大推力音圈电机的探究
音圈电机原理
音圈电机原理音圈电机是一种常见的电机类型，它利用电磁感应原理将电能转化为机械能。
它的工作原理主要包括电磁感应、磁场与电流的相互作用以及电能转换等方面。
下面将详细介绍音圈电机的工作原理。
首先，音圈电机的核心部件是音圈，它是由绝缘线圈绕制而成的。
当通过音圈通电时，会在音圈周围产生磁场，这是基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律的基础上产生的。
磁场的产生使得音圈内产生感应电动势，从而使得音圈内产生感应电流。
这个过程实质上是电能转化为机械能的过程。
其次，音圈电机中的音圈会受到磁场力的作用，从而产生受力运动。
这个受力运动的方向和大小取决于音圈内感应电流的方向和大小，以及磁场的方向和大小。
通过合理设计磁场和电流的方向，可以实现对音圈的精确控制，从而实现对电机的运动控制。
另外，音圈电机还涉及到电能转换的问题。
在音圈电机中，电能首先被转化为磁能，然后再由磁能转化为机械能。
这个过程需要合理设计电路和磁路，以确保电能能够高效地转化为机械能。
同时，为了提高电机的效率和性能，还需要考虑磁路和电路的优化设计。
总的来说，音圈电机的工作原理涉及到电磁感应、磁场与电流的相互作用以及电能转换等方面。
通过合理设计磁路和电路，可以实现对电机的精确控制，从而实现对机械系统的精确控制。
这对于各种机械设备和系统的设计和应用具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能够对音圈电机的工作原理有一个清晰的认识，从而更好地理解和应用这一电机类型。
同时，也希望本文能够对相关领域的研究和应用工作起到一定的参考作用。
感谢您的阅读！。
音圈电机的基本原理浅析
音圈电机的基本原理浅析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 , 式中k 为常数.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, 且要克服线圈在较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.音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售.线圈与磁体之间的较小气隙通常是（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较大电流较小. 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,线圈允许的较大电流较大, 但为了减小运动部分的质量, 采用了较小的磁铁, 因此磁场较弱[ 3 ].直线音圈电机可实现直接驱动,且从旋转转为直线运动无后冲、也没有能量损失. 优选的引导方式是与硬化钢轴相结合的直线轴承或轴衬. 可以将轴ö轴衬集成为一个整体部分. 重要的是要保持引导系统的低摩擦,以不降低电机的平滑响应特性.典型旋转音圈电机是用轴ö球轴承作为引导系统, 这与传统电机是相同的. 旋转音圈电机提供的运动非常光滑,成为需要快速响应、有限角激励应用中的首选装置. 比如万向节装配中.。
音圈电机研究及应用综述
２１ ０ １年
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Ｖ０． ４． Ｎｏ ８ １４ ． Ａｕｇ ２ １ ． ０１
音 圈 电机 研 究 及 应 用 综 述
兴 连 国 ，周 惠 兴 ，侯 书林 ，曹 荣敏
（ 国农 业 大 学 ，北 京 中 １０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ：音圈电机是 特种 直线 电机 ，是一种将电能直 接转化为直线或者 圆弧运动机械 能而不需要任何 中间转换机构
的传动装置 ，其工作原理与扬声器的音圈类 似。音 圈电机具有体积 小 、重量轻 、高加速度 、高 速度 、快 速响应 、推 力均匀等优 良性 能。介绍 了音固 电机的设计与选用 的理论基础 ，并 阐述 了音 圈电机的技术工作原理 、结 构形式 、设 计方案 、控 制方法和热平衡分析。给出了音圈电机 的设计计算方法 ，并对 音圈电机 的应用场合进行 了详细介绍 。
关 键 词 ：音 圈 电机 ；控 制 方 法 ；设 计 方 法 ；热 平 衡 分 析 ；应 用 中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ． Ｍ３９ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ．８ ８ ２ １ ） ８０ ８ —６ ０ １６４ （０ １ ０ ．０２０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｖｏ ｃ ｉ Ｍ ｏ ｏ ｓａ ｃ ｎ ｌｃ ｔｏ ｏ ｉ ｅ Ｃｏ ｌ ｔｒ
机 ，因为原 理 与扬 声器 类似 而得 名 。其工 作 原理 为 ：
音 圈电机 是一 种 特 殊 形 式 的 直 接驱 动 电机 ，其
通 电线圈 （ 体 ） 导 在磁 场 中会 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
音圈电机的原理
音圈电机的原理音圈电机是一种常见的电动机，它基于电磁感应原理工作。
它由固定在外部的磁铁（称为定子）和围绕定子旋转的线圈（称为转子）组成。
这种电机被广泛应用于许多领域，如工业自动化、汽车、机器人等。
音圈电机的工作原理可以简单描述为：当电流通过线圈时，它在磁场中产生一个力矩，推动线圈旋转。
这个磁场是由定子上的磁铁产生的，通常是通过永磁体或电磁线圈来实现的。
当线圈旋转时，它会不断地与定子上的磁场相互作用，产生一个旋转力矩。
通过控制电流的大小和方向，可以控制线圈的旋转速度和方向。
音圈电机的优点之一是它的响应速度非常快。
由于线圈和定子之间的物理接触非常小，摩擦和惯性影响较小，使得电机能够实现快速准确的位置控制。
这使得音圈电机在需要高精度和高速度的应用中非常受欢迎。
另一个优点是音圈电机具有较高的功率密度。
由于线圈和磁铁之间的间隙非常小，使得电机能够在较小的尺寸内提供较大的输出功率。
这对于空间有限的应用非常重要，例如机器人和汽车中的电动驱动系统。
音圈电机还具有良好的控制性能。
通过改变线圈中的电流，可以实现电机的速度和位置控制。
这使得电机可以根据需要实现精确的运动控制，例如在机器人中进行复杂的路径规划和执行。
然而，音圈电机也存在一些局限性。
首先，由于线圈和定子之间的物理接触非常小，使得电机的散热能力较差。
在高功率运行时，电机可能会产生较多的热量，需要额外的散热措施来保持温度在可接受范围内。
其次，音圈电机的成本较高。
相对于其他类型的电机，音圈电机的制造和维护成本较高，使得它在某些应用中可能不太实用。
总的来说，音圈电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
它具有快速响应、高功率密度和良好的控制性能等优点，被广泛应用于许多领域。
然而，它也存在一些局限性，如散热能力较差和较高的成本。
对于不同的应用需求，我们可以选择适合的电机类型来实现最佳的性能和效果。
短时高过载直线型音圈电机的分析与设计
短时高过载直线型音圈电机的分析与设计
王彦超;孟凡刚
【期刊名称】《电机技术》
【年(卷),期】2018(000)006
【摘要】音圈电机具有结构简单、惯量小、响应速度快、控制精度高等特点,在国民经济、国防等领域具有广泛的应用.现设计了一种采用Halbach阵列结构磁钢的直线型音圈电机,采用有限元法计算分析结构参数对电机性能的影响,并对短时高过载工况下电机内的温度场进行计算和分析.研究结果表明,采用Halbach阵列结构的磁钢能够有效地提高音圈电机单位电流密度下的推力.通过优化音圈电机的磁钢厚度和磁钢长度比,能够增大电机的气隙磁密和峰值推力,并且在整个行程内有效地提高推力的平稳度.当电机高过载时,电机绕组在短时内的温升与运行时间基本呈线性关系.
【总页数】6页(P1-5,11)
【作者】王彦超;孟凡刚
【作者单位】哈尔滨工业大学 264209;哈尔滨工业大学 264209
【正文语种】中文
【中图分类】TM359
【相关文献】
1.BEI Kimco Magnetics发布新型LASl3-54-001Z直线型封装音圈电机 [J], ;
2.短时高过载永磁同步电机电磁热研究 [J], 刘毓希;李立毅;曹继伟;高钦和;孙曌续
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大电机推力轴承研究
大电机推力轴承研究摘要：水轮发电机一般为大直径、低转速、立式的电机，由转动部分质量及水轮机水推力所产生的负荷需由推力轴承支撑，最大推力负荷达到4000吨以上。
推力轴承是大型电机研发的关键技术之一，影响着电站的安全稳定运行。
所有现代大型推力轴承均设计为环型，由多块推力瓦组成，其支撑方法和结构有多种型式。
本文分析的是弹簧支撑式大型推力轴承，采用弹簧簇为推力瓦提供分布式支撑，着重分析了弹簧支撑式推力轴承的设计原理、结构和性能。
关键词：推力轴承；弹簧簇；热凸起；变形Abstract：Normally a large hydro generator is large size，low rotating speed and vertical arrangement. The weight of rotating parts and force from hydraulic thrust of turbine are supported by the thrust bearing. The maximum thrust load is up to 4000 tons. Thrust bearing is a key technology of large generator. It affects the safe operation of hydro power plant. All modern large thrust bearing is designed as a thrust ring. It is consist with several thrust pads. There are some type of thrust bearing support system. This paper introduce a spring supported large thrust bearing. The bearing is supported by a set of distributed springs. It is mainly analyzed for the design philosophy，structure and performance.Key words：Thrust bearing，spring support，thermal crown，deform1.主要结构型式推力头与镜板之间用螺杆把合，并配套以绝缘套筒和垫圈使推力头与镜板保持良好的绝缘状态。
音圈电机结构优化及应用综述
2021年3月电工技术学报Vol.36 No. 6 第36卷第6期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2021DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.200725音圈电机结构优化及应用综述柴嘉伟贵献国（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨 150001）摘要音圈电机是一种不需要任何机械传动环节，就可以将电能转化为直线运动机械能的直线电机。
由于具有结构简单、体积小、响应速度快、定位精度高、易于控制等优点，音圈电机广泛应用于国民经济的诸多领域。
该文首先简述音圈电机的理论基础，阐述音圈电机的工作原理、结构分类以及各结构的特点；然后，结合国内外学者对音圈电机的结构优化，对音圈电机提高力常数和定位精度的方法进行归纳总结；最后，对音圈电机的主要应用领域进行综述，并对其发展趋势和研究热点进行讨论和展望。
关键词：音圈电机结构优化力常数定位精度中图分类号：TM359.9Overview of Structure Optimization and Application of Voice Coil MotorChai Jiawei Gui Xianguo（School of Electrical Engineering and Automation Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001 China）Abstract Voice coil motor is a linear motor that can convert electrical energy into linear motion mechanical energy without any mechanical transmission. Due to the advantages of simple structure, small size, fast response speed, high positioning accuracy and easy control, voice coil motors are widely used in many electrical fields. This paper briefly described the theoretical basis of the voice coil motor, and explained the working principle, structural classification and characteristics of each structure of voice coil motor. Besides, based on the research of domestic and foreign scholars on the structure optimization of voice coil motor, this paper summarized the methods of improving the force constant and positioning accuracy of voice coil motor. Furthermore, the main application fields of voice coil motor were summarized, and their development trends and research hotspots were discussed and prospected.Keywords：Voice coil motor, structure optimization, force constant, positioning accuracy0引言音圈电机是一种直接驱动的无迟滞设备[1-2]，利用永磁体产生的磁场与通电线圈的相互作用产生驱动力。
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）。
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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
故障。
而且动圈式音圈电机因为结构的限制，它的散热不能做到很好，致使线圈中所能加载的电流受到限制。
动铁式音圈电机没有动圈式音圈电机的缺点，散热性能好，线圈工作状态稳定，可以通入较大的电流，行程也可以做得比较长。
按照用途不同来区分，音圈电机可以分为力电机，功电机和能电机。
力电机的设计目的是提供比较大的推力，一般提供推力的时间短，动子的运动速度低，主要作用于静止的物体上。
功电机的设计目的是连续长时间工作，它的输出力可能不高，但是稳定性一定要好。
1.3音圈电机的主要用途
在医疗方面，以呼吸机为例。
高频振荡通气技术是一种机械通气技术，采用高频率低容量正弦波通气，具有频率高，潮气量低的特性，与传统常规机械通气有着本质区别。
其性能要由于后者。
传统的呼吸机采用偏心轮的机械机构来带动活塞运动通气，工作频率不高，噪声大。
采用音圈电机替换原有机械结构以后可以通过控制电路很容易的控制频率，振幅以及其它相关参数，其优越性不言而喻。
在半导体方面，半导体是一个纳米尺度的行业，对于生产装备的精度要求很高。
音圈电机因为它本身的高精度以及高频响，很自然地成为研究者的首选。
引线键合机的工作方式是：当一个芯片传送过来时，首先通过图像处理技术找到定位零点，确定位置；接着运行键合程序，以很高的频率来焊接引线；最后把键合完成的芯片送出。
同时受限于社会生产率，整个芯片的键合时间不能很长，平均在2s以内。
结合引线键合机的工作方式，不难看出它对驱动的要求就是位置精度高，高频响应好。
这些正好全都是音圈电机的特点。
2.永磁励磁音圈电机的设计
2.1对磁感线的感性认识
永磁结构的音圈电机磁路是比较好设计的，只要利用高磁导率的材料，比如钢铁，设计合理的路线，引导磁感线从N极出发回到S极就好。
难点是如何减少漏磁，以及如何利用这有限的磁场来产生强大的推力。
磁感线总是从N极出发绕一个柔和的曲线回到S极，我们可以从通电螺线管的磁场图，条形磁铁的磁场图来感性地认识这一点。
而当磁体之外存在高磁导率物体时，磁感线从N极出发，在不影响回到S极的情况下，宁可多绕远路，也会尽可能地通过高磁导率的物体。
高磁导率的介质就好比一个磁感线收集器，把原本稀疏的磁感线聚集在介质内部。
这个特性可以被用来制造高强度的磁场。
然而，即使是磁导率很高的介质，也不可以无限制地吸引磁感线，改变磁感线的方向。
2.2“大板”磁路结构
2.2.1设计说明
既然以钢铁为代表的高磁导率介质对磁感线拥有强大的吸引力，那么就意味
着我们可以利用钢铁来约束磁感线，使磁感线按照我们的想法来走。
优良的音圈电机，它的出力波动一定是很小的。
如果波动过大，可能会造成不良的后果。
虽然说可以利用传感器来控制出力的波动，但是这只是治标的方法。
最根本的方法还是提高磁场的均匀性。
平行板电容器给了我很大的启发，因为它的物理模型就是相距很近的无限大均匀带电平面，缝隙里面激发的是匀强电场。
那么可不可以用类似的结构来产生匀强磁场呢？大板结构通过两侧的钢铁把底部的条形磁铁所产生的磁感线收集起来，然后传递到两个彼此平行的大板上，试图以此来激发匀强磁场。
2.2.2计算结果
用有限元分析软件对这个结构进行计算，结果显示这个结构的输出力只有10N。
这说明这个结构没有推广的价值。
仔细想来，原因在于面积比较大的极板将有限的磁通量分散了使得极板间磁通量密度过于弱小，导致线圈受力特别小。
[科]
【参考文献】
［1］胡良冈，龚永生.直线电机式高频震荡呼吸机的研制温州医学院学报，1994（02）.
［2］夏瑞阳，丁喆，陶明.圆柱形音圈电机结构的设计及优化.。