音圈電機的基本原理

磁學原理

音圈電機的工作原理是依據安培力原理，即通電導體放在磁場中，就會產生力F，力的大小取決于磁場強弱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，是二者的相互作用。如果磁場和導線長度為常量，則產生的力與輸入電流成比例。在最簡單的音圈電機結構形式中，直線音圈電機就是位于徑向電磁場內的一個管狀線圈繞組（如下圖所示）。鐵磁圓筒內部是由永久磁鐵產生的磁場，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。當給線圈通電時，根據安培力原理，它受到磁場作用，在線圈和磁體之間產生沿軸線方向的力。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展開，兩端彎曲成圓弧，就成為旋轉音圈電機。旋轉音圈電機力的產生方式與直線音圈電機類似。只是旋轉音圈電機力是沿著弧形圓周方向產生的。

電子學原理

音圈電機是單相兩極裝置。給線圈施加電壓則在線圈里產生電流，進而在線圈上產生與電流成比例的力，使線圈在氣隙內沿軸向運動。通過線圈的電流方向決定其運動方向。當線圈在磁場內運動時，會在線圈內產生與線圈運動速度、磁場強度、和導線長度成比例的電壓（即感應電動勢）。驅動音圈電機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動速度下產生的感應電動勢，以及通過線圈的漏感壓降。

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。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。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最大電流較小。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，線圈允許的最大電流較大，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。

直線音圈電機可實現直接驅動，且從旋轉轉為直線運動無后沖、也沒有能量損失。優選的引導方式是與硬化鋼軸相結合的直線軸承或軸襯。可以將軸觸襯集成為一個整體部分。重要的是要保持引導系統的低摩擦，以不降低電機的平滑響應特性。

典型旋轉音圈電機是用軸球軸承作為引導系統，這與傳統電機是相同的。旋轉音圈電機提供的運動非常光滑，成為需要快速響應、有限角激勵應用中的首選裝置。比如萬向節裝配中.

音圈電機應用哪些地方

音圈電機結構簡單、結構簡單，高精密，高效率，高響應，免維護，無齒槽效應， 不需要換向， 昆山同茂自主研發生產的音圈直線電機重復定位精度最大可以達到0.1μm， 特別適合短行程、快響應、高精度的閉環伺服控制。

音圈電機應用于以下方面：

1、光學系統領域

音圈電機和直線電機廣泛應用于光學、微電子及測量領域的光學掃描、定位、瞄準、跟蹤和穩定， 對透鏡或反射鏡進行精密的運動控制。比如攝像機、數碼相機及顯微鏡的自動調焦， 激光切割設備 Z 軸的動態聚焦，光盤驅動器的聚焦和尋軌， 以及天文望遠鏡中快速反射鏡的偏擺控制等。

2、半導體設備領域

半導體制造與封裝過程中，大多數場合都需要高速高精度的運動控制。音圈電機的優良特性正好可以滿足這些需求。在點膠機、引線鍵合機、PCB 鉆孔機、光刻機、晶圓的取放以及元件檢測等設備中均有使用。

3、振動控制領域

一種是作為振動源， 即激振設備來使用。電動式激振器是實施振動和沖擊試驗， 進行機械結構動力特性測試、疲勞試驗的常用設備， 一般小型激振器多采用永磁式， 而較大型的激振器 （即振動臺）多采用勵磁式。另一種是用作減振器， 即消除振動的不利影響。電動式吸振器的可以通過主動施加合適的阻尼力來吸收振動系統的振動能量， 以抵消或減輕激振力， 從而減小或隔離振動的傳遞。

4、直線壓縮機和控制閥領域

直線式壓縮機在采用直線電機直接驅動活塞構成后，可以消除傳統往復式壓縮機由于活塞與缸體之間側向力所引起的磨損、振動及噪聲， 廣泛應用在冰箱、斯特林制冷器等設備中。音圈/直線電機還可以用于工業和醫療設備的精密控制閥， 如汽車發動機氣門， 電液伺服閥、輔助呼吸壓力控制閥和血液循環輔助泵等。

5、機械加工領域

普通車床一般只能加工圓截面的回轉體零件， 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直接驅動刀具作徑向的高頻往復運動， 則可實現非圓截面形狀零件的加工。目前，同茂直線電機自主研發生產的直線電機和音圈電機在凸輪、中凸變橢圓活塞以及波瓣形軸承外環滾道的加工中均有應用， 在激光切割機和電磁式沖壓機也有應用。

6、其它領域

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

綜上可見，直線電機、音圈電機應用領域極其廣泛。昆山同茂電機在直線在音圈電機和直線電機領域有著多年的研發經驗，已經形成了規格和型號齊全的系列產品，在直線平臺方面也取得了很好的研發和應用成果，請多多關注我們的音圈電機。
責任編輯：YYX