音圈电机工作原理&与直线电机的对比

音圈电机工作原理&与直线电机的对比

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_40515086/article/details/128316573

音圈电机是一种常见的直线电机类型，广泛应用于各种精密定位和驱动场景。本文将详细介绍音圈电机的工作原理、结构特点，并与直线电机进行对比分析，帮助读者深入了解这两种电机的异同。

什么是音圈？

音圈一词，来源于扬声器，实质上就是一个通电线圈。由下图(b)中已经清楚的说明了音圈的工作原理：通电导线在磁场中受安培力，安培力的大小由 F=BIL 计算，方向通过左手定则判断。注：安培力是洛伦兹力(带电粒子在磁场中受到的力的作用)的宏观表现。对于动圈式扬声器，通电线圈在磁场中跟随模拟信号前后振动，带动锥形振膜振动发声，如下图所示。

音圈电机(VCM, Voice Coil Motor)结构及原理

音圈电机工作原理

音圈电机原理和扬声器原理一模一样，只不过扬声器音圈带动的工作部件是锥形振膜，音圈电机需要带动的工作部件是其所要驱动的部件。如果音圈电机的磁体固定，线圈运动，就是动圈型；如果磁体运动，线圈固定，就是定圈型。

音圈电机结构

磁体运动式圆柱形音圈电机内部结构示意图：音圈固定，磁体和轴固连，轴两端有柔性导向结构。图中的导向结构前后都与运动件固连，确定运动轴线；单端定位为三点定位方式，保证定位精度(前后同时保证才能保证动子和定子的同轴度)；和运动件的连接方式并不约束沿轴线方向上旋转这个自由度。

定圈式的好处是，电线和线圈相连，不随动子运动，如果是动圈式，电线是要运动的。

音圈电机的特点

1. 定圈和动圈对比：线圈运动比磁体运动质量低得多，可以驱动更高负载。但是，线圈会产生热量，如果负载对温度波动敏感，那么使用磁体移动更好。
2. 无需换相，低至无迟滞。其控制方式相当于直流有刷电机(DC brush)。
3. 线性控制特性，高功率质量比，高功率体积比，无限位置（仅受编码器限制），高加速度等。

和直线电机对比

以下都是个人观点，不一定对，欢迎讨论、批评指正。

• 音圈电机就是一种直线电机，两者工作原理上没有区别。
• 音圈电机相当于只有一个磁极对的直线电机。
• 音圈电机的控制相当于直流有刷电机，电机接线2根(+1根屏蔽网)，不需要考虑换向。直线电机控制相当于直流无刷电机，电机接线3根(UVW+1根屏蔽网)+换向接线5根(Hall:5+、GND、A、B、C)。

直线电机和音圈电机，可明显看见直线电机的各组磁极对数

首先，现在市面上的直线电机几乎都是动圈式，也就是线圈运动、磁体固定。这种方式跟动圈式音圈电机的区别是，其磁极是NS排列的，相当于旋转电机展开，驱动需要考虑换向(相当于直流无刷电机 DC Brushless)。

直线电机为什么多采用动圈式的结构(个人理解)

1. 定圈式是磁体运动，为了保证磁场穿过线圈，基本都是磁体抵包裹线圈，因此磁体较大，如果是直线电机设计为定圈式，则动子会很大。
2. 直线电机通过多个定子串联来改变延长行程。如果设计为定圈式，则每个定子都有2条线缆，都需要连接不同的放大器(驱动器)，而且在动子移动到交界处的时候需要同时控制两个放大器同时输出一样的控制电流，这明显是不合理并且复杂的。这样的定圈式，接线、控制都是问题。
   如果通过定制的方式专门制作不一样长度的定子，则不能实现模块化，严重影响生产效率和成本。
3. 同时如果是定圈式，长行程会使线圈过大，引入的损耗和发热会更大，也是不合理的。

直线电机为什么不采用和音圈电机一样的单磁极对数(个人理解)

1. 大尺寸的永磁体不太好制造，也不太方便充磁。
2. ns交错排列的话，可以通过交流电的频率来测速，但一大块磁体的话，就没法测速了，除非装编码器。

本文原文来自CSDN