音圈电机

所谓音圈直线电机(Voice Coil Motor)因其结构类似于喇叭的音圈而得名。具有高频响、高精度的特点。SUPT主要把此类电机分为圆柱型音圈电机和摆动型音圈电机。音圈电机将实际的电流转化为直线推力或扭力，它们的大小是同实际通过的电流的大小成比例。该款电机主要应用在医疗、半导体、航空、汽车等领域，包括阀门制动器，小型精密替换测量仪、振动平台以及主动式减振系统等众多方面。

产品介绍

为了给音圈电机的选用提供理论基础，详细阐述了音圈电机的技术工作原理和结构形式，作为一种特殊结构形式的新型直驱电机，音圈电机具有高加速度、高速度、快速响应、平滑力特性等优良性能。在此基础上分别给出了直线音圈电机和旋转音圈电机的选型训练方法，并对音圈电机的应用场合进行了详细介绍。从而为音圈电机的具体应用提供了理论依据。

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。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，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但有关音圈电机详细技术原理的还不多见。

特点

SUPT摆动型音圈电机系列采用矩形系列产品的技术，将矩形系列产品予以弯曲，以形成一定的优先角度定位系统。其典型的扭矩达到100度，扭力达

。摆动型系列产品典型应用于激光技术中的镜面定位器，摆动型阀门制动器、摆动型定位系统以及飞行控制器等方面，涉及半导体行业、自动化、飞机工业领域。与U型直线电机和平板型直线电机相比它可以提供更好的高频响应特性，可做高速往复直线运动，特别适合用于短行程的闭环伺服控制系统。音圈直线电机的控制简单可靠，无需换向装置，寿命长。

SUPT音圈电机，是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。它利用来自永恒磁场或通电线圈导体产生的磁场中磁极的相互作用产生有规律的运动。因为音圈电机是一种非换流型动力装置，其定位精度完全取决于反馈及控制系统，与音圈电机本身无关。采用合适的定位反馈及感应装置其定位精度可以轻易达到

，加速度可达

（实际加速度取决于负载物具体工作状况）。

原理

SUPT音圈电机规格、样式很多，无论是直线型或是摆动型，他们基本原理相同。通电导体穿过磁场的时候，会产生一个垂直于磁场线的力，这个力的大小取决于通过场的导体的长度，磁场及电流的强度。音圈电机将实际的电流转化为直线推力或扭力，它们的大小是同实际通过的电流的大小成比例。音圈电机

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，电流五以及磁场和电流的方向(如图所示1)。

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(如图2所示)。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。

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。

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。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撑，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，形成固定音圈结构。该结构线圈的散热不再是大问题，线圈允许的最大电流较大，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。

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。可以将轴触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。

材料选用

传统结构形式

如图3：传统结构音圈电机的轴测图所示，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。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劝率比，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。音圈电机

音圈电机材料选用

选择音圈电机材料需要考虑系统性能、工作环境加工和成本等因素。线圈一般是用铜或铝线缠在非铁磁的绕线筒上，外部涂上一层聚合体薄膜来绝缘。铝线的传导率是铜线的一半，但重量是铜线的三分之一可根据具体散热和使用情况进行选择。

大部分永久磁体材料是硬磁铁，钱铁硼和钻化衫。用来容纳线圈的磁体气隙必须足够大，也就是磁体必须在较低的载重线上工作，另外磁材料应当具有高抗磁力和相当好的退磁曲线，以提高磁路的工作效率。

总结

基于安培力原理制造的音圈电机，是简单的、无方向转换的电磁装置。且可靠性高，能量转换效率越来越多地用在各种直线和旋转运动系统中。加上音圈电机的快速、平滑、无嵌齿、无滞后响应等特点，使音圈电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、直线力或转矩响应的伺服控制中。音圈电机