、快速的操作体验； 2) 功能强大、自动处理数据、打印各种格式的检定报告，自 动显示、打印、保存、查询测量记录； 3) 测量围广，可满足绝大多数类型的工件粗糙度轮廓测量； 4) 可自动和手动选取被测段进行评定，可依据客户要求进行 软件功能的定制； 5) 纯中文操作软件系统，更好的为国用户服务； 6) 打印格式正规、美观。检定数据可存档，或集中打印，不 占用检定操作时间；
音圈电机的基本结构与工作原理001
音圈电机的电磁场计算与分析 音圈电机是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机。以音圈电机为动力的直线定位系统具有整体结构简单、驱动速度快、定位精度高等优点，已广泛应用于计算机磁盘驱动器、激光微调机、六自由度机器人手臂等高新技术设备中。 评价音圈电机的指标包括出力大小和“力一位移”曲线的平滑度。在音固电机设计中，需要合理确定各个尺寸和电磁参数，以得到理想的出力和“力一位移”曲线。尽管音圈电机的结构比较简单，但是设计方法有其特殊性，目前关于该电机设计计算的参考文献仍较少，仅有国外的产品介绍可供参考。音圈电机的出力和“力一位移”曲线的计算应以电磁场计算为基础。 音圈电机的结构主要由定子和动子组成。其中定子包括外磁轭、环形磁钢、隔磁环和内磁轭，动子由音圈绕组和绕组支架组成。 音圈电机的工作原理与电动式扬声器类似，即在磁场中放入一环形绕组，绕组通电后产生电磁力，带动负载作直线运动；改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。 音圈电机的设计应遵循以下几个基本原则： (1)在电机体积给定的情况下，应尽可能增加气隙磁密与线圈总长度的乘积，以提高单位电流产生的磁推力。 (2)减小漏磁，降低磁路的饱和程度，从而减小电机的体积。 (3)合理设计电机定子和动子的轴向长度，以得到平滑的“力-位移”曲线。 电磁场计算 音圈电机的设计与分析应以电磁场计算为基础。由于音圈电机内的磁场是一个轴对称场，所以可采用二维有限元法进行计算。 影响音圈电机性能的结构参数主要包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离和定动子长度。 磁钢厚度越大，则气隙磁场越强，电机的出力也越大，但在电机外径一定的条件下，音圈的直径要减小。因此须适当选择磁钢厚度，才能使电机出力最大。 音圈厚度不但影响电机绕组的安匝数，同时影响气隙磁密，两者相互矛盾。而电机的出力与这两项乘积成正比，因此存在最优厚度使电机出力最大。可以看出，音圈厚度对电机出力的影响较为明显，音圈厚度过大过或小都会使电机的出力降低。 外磁轭厚度主要影响磁路的饱和程度。厚度过小，饱和程度增加，电机的漏磁将增大；反之，厚度太大，音圈直径将减小。所以必须合理地设计外磁轭厚度。 音圈电机的两个环形磁极之间存在着较大的漏磁。漏磁场将使外磁轭的磁通增加，饱和程度增加；为了减小极问漏磁，在极间设计一个隔磁环，从而降低外磁轭部分的饱和程度，减小磁轭的厚度。但是极间距离必须合理设计，否则会影响电机的总磁通，反而降低电机的出力。可以看出，极间距离对电机的出力也有较明显的影响。 定子和动子长度的选取主要影响电机“力-位移”曲线的平滑度。定子长度一定时，适当改变动子长度，可以使“力-位移”曲线更平滑，但是应以满足电机的行程要求为主，否则会造成电机体积的增加和成本的浪费。 通过本文的分析，可得出以下结论： (1)数值计算是进行音圈电机设计的有效方法，可以准确地计算出电机的出力和特性。 (2)影响音固电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (3)为了减小漏磁并降低磁路的饱和程度，在磁极之间设计隔磁环是非常必要的。影响音圈电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (4)底部磁极对应的气隙磁场略大于外部磁极对应的磁场，这是由于电机内磁路的不对称而
音圈电机主要结构形式
音圈电机主要结构形式 传统结构形式 在音圈电机的传统结构中，有一个圆柱状线圈，圆柱中心杆与包围在中心杆周围的永久磁体形成的气隙，在磁体和中心杆外部罩有一个软铁壳。线圈在气隙内沿圆柱轴向运动。依据线圈行程，线圈的轴向长度可以超出磁铁轴向长度，即长音圈结构。而有时根据行程，磁体又可以比线圈长，即短音圈结构。长音圈结构中的音圈长度要大于工作气隙长度与最大行程长度之和；而短音圈结构中的工作气隙长度大于音圈长度与最大行程长度之和。长音圈结构充分利用了磁密，但由于音圈中只有一部分线圈处于工作气隙中，所以电功率利用不足；短音圈结构则正好相反。两种结构相比，前者可以允许较小的磁铁系统，因此音圈电机的体积也可以比较小；后者则体积较大，但功耗较小，可以允许较大音圈电流。与短线圈配置相比，长音圈配置可以提供更好的力2功率比，且散热好。而短音圈配置电时间延时较短，质量较小，且产生的电枢反动力小。 集中通量结构形式 在运动控制中，有时需要的力比传统移动音圈电机所能提供的力要大，传统结构形式的音圈电机不能满足要求。为解决此问题，需要提高音圈电机工作效率，为此应合理设计其结构，尽量减少磁路漏磁。设计音圈电机时总是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙，以提高气隙磁密，从而产生尽可能大的磁力。采用集中磁通技术，能够使制造的电机气隙磁密等于甚至大于磁体中的剩余量。基于该技术的电机内部是一个一端封闭的空心圆柱磁铁。圆柱内部形成N极，圆柱的外部形成S极紧贴磁体外部由一个。也有一端封闭的软铁圆柱壳罩住，软铁壳的开口端伸出磁体开口端。由软铁制成的圆柱芯在磁体内部紧紧贴合，并从其开口端伸出。壳的内表面与圆柱芯的外表面之间的环形空间形成气隙，圆柱状线圈可在气隙中沿轴向运动。该电机结构形式允许磁体面大于气隙面。这样的设计不会引起泄漏，几乎从磁体表面发出的所有磁力线都通过气隙。 集中磁通技术的音圈电机结构
音圈电机驱动的快速控制反射镜高带宽控制
第３１卷第８期光电工程V ol.31, No.8 ２００４年８月 Opto-Electronic Engineering August, 2004文章编号 王强1,2任戈1 ±±?? 100039 FSMòà 据模型采用线性功率放大驱动方式 实现高带宽控制该方法应用于结构谐振频率分别为90Hz和20Hz的两种快速控制反射镜 通用性强 快速控制反射镜； 结构谐振； 光电跟踪； 音圈电机 中图分类号 A Wide bandwidth control of fast-steering mirror driven by voice coil motor WU Qiong-yan1,2, WANG Qiang1,2, PENG Qi1, REN Ge1, FU Cheng-yu1 (1. Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China; 2. Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) Abstract: A mechanical structure for fast-steering mirror (FSM) driven by voice coil motor (VCM) is analyzed and its mathematical model is established from the analysis. Relying on the model, the unstable influence of the structure resonance is eliminated with an incomplete differential PID control algorithm. The control bandwidth can surpass its structure resonance frequency and wide bandwidth control can be realized through applying linear power amplifier. The experiments show that when the method is applied to two kinds of fast-steering mirrors with structure resonance frequencies as 90Hz and 20Hz respectively, the rejection bandwidth of the system have attained 315Hz and 240Hz respectively. Key words: Fast steering mirror; Structural resonance; Photoelectric tracking; V oice coil motor 引言 快速控制反射镜是光电精密跟踪系统中必不可少的一部分主要用于校正机架主系统的跟踪误差及风矩由于干扰因素的多样复 杂性 目前其结构谐振频率可以高达几百但所需的驱动电压一般要几百伏一般只有十几到几十微米 驱动电压只需要十几伏由它构成的快速控制反射镜的结构谐振频率一般为几十赫兹用音圈电机作为驱动器可弥补压电陶瓷的不足这又为高速控制带宽系统的设计带来困难会影响系统的稳定裕度[2] ±￡?¤±?òaμ??è?¨′￠±?êμ?êó| 收稿日期收到修改稿日期 高技术项目资助 作者简介－汉族硕士生E-mail
大推力音圈电机的探究
大推力音圈电机的探究 【摘要】音圈电机是一种性能非常好的直线电机。在介绍音圈电机的同时本文提出了一种音圈电机的设计概念。通过有限元分析，否决了这种概念。 【关键词】音圈电机;大推力;设计 1.引言 音圈电机是直线电机的一种，因其具有与扬声器相同的“音圈”结构，以及与扬声器相同的工作原理而得名。音圈电机高频响应很好，精度高，可以应用于许多场合。目前市面上出售的音圈电机可以提供0.7—1000N左右的推力。它的这些优点引起了国内外研究者的兴趣，近年来对于音圈电机的研究逐渐增多。 1.1音圈电机的工作原理 音圈电机的工作原理与扬声器的工作原理相似，二者都应用了通电导体与磁场的相互作用原理。通电导体在磁场中要受到安培力的作用。扬声器线圈内部的电流大小反映了它所记载的声音信息，线圈因为电流大小的不同可以产生振幅不同的振动。扬声器通过线圈的振动来达到还原声音甚至放大声音的目的。而音圈电机则是利用音圈受力与其内部所通电流大小成正比的特性，使电能转换为机械能，达到输出功率的目的。 1.2音圈电机的分类 从总体来说，按照音圈电机的输出方式，可以分为直线型和摆动型。直线型的动子沿直线运动，输出的是推力；摆动型的动子做圆周运动，输出的是扭矩。二者的工作原理大致相同，本文只讨论直线型音圈电机。 按照磁场的提供方式不同来区分，音圈电机可以分为永磁励磁和电励磁两种。电励磁的音圈电机应用很少，因为通过电流来产生的磁场很难利用。本文后文会讨论一种电励磁的方案，会通过一些实际的仿真支出电励磁的难点。随着近些年永磁材料的发展，人们可以通过很小的代价很轻松地获得高表磁的永磁体。这更加剧了永磁励磁型音圈电机的优势。所以几乎所有的音圈电机都采用永磁励磁。 按照可动部分不同来区分，音圈电机可以分为“动圈式”和“动铁式”两种。牛顿第三定律指出，力的作用是相互的。当固定住音圈电机的“铁”时，它的“圈”就会动，反之亦然。动圈和动铁本质上是相同的。不过二者又有很明显的差异：动圈式音圈电机因为动子“音圈”的质量很小，所以可以产生很好的高频响应以及很高的加速度（高达300g）。同时因为永磁的部分是固定的，可以减少很多磁路设计方面的限制，从而方便设计出更好的磁路。同时，也正是因为音圈的可动性，导致与电源相连部分的导线疲劳磨损严重，很容易产生断路甚至短路等电力系统
音圈电机(微特电机)
华侨大学厦门工学院 电气工程系 课程设计报告 课程名称：音圈电机的应用 院系：电气工程系 专业：电气工程及其自动化 班级： 2009级电气工程及其自动化7班 学号： 090210700 姓名： 指导老师： 2012 年12月9 日
目录 一、课程设计的意义 (3) 1.1研究意义 (3) 1.2研究内容 (3) 二、音圈电机的主要结构 (4) 2.1传统结构形式 (4) 2.2集中通量结构形式 (4) 2.3磁力交叉存取结构形式 (5) 三、音圈电机的工作原理 (6) 3.1 磁学原理 (6) 3.2电子学原理 (7) 3.3机械原理 (7) 四、实例：基于音圈电机的力_位控制及应用 4.1 引言 (8) 4.2 芯片的放置控制要求 (8) 4.3 软着陆实现方式 (8) 4.4 基于LAC-1控制器的音圈电机软着陆的实现 (10) 4.5 基于Tutbo PMAC的音圈电机软着陆的实现 (11) 4.6 本章小结 (12)
一、课程设计的意义 1. 1研究意义 《微特电机及系统》的学习，重在学习各种各样的电能、机械能相互转换的实现方法。学完之后，应该能用所学的知识分析生产生活中的各种应用，甚至在以后的工作中，研制更先进的电机来解决一些实际应用难题。 随着我国精密仪器制造、测量的发展，其相关技术的要求也不断提高。其中低频微振动是其中极其重要的一个研究课题，它对精密仪表的正常工作有着重要的影响。世界许多国家均高度重视，并投入大量的人力物力加以研究。在主动抗振领域，采用音圈电机对低频微振动具有明显的优势。它具有结构简单、体积小、高速、高加速度、响应快、线性力一行程优良等特性，在精密仪表领域有着广泛地研究前景。 1. 2研究内容 在本文中，主动隔振系统对于低频、微幅振动的控制，振动信号的测量，选用PCB公司的型号为M355BO4测量高频信号，型号为M393B31测量低频信号。 在国内外将音圈电机用于精密隔振系统作为控制器并不多见。由于受到传 感器低频测量范围的限制，在低频精密主动隔振技术方面的研究较少。音圈电机 (VoiceCoilActuator)是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机，具有结构简单、体积小、高速、高加速度、响应快等特性16一，“]。为此，本文提出 了利用音圈电机作为控制器，将被动和主动隔振技术结合应用，利用被动隔振系统作为隔振平台的音圈电机低频精密主动隔振系统。基于上述的思想，本文将在以下几个方面进行研究: 1、对被动隔振及主动隔振的隔振机理进一步深入地研究。被动隔振系统为 传统的隔振手段，具有方法简单，可靠性高的特点。常用的被动隔振系统多为单级或两级隔振系统，当所选隔振器件的参数相同时，两级隔振系统的隔振性能要优于单级隔振系统。不论是单级隔振系统还是两级隔振系统，所选隔振器件的自振频率对隔振系统的隔振性能具有决定性的作用。 2、研究提出针对微纳米测量对环境振动要求振动的隔离方案，采用音圈电 机作为驱动器实现主动隔振。 3、对所设计的隔振系统进行了被动隔振隔离效果的测试与分析和主动隔振 效果仿真与分析。 4、对用于施加振动主动控制力的音圈电机及其安装方式进行了研究。 5、分别采用模糊PID控制算法、小波变换算法，对隔振系统进行主动隔 振的仿真分析研究。 6、针对主动隔振系统选型的音圈电机，设计驱动电路。
工业检测之音圈电机检测技术
工业检测之音圈电机检测技术 音圈电机因其具有高频响、高精度的特点在市场上广泛应用，尤其是在医疗、半导体、航空、汽车、自动化设备等领域。当然这只是音圈电机的部分应用，其实它还可以应用到检测技术上，具体是怎样实现的呢？ 什么是音圈电机？ 所谓音圈电机(V oice Coil Motor)因其结构类似于喇叭的音圈而得名。是一种特殊形式的直接驱动电机,能将电能直接转化成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。 音圈电机有什么特点？ 其具有高响应、高速度、高加速度、结构简单、体积小、力特性好、控制方便等优点。近年来，随着音圈电机技术的迅速发展，音圈电机被广泛用在精密定位系统和许多不同形式的高加速、高频率、快速和高精度定位运动系统中。 音圈电机的结构 它首先是一个音圈电机，其次它又是集音圈电机、光栅读头、光栅尺、导轨内置气路和电子线路等的组合体。直线型执行器。1）直线运动，只需要一轴的控制器控制。2）位置反馈是闭环的。3）可以内置气路。4）可以安装回复弹簧。5）双线圈。6）轴端。7）接口。 什么是执行器“软着落” 软着陆指的是执行器的轴或者夹指以可程序化的高速度、低力量的方式接近
物体表面。类似于运动员跳伞、宇宙飞船月球登陆。这种独特的功能对精密易碎或高价值的零件的组装相当有帮助。那么音圈电机如何实现软着陆呢？在速度模式下控制较低力量接近物体表面，同时持续地监控位置误差，一旦接触到物体表面时，位置误差增大到预先设置的值时，执行轴就会保持在物体表面那个位置。“软着落”的好处是按照物体表面的位置，接触表面；由于表面位置的误差，会过冲和不及；所用时间太长，影响生产效益；保证速度、确保精度。 音圈电机的另一个好处是可以控制力量。在同一位置上，电机可以输出不同的力量；在任何位置上，电机可以输出恒定的力量。力的波动可以被控制在±2克；力的重复性也可以控制在±2克。如果安装力的传感器可形成力的闭环。目前主要应用于检测和测量行业，例如：汽车零部件的100%检测、手机按键的检测、手机触摸屏检测等。 音圈电机按键测试 据富贸商城了解，按键测试技术已经广泛应用于手机按键测试、电源开关手感测试、汽车的音像按键测试、汽车的自动窗开关测试、弹簧片的测试、阀门的测试、传感器的测试、继电器的测试、电脑键盘测试等等。已经要求做到在线100%的检测。如下图：
音圈电机驱动系统
音圈电机驱动系统 摘要 近年来，随着我国科技的发展与进步，直线驱动技术以及其控制方法也在不断的改进。音圈电机是一种具有特殊结构的新型直接驱动电机，它具有体积小、结构简单、快速响应、高加速度等特性。由于对快速速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的快速发展，音圈电机不但被广泛应用在激光唱片、磁盘定位等精确定位系统中，在很多其他形式的高速度、高频激励中起到了广泛的应用。如，机械工具的多坐标定位系统、光学系统中透镜的快速定位、减小振动对隔振技术平台的影响、以及医学领域精密电子管的控制等。 本文从音圈电机的工作原理以及其PID控制方法角度对音圈电机的驱动系统展开研究。 关键字：音圈电机；直接驱动；PID控制 Abstract In recent years,as the development and progress of our country’s science and technology, linear drive technology and its control method is also in constant improvement.V oice coil motor is a new type direct drive motor with special structure.It has small volume,simple structure,fast response,high acceleration and other features.Due to the rapid speed,the improvement of high precision positioning system performance requirements and the rapid development of voice coil motor technology.V oice coil motor is widely used not only in the CD,disk positioning accurate positioning system,but also in many other form of high speed and high frequency excitation.Such as machine tool coordinate positioning system,the lens in the optical system of fast positioning,and reduce the influence of vibration on
直线音圈电机结构设计与数学建模分析
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/805829272.html, 直线音圈电机结构设计与数学建模分析 作者：周喜张得龙 来源：《科技创新与应用》2014年第21期 摘要：音圈直线电机是一种将电能直接转化为直线运动而不需要任何中间转换机构的特 种电机，由于具有体积小、质量轻、高响应等一系列优点，因而在一些精密领域及快速响应场合得到了广泛的应用。文章重点介绍了一种自主设计的音圈电机的结构，并且在分析动态特征的基础上通过数学推导建立了比较精确的数学模型。 关键词：音圈直线电机；结构；工作原理；数学模型 引言 音圈电机（Voice Coil Motor）是一种特殊形式的直接驱动电机，因其工作原理与扬声器类似而得名。其工作原理就是安培力原理，通电线圈（导体）放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。音圈电机将电能直接转换成机械能，省去了中间转换机构，在一些精密定位系统、高加速领域中得到了广泛的应用，如磁盘定位、光学透镜定位等[1，2]。 根据运动部件的不同，音圈电机可以分为动铁式与动圈式；根据运动方式的不同，音圈电机可分为直线型与旋转型；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型与短音圈型；根据磁通源的不同，音圈电机可分为永磁式与电磁式[3，4]。文章所研究的音圈电机为动圈型永磁式直线音圈电机，将电能直接转换为直线运动的机械能。 1 直线音圈电机的结构 文章所设计的音圈电动机为直线电机的一种，动线圈型永磁式直线直流电动机，这种直流直线电机由以下几部分组成，主要包括外壳、环形磁铁、铁芯、底座、电枢骨架和电枢线圈。图1所示就是音圈电机的结构示意图。 图1 音圈电机结构示意图 本设计在结构上非常简单。动子部分包括电枢骨架及缠绕在上面的金属线圈，定子部分主要由四部分组成，外壳是圆柱形的，使用的是钢性材料；铁芯中间部分采用空心结构，这样可以使电机的重量大大减轻；磁场是由永磁铁产生的，永磁铁紧贴着外壳内壁，与铁芯之间构成气隙；铁芯是与外壳的底部连接在一起的，在外壳和铁芯的气隙之间形成固定的磁场，线圈通直流电后，线圈上就会产生电磁力，推动线圈沿轴线方向直线移动。 当动子线圈沿轴线来回做直线运动的时候，它所受到的电磁力必须要大于运动时所产生的惯性力与摩擦力。
钕铁硼有哪些用途
一、钕铁硼有哪些应用 钕铁硼永磁体是一种储能材料,可以在一定空间内产生恒定磁场。由于其极高的矫顽力和磁能积,特别是在20℃～150℃环境下 相对于其它永磁体的优异表现,使得钕铁硼永磁材料在多种领域特别是现代高科技领域获得了广泛应用。其应用从物理原理上我们可以分为以下几种: 1、电能--机械能转换,如:电动机,扬声器,VCM音圈电机等; 2、机械能--电能转换,如:发电机,受话器,测量仪表等; 3、机械能--机械能,如:磁分离,磁悬浮,磁传动,磁吊磁吸盘等; 4、利用磁场的物理效应,如:磁共振,磁化除蜡,磁化节油等. 二、钕铁硼由哪些材料组成 钕铁硼永磁体的主要原材料有稀土金属钕,金属元素铁和非金属元素硼(有时会添加铝,钴,镨,镝,铽,镓等),一般表达式为: RE2TM14B(RE=Nd,Pr,Dy TM=Fe,Co) 钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的,其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比时,磁体的磁性能很低，甚至无磁，只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的钕和硼含量多时(即形成富钕相和富硼相)才能获得较好的永磁性能。 基体Nd2Fe14相 这个相是磁体的主相,它的体积百分数(在炼完钢锭后已基本固定)决定了磁体的剩磁(Br)。最大磁能积((BH)m),而成型时磁场取向就是
实现它的排列分布使这一分子结构的易磁化轴(C)都沿取向方向有序排列,从而实现更高的磁性能. 富B相 富B相在基体中以一定的化合物存在,它是一个非磁性相,对磁性能一般是有害的,但有富B相的存在反而使的钢锭容易破碎. 富Nd相 富Nd相的存在大部分以Nd-Fe化合物存在,它对在烧结过程中提高磁体的密度有十分重要的作用.由于它的性质非常活泼,所以很容易氧化形成氧化物相,对磁体的抗腐蚀性非常不利.但富Nd相相对多时,对钢锭的长晶有好处,可以减少α-Fe的析出。 大量的组织观察表明,烧结钕铁硼系的合金显微组织具有以下特征： (1)基体相(主相)的晶粒呈多边形; (2)富B相以孤立块状或颗粒状存在; (3)富Nd相沿晶界或晶界交耦处分布; (4)另外在基体中还有其他杂质,氧化物相和空洞等。 三，钕铁硼如何制造的 烧结钕铁硼永磁体是用粉末冶金工艺制造的。主要工序有：熔炼,制粉,成型取向,烧结,机械加工,表面处理等.其中氧含量的控制是衡量工艺水平高低的重要指标. 四，钕铁硼的磁性能可以持续多久 如果保存在适当的温度,湿度且无强外磁场,辐射和其它影响磁性