音圈電機(jī)的技術(shù)原理

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1、2006年第27卷第3期中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.27No.32006(總第107期)JOURNALOFNORTHUNIVERSITYOFCHINA(NATURALSCIENCEEDITION)(SumNo.107)文章編號:1673-3193(2006)03-0224-05音圈電機(jī)的技術(shù)原理12張大衛(wèi),馮曉梅(1.天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津300072;2.軍事交通學(xué)院,天津300161)摘要:為了給音圈電機(jī)的選用提供理論基礎(chǔ),詳細(xì)闡述了音圈電機(jī)的技術(shù)工作原理和結(jié)構(gòu)形式,作為一種特殊結(jié)構(gòu)形式的新型直驅(qū)電機(jī),音圈電

2、機(jī)具有高加速度、高速度、快速響應(yīng)、平滑力特性等優(yōu)良性能.在此基礎(chǔ)上分別給出了直線音圈電機(jī)和旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)的選型計(jì)算方法,并對音圈電機(jī)的應(yīng)用場合進(jìn)行了詳細(xì)介紹.從而為音圈電機(jī)的具體應(yīng)用提供了理論依據(jù).關(guān)鍵詞:音圈電機(jī);安培力;原理;應(yīng)用中圖分類號:TP202文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ATheTechnicalPrincipleofVoice-CoilActuator12ZHANGDa-wei,FENGXiao-mei(1.SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin30007

3、2,China;2.TheAcademyofMilitaryTransportation,Tianjin300161,China)Abstract:Thispaperaimsatofferingatheoreticalbasisforchoosingvoice-coilactuator.Asanewtypeofdirect-drivemotorwithspecialstructure,voice-coilactuatorischaracterizedbybeingofhighacceleration,highspeed,s

4、moothforce,fastactuationandsoon.Afteradetaileddescriptionoftheworkingprincipleandstructuralcharactersofvoice-coilactuator,thispaperhaspresentedthemethodforchoosinglinearvoice-coilactuatorandspiralvoice-coilactuator;ithasalsointroducedtheapplicationsofvoice-coilact

5、uator.Keywords:voice-coilactuator;Ampereforce;principle;application音圈電機(jī)(VoiceCoilActuator)是一種特殊形式的直接驅(qū)動電機(jī).具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、高速、高加速、響應(yīng)快等特性.其工作原理是,通電線圈(導(dǎo)體)放在磁場內(nèi)就會產(chǎn)生力,力的大小與施加在線圈上的電流成比例.基于此原理制造的音圈電機(jī)運(yùn)動形式可以為直線或者圓弧.近年來,隨著對高速、高精度定位系統(tǒng)性能要求的提高和音圈電機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,音圈電機(jī)不僅[1]被廣泛用在磁盤、激光唱片定位等精密定

6、位系統(tǒng)中,在許多不同形式的高加速、高頻激勵(lì)上也得到廣泛應(yīng)用.如,光學(xué)系統(tǒng)中透鏡的定位;機(jī)械工具的多坐標(biāo)定位平臺;醫(yī)學(xué)裝置中精密電子管、真空管控[2]制;在柔性機(jī)器人中,為使末端執(zhí)行器快速、精確定位,還可以用音圈電機(jī)來有效地抑制振動.但有關(guān)音圈電機(jī)詳細(xì)技術(shù)原理的文獻(xiàn)還不多見,為此,本文將系統(tǒng)討論音圈電機(jī)的基本原理,并闡述其選型方法和應(yīng)用場合.1音圈電機(jī)的基本原理1.1磁學(xué)原理音圈電機(jī)的工作原理是依據(jù)安培力原理,即通電導(dǎo)體放在磁場中,就會產(chǎn)生力F,力的大小取決于X收稿日期:2005-09-10基金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(

7、863計(jì)劃)基金資助項(xiàng)目(2003AA404-04)作者簡介:張大衛(wèi)(1962-),男,教授,博士.主要從事機(jī)械動力學(xué),高速流體離心霧化理論與涂裝技術(shù),高速精密定位技術(shù)的研究.X(總第107期)音圈電機(jī)的技術(shù)原理(張大衛(wèi)等)225磁場強(qiáng)弱B,電流I,以及磁場和電流的方向(見圖1).如果共有長度為L的N根導(dǎo)線放在磁場中,則作用在導(dǎo)線上的力可表示為F=kBLIN,(1)式中k為常數(shù).由圖1可知,力的方向是電流方向和磁場向量的函數(shù),是二者的相互作用.如果磁場和導(dǎo)線長度為常量,則產(chǎn)生的力與輸入電流成比例.在最簡單的音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)形式

8、中,直線音圈電機(jī)就是位于徑向電磁場內(nèi)的一個(gè)管狀線圈繞組(見圖2).鐵磁圓筒內(nèi)部是由永圖1安培力原理圖Fig.1Amp.forceprinciple久磁鐵產(chǎn)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(nèi)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(dāng)給線圈通電時(shí),根