音圈电机驱动系统设计与分析
音圈电机的基本结构与工作原理001
音圈电机的电磁场计算与分析音圈电机是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机。
以音圈电机为动力的直线定位系统具有整体结构简单、驱动速度快、定位精度高等优点，已广泛应用于计算机磁盘驱动器、激光微调机、六自由度机器人手臂等高新技术设备中。
评价音圈电机的指标包括出力大小和“力一位移”曲线的平滑度。
在音固电机设计中，需要合理确定各个尺寸和电磁参数，以得到理想的出力和“力一位移”曲线。
尽管音圈电机的结构比较简单，但是设计方法有其特殊性，目前关于该电机设计计算的参考文献仍较少，仅有国外的产品介绍可供参考。
音圈电机的出力和“力一位移”曲线的计算应以电磁场计算为基础。
音圈电机的结构主要由定子和动子组成。
其中定子包括外磁轭、环形磁钢、隔磁环和内磁轭，动子由音圈绕组和绕组支架组成。
音圈电机的工作原理与电动式扬声器类似，即在磁场中放入一环形绕组，绕组通电后产生电磁力，带动负载作直线运动；改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。
音圈电机的设计应遵循以下几个基本原则：(1)在电机体积给定的情况下，应尽可能增加气隙磁密与线圈总长度的乘积，以提高单位电流产生的磁推力。
(2)减小漏磁，降低磁路的饱和程度，从而减小电机的体积。
(3)合理设计电机定子和动子的轴向长度，以得到平滑的“力-位移”曲线。
电磁场计算音圈电机的设计与分析应以电磁场计算为基础。
由于音圈电机内的磁场是一个轴对称场，所以可采用二维有限元法进行计算。
影响音圈电机性能的结构参数主要包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离和定动子长度。
磁钢厚度越大，则气隙磁场越强，电机的出力也越大，但在电机外径一定的条件下，音圈的直径要减小。
因此须适当选择磁钢厚度，才能使电机出力最大。
音圈厚度不但影响电机绕组的安匝数，同时影响气隙磁密，两者相互矛盾。
直线音圈电机结构设计与数学建模分析
直线音圈电机结构设计与数学建模分析音圈直线电机是一种将电能直接转化为直线运动而不需要任何中间转换机构的特种电机，由于具有体积小、质量轻、高响应等一系列优点，因而在一些精密领域及快速响应场合得到了广泛的应用。
文章重点介绍了一种自主设计的音圈电机的结构，并且在分析动态特征的基础上通过数学推导建立了比较精确的数学模型。
标签：音圈直线电机；结构；工作原理；数学模型引言音圈电机（V oice Coil Motor）是一种特殊形式的直接驱动电机，因其工作原理与扬声器类似而得名。
其工作原理就是安培力原理，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。
音圈电机将电能直接转换成机械能，省去了中间转换机构，在一些精密定位系统、高加速领域中得到了广泛的应用，如磁盘定位、光学透镜定位等[1，2]。
根据运动部件的不同，音圈电机可以分为动铁式与动圈式；根据运动方式的不同，音圈电机可分为直线型与旋转型；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型与短音圈型；根据磁通源的不同，音圈电机可分为永磁式与电磁式[3，4]。
文章所研究的音圈电机为动圈型永磁式直线音圈电机，将电能直接转换为直线运动的机械能。
1 直线音圈电机的结构文章所设计的音圈电动机为直线电机的一种，动线圈型永磁式直线直流电动机，这种直流直线电机由以下几部分组成，主要包括外壳、环形磁铁、铁芯、底座、电枢骨架和电枢线圈。
图1所示就是音圈电机的结构示意图。
图1 音圈电机结构示意图本设计在结构上非常简单。
动子部分包括电枢骨架及缠绕在上面的金属线圈，定子部分主要由四部分组成，外壳是圆柱形的，使用的是钢性材料；铁芯中间部分采用空心结构，这样可以使电机的重量大大减轻；磁场是由永磁铁产生的，永磁铁紧贴着外壳内壁，与铁芯之间构成气隙；铁芯是与外壳的底部连接在一起的，在外壳和铁芯的气隙之间形成固定的磁场，线圈通直流电后，线圈上就会产生电磁力，推动线圈沿轴线方向直线移动。
音圈直线电动机设计、控制及应用综述
关键词 ：直线电动机 ；优化设计；伺服控制；应用
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｎｔｏｌＡｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉｅ Ｃｏ ｌＬｉ ａ ｏ ｏ ｓ ｓｇ ｎｄ Ｃｏ ｒ ｐｌｃ ｔｏ ｆＶｏ ｃ ｉ ｎｅ ｒ Ｍ ｔ ｒ ＣＨＡＮＧ ｅ ｆ ｎ Ｘｕ —ｅ ｇ， ＣＨＥＮ ｕ— ｎ Ｙｏ ｐｉｇ， ＡＩＷ ｕ， Ｚ ＨＯＵ － ｅ Ｚｕ ｄ
丝杠 驱 动方 式 的 一 些 不 足 ，具 有 结 构 简 单 、动 态 响应 快 、调 速 范 围 宽 、定 位 精 度 高 等 优 点 。随 着 设计 水平 与控 制 技 术 的不 断 发 展 ，音 圈 直 线 电机 的应 用范 围不 断 扩 展 ， 目前 在 各 类 短 行 程 的 闭 环
Ｋｅ ｏ ｄ ： Ｌ ｎ ａ ｔｒ Ｏｐ ｉ ｌｄ ｓ ； Ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌ Ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｙＷ ｒ ｓ ｉ ｅ ｒｍｏｏ ； ｔ ｍａ ｅ ｉ ｎ ｇ ｅｖ ｏ ｔ ； ｐ ｌ ｔ ｏ，顾 名 思 义 ，其 原 本 的 主要 用 途 为 推 动音 响 喇 叭 ，根 据 运 动 形 式 的 不 同 ，可 分 为 旋 转 式 与直 线 式 。音 圈 旋 转 电机 可 视 为 一 种 单 相 直 流 电机 ，只 是 其 旋 转 角 度 受 到 限 制 ，一 般 小 于
Ａｂｓｒ ｔ：Ｖｏ ｃ ｏ ｌｌｎ ａ ｔｒ ｒ ｉｅ ｔｄ ｖ ｔａｃ ｉｅ ｃ ｉ ｉ ｅ ｒｍｏｏ ｓｗｅ ｅ ｄ ｒ ｃ ｒ ｅ， ｌｎ ａ ｏ ｔｏ ， ｎ ｎ－ ｏ ｉ ｉｅ ｃ ｎｒｌ ｒ ｏ ｃ ｍｍｕ ａｅ ｉ ｔ ｄ ｍｏｉ ｎ ｅ ｔ ｔｄ ｌ ｅ ｔ － ｍｉ ｏ ｌｃｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｄ ｖ ｃ ｓ Ｔｈ ｉ ｌｈ ａ ｃ ｌｒ ｔｏ ｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｅ ｉｅ ． ｅ ｒｈｉ ｃ ｅ ｅ ａｉｎ，ｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｇ ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉｎ， ｆｓ ｅ ｐ ｎ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｓｍａ ｅ ｖ ｉｅ ａ ｔｒ ｓ ｏ ｓ ｈａ ａ ｔｒ ｔｃ ｄ ｏ ｃ ｉ ｃ ｉ ｌｎ ａ ｔｒ ｄ ａ ｏ ｈ ｒ—ｔｏ ｅ ｃ ｏ ｅ ｏ ｐ ｓ ｒ ｏ ａ ｐ ｉ ａｉｎｓ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕｒ ｏ ｌ ｉ ｅ ｒｍｏｏ ｓｉ ｅ ｌｆ ｒｓ ｏ ｔｓｒ ｋ ｌ ｓ ｄ ｌ ｏ ｅ ｖ ｐ ｌｃ ｔｏ ． ｉ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｔｕ ｔ ｅ
音圈电机研究及应用综述
２１ ０ １年
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ＭＩ ＣＲＯ Ｍ ＯＴＯ ＲＳ
Ｖ０． ４． Ｎｏ ８ １４ ． Ａｕｇ ２ １ ． ０１
音 圈 电机 研 究 及 应 用 综 述
兴 连 国 ，周 惠 兴 ，侯 书林 ，曹 荣敏
（ 国农 业 大 学 ，北 京 中 １０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ：音圈电机是 特种 直线 电机 ，是一种将电能直 接转化为直线或者 圆弧运动机械 能而不需要任何 中间转换机构
的传动装置 ，其工作原理与扬声器的音圈类 似。音 圈电机具有体积 小 、重量轻 、高加速度 、高 速度 、快 速响应 、推 力均匀等优 良性 能。介绍 了音固 电机的设计与选用 的理论基础 ，并 阐述 了音 圈电机的技术工作原理 、结 构形式 、设 计方案 、控 制方法和热平衡分析。给出了音圈电机 的设计计算方法 ，并对 音圈电机 的应用场合进行 了详细介绍 。
关 键 词 ：音 圈 电机 ；控 制 方 法 ；设 计 方 法 ；热 平 衡 分 析 ；应 用 中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ． Ｍ３９ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ．８ ８ ２ １ ） ８０ ８ —６ ０ １６４ （０ １ ０ ．０２０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｖｏ ｃ ｉ Ｍ ｏ ｏ ｓａ ｃ ｎ ｌｃ ｔｏ ｏ ｉ ｅ Ｃｏ ｌ ｔｒ
机 ，因为原 理 与扬 声器 类似 而得 名 。其工 作 原理 为 ：
音 圈电机 是一 种 特 殊 形 式 的 直 接驱 动 电机 ，其
通 电线圈 （ 体 ） 导 在磁 场 中会 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
基于音圈电机驱动的精密定位系统
基 于 音 圈 电机 驱 动 的 精 密 定 位 系统
口 张武 军 口 杨爱 梅
蚌埠
口
王贵林
长沙 ４ ０ ７ １０ ３
１汽 车 管 理 学 院 运输 指挥 系 ．
２ ３ １ ３０ １
２ 国防 科 技 大 学 机 电工 程 与 自动 化 学 院 ．
改 善 了 定 位 平 台 的 运 动 精 度 心］平 台 支 承 面 的 上 下 、 。 左
右 均 处 于 空 气 静 压 作 用 下 ， 本 上 没 有 摩 擦 力 ， 此 支 基 因 承 面 不 发 热 ， 有 温 升 ， 不 会 因温 升 而 造 成 工 作 间 隙 没 也
１ 定 位 控 制 平 台
８ 冯 国楠． 现代伺 服系统 的分析与设计 ［ ． Ｍ］北京 ： 机械工业出
版社 ，９ ０ １９ ．
９ ｏｓｎｉＧ ｌ ｅ 使 用手册 ［ ］２ ０ ． ＥＡＢ ｓａｙ． ＨＢａ ｄ ｄ Ｚ ，０ ５
１ ｏｓｎｉＧ ｌ ｅ 理 手 册 【 】２ ０ ． ０ ＥＡＢ ｓａｙ． ＨＢａ ｄ原 ｄ Ｚ ，０ ５
ｏ ｄｖ ｕｌ ｌ ｅ ｉ ｈ ｅｎｒｌ ｄ ｎ ｔｒｉｅ Ｃ ． ｈ ｔ ｆ ｎ ｉ ｄ ａ Ｂａ ｔ —ｏ ｔ ｅ ｄｕｂｎ 【 ］ Ｔ ｅ ｈ Ｉ ｉ ｄ Ｐｃ ｏ Ｗｉ ６
Ｗ ｏ ｌ ｎ ｒ ｓ ｎ Ｉ ｔｌｉｅ ｎｒ ｌａ ｄ Ａｕｏ ｔｏ ２ ６： ｒｄ Ｃｏ ｇ ｅ ｓｏ ｎｅ ｌｇ ｎｔＣｏ ｔｏ ｎ ｔｍａ ｉｎ， ００ ６４ ８９ —６ ４９２ ．
２ Ｌ ｕＨｏ ｇ ｉ Ｌ ｎ Ｙｏ ｇ ａ ｇ Ｌ ｅ． ｔｄ ｎ Ｃ ｎｒ ｌ ｔ ｔｇ ｉ ｎ ｗｅ ， ｉ ｎ ｇ ｎ ， ｊ ｉ Ｓ ｕ ｙｏ ｏ ｔ ｒ ｅ ｙ Ｗ ｏＳａ
音圈电机原理及应用
音圈电机的原理及应用音圈电机(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。
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、真空管控制等。
本文将系统讨论音圈电机的工作原理、结构及其应用场合。
1. 音圈电机的工作原理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kNBIL F (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，输出转矩见图3。
1.2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)。
高效能双线圈音圈电机的设计与分析
上海工程技术大学学报JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCE Vol.34No.3 Sept.2020第34卷第3期2020年9月文章编号：1009-444X(2020)03-0209-06高效能双线圈音圈电机的设计与分析吴迪，朱姿娜(上海工程技术大学机械与汽车工程学院％上海201620)摘要：针对圆筒型音圈电机轴向充磁永磁体利用率低的缺点，提出应用双层H<t<ch永磁阵列和双线圈的方式对音圈电机结构进行改进.通过有限元法分析音圈电机中永磁体充磁角度、气隙宽度及永磁体厚度等结构参数对永磁体气隙磁通密度的影响.根据仿真结果对音圈电机的磁路结构和线圈结构进行改进，改进后的音圈电机在保证推力的同时可使磁体利用率提高53%，证明提出结构具有高效性.关键词：音圈电机；H<t<ch永磁阵列；充磁角度；磁体利用率中图分类号：TM359文献标志码：ADesign and Analysis of High-Efficiency Double-Coil Voice Coil MotorWU Dt%ZHUZtna(School of Mechanical and Automotive Engineering,Shanghai Universty of Engineering Science,Shanghai201620,China)Abstract:Aiming at the shortcomings of low utilization rate of the axial magnetized permanent magnets for the cylindrical voice coil motor,a double-layer Halbach permanent magnet array and a double-coil me7hodwereproposed7oimprove7hes7ruc7ureof7hemo7or.Theinfluenceofs7ruc7uralparame7erssuch as magnetizing angle,air gap width and permanent magnet thickness on the air gap magnetic flux density of the permanent magnet in the voice coil motor were analyzed by finite element method.According to thesimulationresults,the magneticcircuitstructureandcoilstructureofthevoicecoil motor wereimproved.Theimprovedvoicecoilmotorcanincreasethemagnetutilizationrateby53%whileensuring thethrust,whichshowsthattheproposedstructurehashighe f iciency.Key words:voice coil motor；Halbach permanent magnet array；magnetization angle；magnet utilization rate近年来，随着精密制造技术的发展，音圈电机因体积小、结构简单、高频响应、高精度以及换向方便等优点而广泛应用于半导体制造设备、光学电子显微镜、振动平台和主动减振系统等高精密运动系统中音圈电机是一种特殊的直线电机，对其进行结构设计时应尽量满足以下两点[4]:1）以最少的永磁体及导磁材料，设计具有高磁通密度的均匀气隙磁场，提高工作效率，产生尽可能大的推力;2）在收稿日期：2020-05-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（51705305）上海工程技术大学研究生科研创新资助项目（19KY0121）作者简介：吴迪（1995-），男，在读硕士，研究方向为电磁驱动器设计与控制.E-mail:S j21537@通信作者：朱姿娜"987-）,女，副教授，博士，研究方向为磁力耦合驱动、机构优化设计、机器人.E-mail:zhuzina@・210・上海工程技术大学学报第34卷满足推力要求的前提下，尽量减小音圈电机的体积和运动部分的质量，使其具有更高的加速度和快速响应能力.在不同的音圈电机设计中，为提高电机的有效输出力及动态性能，采用的技术方法主要包括选择不同磁体安装方式、磁路结构设计以及对线圈结构进行改进等'(刘华等囚研究了双磁体差动音圈电机的工作特性，主要对电机气隙磁场强度和线圈长度对结构参数的影响进行分析，归纳总结出双磁体差动音圈电机的一般设计步骤.寇宝泉等「刀对Halbach结构进行研究，得出在电机磁路设计中Halbach型永磁排列可以提供较大的气隙磁通密度正弦度•罗辞勇等⑻提出线圈前移式音圈电机结构，通过仿真分析和试验验证了这种方法可以有效解决直线型音圈电机平均出力小和出力密度不高的问题•以上研究可以看出，目前在对音圈电机结构的设计中，主要是分别对磁路结构和线圈结构进行局部的改进优化，而同时对磁路结构和线圈结构进行改进的研究不多•本文以圆筒型音圈电机为研究对象，研究设计一种应用双层Hlach特殊阵列结构磁体的直线型音圈电机，同时对音圈数量进行调整，通过采用双层线圈的形式提升音圈电机磁体的利用率，并使用有限元软件Ansoft分析结构参数对电机推力的影响•!音圈电机数学模型音圈电机是一种特殊形式的直线电机,其结构组成如图1所示，主要由永磁体、磁轭、线圈和线圈支架4个部分组成.其中，线圈绕组嵌放在线圈支架上作为电机初级，永磁体和磁轭作为电机次级•轴向充磁的圆柱永磁体在其与磁轭的气隙空间产生磁场，并作用于载流线圈，产生轴向电磁力.图1音圈电机结构Fig.1Structure of voice coil motor音圈电机的工作原理是根据安培力原理，即通电线圈在磁场中受到安培力的作用，该安培力即为电机的推力，随线圈中电流方向和大小的变化，线圈做往返直线运动•安培力可以表示为!二"/(1)式中：！为安培力，N；*为电流，A；#为磁场强度，T$为导体长度，m；I为整个导体长度的变化量•音圈电机工作时须克服动子的静摩擦力才能做直线运动•在实际应用中，电机做加减速直线运动须克服动子部分惯性力+，公式为F m二ma，(2)dt式中:m为动子部分总质量Pg；a为动子运动加速度, m/s2$为动子运动速度,m/s；t为动子运动时间,s.电机动子运动时存在动摩擦力E,与电机运动方向相反，设动摩擦系数为4电机电磁推力为E,电机的力平衡方程为F c，kv(3)F二F m.F c，m.k-(4)dt根据式(1)和式(4)可知，在对音圈电机进行设计时,可以通过改变气隙磁场强度、线圈电流大小以及线圈在磁场中的长度来提升电磁推力.同时音圈电机动子部分质量、运动速度和时间也影响电机推力.2音圈电机结构设计2.1Halbach永磁阵列磁路结构普通音圈电机的磁路结构大都采用单磁体轴向充磁，如图2(a)所示•这种充磁方式的优点是结构简单、加工容易，但永磁体充磁方向单一,仅磁极附近磁通密度强，永磁体利用率不高•Halbach永磁阵列磁路结构是一种特殊的磁路排布结构,目标是用最少量的永磁体产生最强的磁场，充磁角度偏转的Halbach永磁阵列结构示意图如图2(b)所示•相比音圈电机中的轴向充磁，此结构具有多磁极、磁通密度强的优点•普通轴向充磁与充磁角度偏转的Halbach永磁阵列磁感线分布对比如图3所示.从图3(a)可以看出，单磁体轴向充磁的方式仅磁极两侧磁感线分布密集，磁极中间部分磁感线分布稀疏•从图3(b)可以看出，Halbach永磁阵列具有特殊的单边聚磁效应，磁体下部分磁感线分布明显高于磁体上部分，并且整个磁体下部分磁感线分布都很密集，这样的排布方式有利于提升永磁体的利用率•第3期吴 迪，等：高效能双线圈音圈电机的设计与分析・211・图2 单磁体与单层Halbach 永磁阵列充磁对比Fig. 2 Comparison of magnetization between single magnetand single layer Halbach permanent magnet array0.002 20.001 5-0.005 1^/(Wb-m _1)0.004 80.002 90.004 20.003 50.000 90.000 2-0.000 5-0.001 1-0.001 8-0.002 4-0.003 1-0.003 8-0.004 4A / (Wb-m _1)10.004 90.004 20.003 40.002 70.002 0!0.001 30.000 50.000 2-0.000 9-0.001 7-0.002 4-0.003 1-0.003 8-0.004 6-0.005 3-0.006 0(b)单层Halbach 永磁阵列充磁图3 单磁体与单层Halbach 永磁阵列磁感线分布对比Fig. 3 Comparison of magnetic induction linedistribution between single magnet and single layer Halbach permanent magnet array 本文考虑将2个Halbach 永磁阵列中磁通密度较强的一侧叠加形成高磁通密度磁场，并对Halbach 永磁阵列充磁角度进行研究，对典型的充磁角度为45°和90°的Hlach 永磁阵列进行对比 分析.具体的研究方法为设定磁体总长度和厚度相 等，对比分析充磁角度分别为45°和90°时的气隙磁通密度％种充磁角度结构示意图如图4所示. 仿真得到的气隙磁通密度曲线对比如图5所示.从 图5可以看出，充磁角度为45°和90°的Hlach永磁阵列磁通密度分布趋势大致相同，但充磁角度 为45°的磁体结构磁通密度曲线峰值明显高于充磁角度为90°的磁体结构，并且在峰值附近气隙磁通密度波动平缓，因此产生的安培力相对稳定，有 利于音圈电机出力的平稳性•充磁角度为45°的双层Halbach 永磁阵列的磁感线分布如图6所示.从图6磁感线分布可以看出，与图3(b)中单层Hlach 永磁阵列磁感线的分布不同，图6中磁感线分布集中 且磁通密度强•因此将充磁角度为45°的双层Halbach 永磁阵列作为进一步研究的对象.permanent magnet array with different magnetization angles图5充磁角度为45°和90°的双层Halbach 永磁阵列气隙磁通密度曲线对比Fig. 5 Comparison of air gap magnetic flux density curvesof double-layer Halbach permanent magnet array withmagnetization angles of 45° and90°・212・上海工程技术大学学报第34卷/(Wb-m_1)Y.0.0090I0.0076■0.00630.00490.00350.00210.0007-0.0007-0.0020-0.0034-0.0048.-0.0062.-0.0076.-0.0090■-0.0103mm 050100图6充磁角度为45°时双层Halbach永磁阵列磁感线分布图Fig.6Magnetic induction lines distribution ofdouble-layer Halbach permanent magnet arraywith magnetization angle of45°为进一步研究结构参数对电机性能的影响，采用有限元仿真对电机主要结构参数进行研究，主要研究气隙宽度和磁体厚度对磁通密度的影响•首先分析气隙宽度对磁通密度的影响，分别仿真气隙宽度为2、4、6和8mm时气隙磁通密度沿电机轴向的分布，如图7所示.从图中可以看出，随着气隙宽度的增大，磁通密度逐渐减小，且4种不同尺寸气隙磁通密度沿轴向分布趋势相同•气隙宽度为2mm时磁通密度最强，但是由于气隙宽度过小不利于线圈的装配和散热，因此选定气隙宽度为4mm作为进一步研究的对象.气隙宽度确定4mm 后对磁体厚度进行研究，分别研究磁体厚度为5、7、％和11mm时磁通密度的分布•仿真得到不同磁体厚度时磁通密度沿电机轴向的分布情况，如图8所示.通过图8可知，随着磁体厚度的增大，气隙磁通密度也增大，但随着磁体厚度的增大气隙磁通密度增量相对有所减缓，因此，为节约成本并提升永磁体的利用率，选择磁体厚度为5mm.2.2线圈结构音圈电机中永磁材料的费用在制造成本中比重很大，考虑音圈电机的制造成本，选择合适的线圈设计结构以减少永磁材料的体积十分必要•目前音圈电机大都采用单音圈结构，具有结构简单且响应速度快的优点，但是单音圈结构电流负载受限,制约音圈电机推力的提升•针对该问题，结合式（1）一0—气隙宽度为2mm…。
音圈电机直流驱动电路设计
音圈电机直流驱动电路设计作者：邵琳达赵英伟来源：《科技创新与应用》2016年第24期摘要：根据音圈电机的特点，文章设计了一种音圈电机直流驱动电路。
该电路基于反相放大的原理，实现了对驱动信号的双倍放大，增加了放大倍数。
同时，设计了电压保护电路以消除电机反电动势对电路本身的影响，防止损坏电路。
为避免驱动电压过大对电机造成损坏，设计了电流监控模块。
当驱动电流过大时，即让电机停止工作，以起到保护电机的效果。
实验结果表明，该电路可有效实现对电机的驱动，并已经成功用于音圈电机的控制系统中。
关键词：音圈电机；直流驱动电路；电压保护；电流监控作为一种直线运动电机，音圈电机具有推力大、行程远、体积小、运动连续的特点[1][2]，采用合适的闭环控制方式和高精度的位移传感器可以使运动精度达到微米量级[3]。
现广泛应用于二维精密定位[4]，系统隔振[5]以及光学振动台[6]的设计中。
音圈电机种类繁多，主要包括直线型与曲线型两种方式[1]。
由于与其他形式的电机区别较大[7][8][9]，通用的电机驱动器无法满足音圈电机的应用需求。
另外，音圈电机是一种功率型器件，需要驱动系统为其提供强大的功率，所以需要针对音圈电机的特点为其设计专用的驱动模块。
音圈电机的驱动方式主要包括：直流驱动以及PWM方式驱动。
PWM驱动方式目前是一种比较常见的电机驱动方式。
但是，这种方式通常需要专用的芯片，价格较高[10][11]。
另外，这种工作方式下的输入输出信号不满足线性关系，会增加控制器的设计难度。
而直流驱动的方式则简单直观，价格便宜，且输入输出信号满足线性关系，可以简化控制器的设计。
文章针对音圈电机的特点设计了一种直流驱动电路，并对电路的原理进行了详细介绍。
同时，设计了相应的电流监控模块以及保护电路，保障了电机及电路的正常工作。
1 音圈电机直流驱动电路原理简介音圈电机直流驱动电路的原理框图如图1所示。
中的控制信号X（t），设计范围为-5V～+5V。
音圈电机工作原理
音圈电机工作原理
音圈电机是一种常见的电动机，它的工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相
互作用。
它由磁场和电流共同作用产生力，从而驱动电机转动。
下面我们将详细介绍音圈电机的工作原理。
首先，我们来看一下音圈电机的结构。
音圈电机由磁场系统、音圈和机械传动
系统组成。
磁场系统通常由永磁体或电磁铁组成，它产生一个均匀的磁场。
音圈是一个绕在导线上的线圈，当通过音频信号时，会产生电流。
机械传动系统则用来传递电机产生的力到所驱动的装置上。
在音圈电机中，当音频信号通过音圈时，会在音圈内产生电流。
根据洛伦兹力
的作用原理，电流在磁场中会受到一个力的作用。
这个力会使得音圈受到一个向前或向后的推力，从而驱动机械传动系统转动。
这就是音圈电机的基本工作原理。
在实际应用中，音圈电机常用于音响设备、汽车喇叭、摄像头云台等领域。
它
的工作原理简单可靠，结构紧凑，因此在一些对功率要求不高但对体积和重量要求较严格的场合得到了广泛应用。
除了以上介绍的基本原理外，音圈电机还有一些特殊的工作原理。
比如在一些
需要精确定位的场合，可以通过对音圈电机的电流进行调节来实现精确定位。
此外，音圈电机还可以通过改变磁场的方向来实现正反转，从而满足不同的工作需求。
总的来说，音圈电机是一种应用广泛的电动机，它的工作原理基于电磁感应和
洛伦兹力的相互作用。
通过对音圈电机的电流和磁场进行控制，可以实现不同的工作模式，满足不同的应用需求。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解音圈电机的工作原理。
音圈电机位置伺服系统电流驱动器的两种设计方法研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｗｏ Ｄｒｖ ｎ Ｍ ｅｈ ｄ ｆＶｏ ｃ ｉ Ｍ ｏ ｏ ｏ ｉｉｎ Ｓ ｒ ｏ Ｓ ｓｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｔ ｉｅ ｔ ｏ ｓｏ ｉｅ Ｃｏｌ ｔ ｒ Ｐ ｓｔｏ ｅ ｖ ｙ ｔ ｍ
ＬＩＬ ｙ ，Ｌ Ｕ ｌ ，Ｗ Ｕ ｎ ｘｎｇ ｉ ｉ Ｉ Ｌｉ ｉ Ｈｏ ｇ ｉ
第４ ４卷 第 １ 期 １
２ １正 ０１
蕨 粕
ＭＩ ＣＲ ＯＭ Ｏ Ｔ ＲＳ Ｏ
Ｖ０． ４．Ｎｏ １ １４ ． １
ＮＯ ． ０ｌ１ Ｖ２
ｌ 月 １
音 圈 电机 位 置 伺 服 系统 电流驱 动器 的 两种 设 计 方 法研 究
李立毅 ，刘丽丽 ，吴红 星
（ 哈尔滨工业大学 电磁 与电子技术研究所 ，哈尔滨
摘
１０ ０ ） ５０ １
要 ：分析音圈电机数学模型的基础上 ，在 Ｍ ｔ ｂ的 Ｓｍ ｌ ｋ环境 中建立 了音圈 电机 位置伺 服系统 的仿真模 型 ， ａｌ ａ ｉｕｉ ｎ
大推力音圈电机的探究
大推力音圈电机的探究【摘要】音圈电机是一种性能非常好的直线电机。
在介绍音圈电机的同时本文提出了一种音圈电机的设计概念。
通过有限元分析，否决了这种概念。
【关键词】音圈电机;大推力;设计1.引言音圈电机是直线电机的一种，因其具有与扬声器相同的“音圈”结构，以及与扬声器相同的工作原理而得名。
音圈电机高频响应很好，精度高，可以应用于许多场合。
目前市面上出售的音圈电机可以提供0.7—1000N左右的推力。
它的这些优点引起了国内外研究者的兴趣，近年来对于音圈电机的研究逐渐增多。
1.1音圈电机的工作原理音圈电机的工作原理与扬声器的工作原理相似，二者都应用了通电导体与磁场的相互作用原理。
通电导体在磁场中要受到安培力的作用。
扬声器线圈内部的电流大小反映了它所记载的声音信息，线圈因为电流大小的不同可以产生振幅不同的振动。
扬声器通过线圈的振动来达到还原声音甚至放大声音的目的。
而音圈电机则是利用音圈受力与其内部所通电流大小成正比的特性，使电能转换为机械能，达到输出功率的目的。
1.2音圈电机的分类从总体来说，按照音圈电机的输出方式，可以分为直线型和摆动型。
直线型的动子沿直线运动，输出的是推力；摆动型的动子做圆周运动，输出的是扭矩。
二者的工作原理大致相同，本文只讨论直线型音圈电机。
按照磁场的提供方式不同来区分，音圈电机可以分为永磁励磁和电励磁两种。
电励磁的音圈电机应用很少，因为通过电流来产生的磁场很难利用。
本文后文会讨论一种电励磁的方案，会通过一些实际的仿真支出电励磁的难点。
随着近些年永磁材料的发展，人们可以通过很小的代价很轻松地获得高表磁的永磁体。
这更加剧了永磁励磁型音圈电机的优势。
所以几乎所有的音圈电机都采用永磁励磁。
按照可动部分不同来区分，音圈电机可以分为“动圈式”和“动铁式”两种。
牛顿第三定律指出，力的作用是相互的。
当固定住音圈电机的“铁”时，它的“圈”就会动，反之亦然。
动圈和动铁本质上是相同的。
不过二者又有很明显的差异：动圈式音圈电机因为动子“音圈”的质量很小，所以可以产生很好的高频响应以及很高的加速度（高达300g）。
音圈电机驱动的双层主动隔振系统设计与仿真
中图分类号： Ｈ１３１ Ｔ １．
文献标识码： Ａ
Ｄ 编码 ：０３６ ／ｉ ｎ１０ ３ ５２ １．５ ０ ＯＩ １ ． ９ ．ｓ． ６１ ３ ． ２０ ． ６ ９ ｊｓ ０ ０ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｕ ｌ —ｔｇ ｔ ｅＶｉ ｒ ｔ ｎ Ｉｏ ａｉ ｎ ｓｇ ｎ ｉ ｌ ｔ ｆ ｏ Ｄｏ ｂ ｅ ｓａ ｅ Ａｃ ｉ ｂ ａ ｉ ｓ ｌ ｔ ｖ ｏ ｏ Ｓ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｉｅＣｏ ｌ ｏ ｏ ｙ ｔｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｖｏ ｃ ｉ Ｍ ｔ ｒ
轻、 高加速 度 、 高速 度 、 快速 响应 、 力均匀 等优 良性 推 能 ， 时将 电能转 化 成直 线 或 者旋 转 运 动 而不 需 要 同
中间转 换 机 构 ， 振动 主动 控 制 系统 中得 到』‘ 的 在 泛
ｍｏ ｅ ｏ ｏ ｂ ｅ — ｓａ ｅ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｉｏ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ． ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ａ ｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｉｏ ａｉ ｎ ｓ ｓｅ ｕ ｉ ｇ ｄ ｌｆ ｒ ｄ ｕ ｌ ｔ ｇ ｉ ｒ ｔ ｓ ｌｔ ｙ ｔｍ ｒ ｓ ｌ ｅ Ａ ｒ ａ ｂ ｎ ｃ ｉ ｉ ｒ ｔ ｓ ｌｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓｎ ｏ ｏ ａ ｓ ｖ ｏ
摘 要： 介绍采用音 圈电机作 为振动主动控制作 动器的特点和工作 原理， 细分析并建立音 圈电机 的数学模型 ， 详 推导其传递 函数 。并针对双层隔振系统 ， 采用理论建模的方法 ， 立双 层隔振 系统的数学模型。 以位移传递率最小作 建 为研究分析 的 目标 ， 设计出一种宽频主动隔振系统， 并用 音圈电机 作为驱动器， 最后用 Ｍａｌ ／ｉ ｌ ｋ ｔ ｂＳｍｕｉ 进行仿真 ， ａ ｎ 仿真
基于音圈电机X—Y精密定位平台的控制系统设计
关键 词 ： 音 圈电机 ； Ｘ— Ｙ精 密定位 平 台； 实时 Ｄ Ｆ Ｔ算 法 ； 高精 密定位 ； Ｈ 鲁棒 控 制
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ； Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｘ－ Ｙ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎ ｇ Ｇａ ｎｔ ｒ ｙ Ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｎ ｂ ｙ Ｖｏ ｉ ｃ ｅ Ｃｏ ｉ ｌ Ｍ ｏｔ ｏ ｒ
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ２ ２ ６ ５ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ９— ０ ０ ７ ３— ０ ４
基 于 音 圈 电机 ｘ — Ｙ精 密定 位 平 台的 控 制 系统 设 计 术
冷 同同 ， 靳 东 ， 刘 博峰
（ １ ． 山东 大 学 机 械工 程 学院 ， 济南 ２ ５ ０ ０ ６ １ ； ２ ． 上海 交通 大 学 机 械 与动力 工程 学 院 ， 上 海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
第 ９期 ２ ０ １ ３年 ９月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｄｕ ｌ ａｒ Ｍ ａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ Ｔｏ ｏ ｌ＆ Ａｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｍ ａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈｎｉ ｑｕｅ
ＮＯ． ９
Ｓ ｅ ｐ． ２ ０１ ３
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｄｅ ｎ ｔ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｎｌ ｉ ｎ ｅ ＤＦＴ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖｉ ｔ ｙ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ Ｈ ｒ ｏ ｂ ｕｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｏ ｂｕ ｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｂ ｕｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｇ ａ ｉ ｎｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｕ ｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏｓ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｇ ａ ｎ ｔ ｙ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｂ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐｅ ｉｍ ｅ ｒ ｎ ｔ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｄ ｅ ｍｏ ｎｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏｆ Ｘ— Ｙ
基于音圈电机精密定位平台的控制系统设计与仿真
第 ４ 卷 第 ２期 ０ ２０ ０７年 ２月
天 津 大 学 学 报 Ｊｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｊ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｔ ｎ ｔ
Ｖｏ ． ０ Ｎ ． １４ ｏ ２位 平 台 的控 制 系统 设 计 与仿 真
ｈｇ ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｖｂ ａｉｎ ｉｈ ｑ ｅ ｃ ｉ ｒｔ ． ｏ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｖ ｉｅ ｃ ｉ ａ ｔａｏ ；ｐ ｓｔｏ ｉ ｇｔｂ ｅ；ｄｓｕ ｂ ｎ ｅｏ ｓｒ ｅ ；ｒｐ ｔ ｉｅ ｃ ｎ ｒｌｅ ｏｃ ｏｌ ｃｕ ｔｒ ｏ ｉ ｎ ｎ ａ ｌ ｉ ｉｔｒ ａ ｃ ｂ ｅ ｖ ｒ ｅ ｅｉ ｖ ｏ ｔｏｌｒ ｔ
中图分类号 ：Ｔ ４ ２ Ｇ０ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：０ ９ — １７ ２０ ）２ ０ ２ — ６ ４３ ２ ３ （０ ７ ０ － １７ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｕｌｔｏ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔｍ ｆＰｒ ｃｓｏ ｓｇ ｎｄ Ｓ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｏ ｅ ｉｉ ｎ Ｐｏ ｉｉ ｎ ｎ ｂ ｅ Ｄｒｖ ｎ ｙ Ｖｏｃ ｉ Ａｃ ｕ ｔ ｒ ｓｔｏ ｉ ｇ Ｔａ ｌ ｉｅ ｂ ｉｅ Ｃｏ ｌ ｔ ａ ｏ
ＺＨＡＯ ｎ － ｕ， ＺＨＡＮＧ ｈ ｎ － ｕ ｎ， ＺＨＡＮＧ － ｉ Ｘｉ ｇ ｙ Ｓ ｅ ｇｑ ａ Ｄａ ｗｅ
（ ｃｏｌ ｆ ｃａｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｔａｊ ｎｖｒｔ， ｉ ｊ ００ ２ ｈｎ Ｓｈｏ ｏ ｈ ｎ ａ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｉｎｉ Ｕ ｅｓｙ Ｔａ ｉ ３０ ７ ，Ｃ ｉａ） Ｍｅ ｃ ｎ ｎ ｉ ｉ ｎｎ
赵兴 玉，张胜泉 ，张大卫
（ 天津 大学机械工程学 院，天津 ３０ ７ ） ０ ０ ２ 摘 要 ：针对一类音 圈电机 直接 驱动 的二 自由度 高速精 密定 位平 台， 了在 高速 高加速 情况 下， 为 获得 良好 的动 态
音圈电机驱动器 PSD0306V2 硬件手册说明书
音圈电机驱动器PSD0306V2硬件手册目录1.端口定义 (2)2.接口示意图： (4)3.RS485网络示意图： (5)4.控制卡接线示意图： (5)5.编码器接线示意图： (6)6.线路图参考 (7)7.外形尺寸 (10)1. 端口定义由LED 指示灯一侧开始，由上而下的接口定义。
如下表： 接口 端子号符号名称备注1 485G485地线 抗干扰，建议连接 2 485B 485数据负极 J1 485 总线 3 485A 485数据正极1 485G485地线 抗干扰，建议连接 2 485B 485数据负极 J2 485 总线3 485A 485数据正极1 24V 24V 电源输入 给数字IO 供电2 A-CLR报警清除3 GND24 24V 地 IO 的地 4 ALM 报警输出5 INP 到位输出6 ENA 使能输入7 DIR- 方向负输入 CCW -、EB - 8 DIR+方向正输入 CCW+、EB+ 9 OPC2单端方向信号的 公共端单端接法时接24V ，差分接法时悬空 10 OPC1 单端脉冲信号的公共端单端接法时接24V ，差分接法时悬空 11 GND 数字地 12 GND 数字地 13 A+ 光栅尺A 相正输出 14 A - 光栅尺A 相负输出 15 B+ 光栅尺B 相正输出 16 B - 光栅尺B 相负输出 J3 外部 控制 信号17 Z+光栅尺Z 相正输出18 Z -光栅尺Z 相负输出19 PUL+ 脉冲正输入 CW+、EA+ 20 PUL- 脉冲负输入 CW-、EA - 1 EA 光栅尺报警输入 无此信号可不接 2 Z+ 光栅尺Z 相正输入 单端编码器悬空 3 B+ 光栅尺B 相正输入 单端编码器悬空 4 A+ 光栅尺A 相正输入 单端编码器悬空 5 +5V 光栅读数头电源输出 编码器电源5V 输出6 Z- 光栅尺Z 相负输入 单端编码器Z 相 7 B- 光栅尺B 相负输入 单端编码器B 相 8 A-光栅尺A 相负输入单端编码器A 相 J4 光栅尺 读数头 信号9 GND 光栅读数头地编码器地 1 M+ 音圈电机线圈正极 2 M- 音圈电机线圈负极3 HV 驱动器电源输入 +24V~+48V J5 电机 及 电源4 GND 驱动器电源地线2.接口示意图：— RS485网络控制采用Modbus-RTU协议，主机可以是PC机，PLC或其它支持该协议的嵌入式控制器，网络控制模式不再需要额外的运动控制卡；— 支持运动控制卡的控制信号脉冲/方向(PUL/DIR)、双脉冲(CW/CCW)或编码器跟随(A/B)三种方式；— 支持的电机类型有：音圈电机、有刷直流伺服电机、有刷空心杯电机等单相电机；— 支持的电源的电压范围：+24V~+48V.4.控制卡接线示意图：编码器输出信号为差分信号时，采用差分接法：当编码器输出信号为单端信号时，采用单端接法：6.线路图参考（下图中，脉冲/方向信号为差分信号）（下图中，脉冲/方向信号为单端方式）（下图中，为采用RS485总线连接方式）音圈电机驱动器PSD0306V2硬件手册7.外形尺寸第 10 页。
音圈电机工作原理(一)
音圈电机工作原理(一)音圈电机工作原理解析1. 什么是音圈电机？音圈电机是一种常用于音频设备和汽车音响系统中的电动驱动器。
它采用电磁原理工作，能够将电能转换为机械能，驱使振动系统产生声音。
音圈电机由磁场和线圈组成，其工作原理相当有趣而复杂。
2. 磁场•音圈电机的磁场来源于固定的磁铁或由电磁线圈产生。
磁场通过产生磁力线，逐渐形成一个闭合的磁通路。
•磁力线会在磁场中形成一个强度均匀的磁场区域，这个区域内的磁力线密度较高，我们称之为磁场区。
3. 线圈•音圈电机的线圈是由绝缘电线绕成的螺旋形线圈。
这个线圈会放置在磁场区中。
•当通电时，线圈内会产生一个电流，形成一个磁场。
这个磁场与磁场区相互作用，产生力和动力矩。
•线圈内产生的磁场方向由电流的方向决定，因此改变电流方向可以改变磁场方向和大小。
4. 声音产生原理1.当音频信号传送到音圈电机时，通过放大电路放大后的信号经过电线传递到线圈。
2.音频信号会导致线圈内的电流随时间变化，从而改变线圈周围的磁场。
3.根据洛伦兹力定律，磁场和电流之间产生一个力，这个力将使线圈开始振动。
4.线圈的振动将通过连接到振动膜的结构传递给空气，产生声波。
5. 音圈电机的工作原理总结•音圈电机通过磁场和线圈的相互作用，将电能转化为机械能，从而产生声音。
•磁场的生成由磁铁或电磁线圈提供，线圈通过电流在磁场中产生磁场。
•音频信号通过改变线圈的电流，改变磁场的大小和方向，从而驱动线圈振动，并产生声音。
结论音圈电机作为一种重要的声音产生设备，其工作原理包括磁场和线圈的相互作用。
通过改变线圈内的电流，能够产生声音，并将其传递给周围环境。
了解音圈电机的工作原理，对于理解音频设备和汽车音响系统的工作原理至关重要。
6. 音圈电机的应用•音圈电机广泛应用于音频设备中，如扬声器、耳机、音箱等。
它能够产生清晰、高质量的声音，并在不同频率范围内提供较好的音质表现。
•在汽车音响系统中，音圈电机也扮演着重要的角色。
音圈电机的设计
音圈电机的设计原作者：Khosrow Ghadiri （圣何塞州立大学，电气工程系）编译：lihuaili设计目标我们的目标是按下面的要求设计一个音圈电机（VCM ）：1）总行程=25mm 2）有效行程=21mm 3）平均运动时间=10ms 4）载荷质量=50g 5）电源电压=12V 6）磁轭材料=1010钢7）磁体材料=NeoMax36此外，由于空间的限制，设计的VCM 的尺寸大小要尽可能小。
在设计的VCM 中，采用两个永磁铁与一个扁平线圈的结构方式。
为简单起见，VCM 按线性电机来设计，同样，也可以很容易地对旋转电机重新设计，并显着减少VCM 尺寸大小。
设计过程（通用考虑）在本设计中，采用三角形速度曲线。
三角形速度曲线的运动时间m t 定义为：cf m m I K mx 4t其中：m x =移动距离（m ）m =移动部件的质量（Kg ）fk =力常数（千克）c I =线圈电流（A ）在m t 时间内将质量为m 的运动部件移动至距离m x 时的最大功率与最大力成比例关系。
力和线圈的电流关系如下：cf I K F =那么2mm c f t mx 4I K =在设计要求中已知mt ，mx 以及m这些参数的值。
S 010.0t m =是平均运动时间。
0.05Kg m =是总的运动质量。
m 007.0x m =是功率为最大时三分之一的有效行程。
因此：140.0105.0007.04I K 2c f =⨯⨯=（N ）力常数f K 可表示为：gg f l B K γ=其中：γ=线圈的利用系数g B =气隙磁通密度g l =运动距离（m ）线圈中的电流可表示为：Wc JA I =J =线圈中的导线所能承载的电流●对于铜：2mm A 20J =●对于铝：2mmA 12J=W A =线圈导线截面积那么WW g cf JA l B I K γ=将W Wg A l B ，，，γ按照最小值代入，则14I K cf =（N）VCM 结构布置图1VCM 的结构布置示意图图1为VCM 的结构布置图，图2为线圈的结构布置图。
音圈电机设计优化与分析
音圈电机设计优化与分析潘新远1常以涛1张长胜22钱俊兵26(1.云南锡业股份有限公司铜业分公司；2•昆明理工大学2•信息工程与自动化学院；6.民航与航空学院)摘要针对精密仪器对作动器小空间尺寸、大推力及低热量扩散的特殊应用要求，通过分析传统音圈电机气隙磁场磁感应强度的不足，提出了气隙磁感应强度的改进结构，并通过Ansoft电磁有限元仿真软件验证了改进音圈电机结构的有效性和优异性，对音圈电机动子线圈的相关电磁参数进行了分析和计算，指明了音圈电机优化目标函数中主要影响的因素变量#关键词音圈电机优化设计Ansoft推力磁力线中图分类号TM302文献标识码A文章编号1000-3932(2020)06-0512-06音圈电机是一种简单的机电式直线电机，作为一种电磁驱动能量转换器,在电机、航空及流体控制系统等领域有着广泛的应用［I］O音圈电机由永磁体和电流驱动的电磁线圈组成，是一种小型化的直线或旋转驱动技术。
音圈电机满足空间或质量限制应用中的运动控制要求，例如在移动摄影中作为照相机镜头的执行器［2］,在医疗应用中作为左心室辅助设备［3］和呼吸机中的阀门控制⑷。
更普遍地说，音圈电机已广泛应用于各种领域，如汽车悬架［5］、纳米光刻和计量学［6］、激光雷达应用的光色散［(］、通用快速转向镜［)］和硬盘驱动器［9］%音圈电机的工作原理基于洛伦兹力定律，它将电流直接转化为运动，而不需要中间形式的能量转换［I0］o音圈电机具有结构简单、体积小、响应快、速度高、加速度高及控制简单等优点，广泛应用于高精度定位运动系统中［11-13］%现代生产中经常需要高精度的快速响应直线运动。
如果用带机械传动的旋转马达来实现直线运动，机械传动会产生齿隙和较大的摩擦力，而音圈电机是一种直接驱动电机，它使用永久磁场和线圈绕组产生与施加到线圈绕组的电流成比例的力［1%，15］，其固定部分为永磁体，运动部分为线圈绕组。
迄今为止，一些学者对音圈电机的性能提升已做出了较大的贡献。
基于STM32的音圈电机控制系统设计
《工业控制计算机》2021年第34卷第6期121基于STM32的音圈电机控制系统设计Design of Voice Coil MoPor CosProl SysPem Based on STM32孙俊哲周磊符慧敏万其（南京工程学院自动化学院，江苏南京211167）摘要:作为一款直线电机，音圈电机具有高频响、高精度等特性，能满足高速、高精度定位系统性能的需求。
设计了基于STM32微处理器为控制核心的音圈电机控制系统，利用高开关频率的PWM大幅减小电机运行时的振动、噪音和发热，提高电机精度；对电机的电流反馈系统和速度反馈系统进行控制；加入CAN总线通讯接口，使控制器能够接入分布式控制系统中，能够运用在更多控制场合，拥有更广阔的应用前景遥关键词：STM32曰音圈电机；PWM；PI控制Abstract:As a linear motor,voice coil motor has the characteristics of high frequency ynd high precision,which can meet the requirements of high speed and high precision positioning system performance.In this paper,a voice coil motor control system based on STM32is designed.The high s witching frequency PWM is used to greatly reduce the vibration,noise and heat of the motor during operation and improve the accuracy of the motor.Multi-loop control of current loop and speed loop is realized.Adding CAN bus communication interface,so that the controller can be connected to the distributed control system and used in more control occasions,making it have the broaderpplication prospect.Keywords:VTM32,voice coil motor,PWM,PI control音圈电机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、高加速和响应快等特性［1］遥音圈电机直接产生推力，不用考虑中间环节的传递效率、损耗等问题，简化了驱动方式，拥有较高的可靠性和工作效率,并且运动形式可以为直线或者圆弧，故而被广泛地应用于精密定位系统中。
音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析
国 防 科 技 大 学 学 报
第 ３ 卷第 １ ０ 期
ＪＩ Ｎ ＩＯ Ａ ＩＮ Ｌ Ｕ ＩＥ Ｓ ＹＯ Ｄ￣Ｅ Ｓ ０ Ａ。 ＦＮ ＴＯ Ａ Ｎ Ｖ ＲＩ Ｆ ］ Ｎ ＥⅡ ㈣ Ｔ Ｙ
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现复杂面形， 结构零件的高效加工 ， 分析 了快刀伺服加工方式 的特点 ， 设计并研制了音圈电机驱动的快刀伺服 系统 ； 基于动力学和电磁学分析 ， 建立了快刀伺服 系统 的传递 函数模型 ， 并对控制方法进行 了设计 ； 在此基础 上， 通过实验对快刀伺服 系统进行了性能测试 ， 实验结果表 明本文所 研制的快刀伺服系统具有较ｎｌ ｒ ． ｆＤ ｅｓ Ｔｃｎｌ ｙ ｎ ａｏａ Ｕｄ ０ ｄ ｎｅ ｅｈｏ ｇ，ＱｌＩＩ １０３ ０ｌＩ ｉ ｖ ｏ ａｇｍ４０７ ， ｉａ ｒｓ Ｔ）
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５ ４・
工业仪表与 自动 化装 置
２ ０ １ ７年第 ２期
音 圈 电机 驱 动 系统 设 计 与分 析
郭红 利 ， 张李娴 ， 钱俊兵 ， 李敏通 ， 侯俊才
（ １ ． 西北农 林科技 大学 机 电 学院 ， 陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ； ２ ． 昆 明理工 大 学 机 电工程 学院 ， 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０ ） 摘要 ： 作 为直 线作 动 的音 圈 电机 具有 直接 驱 动 、 快速 响 应 、 结 构 简单 等优 点。 为 了充 分发 挥 其 性能， 基 于 经济性 和 高性 能考虑 ， 进 行 了“ 微控 器 ＋功 能模 拟 电路 ” 音 圈 电机 驱 动 控 制硬 件 系统 设
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计 。在设 计 中， 提 出综合采 用数 字 电路 与模拟 电路 的设 计 方案 ； 设 计 了微 控 量 电路 等 ； 通 过 电路 建模 仿 真 、 实验 测 试 和 实际 应 用 ， 验 证 了驱 动 板 的设 计有
效性。
关 键词 ： 音 圈电机 ； 驱 动 系统 ； 电路设 计 ； 作动 器 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ １ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０— ０ ６ ８ ２ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ０ ５ ４— ０ ５
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｖ ｏ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｉ ｌ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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