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1、2006年第27卷第3期中北大学学报(自然科学版)Vol.27No.32006(总第107期)JOURNALOFNORTHUNIVERSITYOFCHINA(NATURALSCIENCEEDITION)(SumNo.107)文章编号:1673-3193(2006)03-0224-05音圈电机的技术原理12张大卫,冯晓梅(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.军事交通学院,天津300161)摘要: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、
2、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计算方法,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.关键词:音圈电机;安培力;原理;应用中图分类号:TP202文献标识码:ATheTechnicalPrincipleofVoice-CoilActuator12ZHANGDa-wei,FENGXiao-mei(1.SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.TheAcademyofMi
3、litaryTransportation,Tianjin300161,China)Abstract:Thispaperaimsatofferingatheoreticalbasisforchoosingvoice-coilactuator.Asanewtypeofdirect-drivemotorwithspecialstructure,voice-coilactuatorischaracterizedbybeingofhighacceleration,highspeed,smoothforce,fastactuationandsoon.Afte
4、radetaileddescriptionoftheworkingprincipleandstructuralcharactersofvoice-coilactuator,thispaperhaspresentedthemethodforchoosinglinearvoice-coilactuatorandspiralvoice-coilactuator;ithasalsointroducedtheapplicationsofvoice-coilactuator.Keywords:voice-coilactuator;Ampereforce;pr
5、inciple;application音圈电机(VoiceCoilActuator)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[1]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
6、中精密电子管、真空管控[2]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X收稿日期:2005-09-10基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)基金资助项目(2003AA404-04)作者简介:张大卫(1962-),男,教授,博士.主要从事机械动力学,高速流体离心雾化理论与涂
7、装技术,高速精密定位技术的研究.X(总第107期)音圈电机的技术原理(张大卫等)225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=kBLIN,(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图1安培力原理图Fig.1Amp.forceprinciple久磁铁产生的磁场,这样
8、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
