音圈电机(微特电机)

华侨大学厦门工学院

电气工程系

课程设计报告

课程名称：音圈电机的应用

院系：电气工程系

专业：电气工程及其自动化

班级： 2009级电气工程及其自动化7班

学号： 090210700

姓名：

指导老师：

2012 年12月9 日

目录

一、课程设计的意义 (3)

1.1研究意义 (3)

1.2研究内容 (3)

二、音圈电机的主要结构 (4)

2.1传统结构形式 (4)

2.2集中通量结构形式 (4)

2.3磁力交叉存取结构形式 (5)

三、音圈电机的工作原理 (6)

3.1 磁学原理 (6)

3.2电子学原理 (7)

3.3机械原理 (7)

四、实例：基于音圈电机的力_位控制及应用

4.1 引言 (8)

4.2 芯片的放置控制要求 (8)

4.3 软着陆实现方式 (8)

4.4 基于LAC-1控制器的音圈电机软着陆的实现 (10)

4.5 基于Tutbo PMAC的音圈电机软着陆的实现 (11)

4.6 本章小结 (12)

一、课程设计的意义

1. 1研究意义

《微特电机及系统》的学习，重在学习各种各样的电能、机械能相互转换的实现方法。学完之后，应该能用所学的知识分析生产生活中的各种应用，甚至在以后的工作中，研制更先进的电机来解决一些实际应用难题。

随着我国精密仪器制造、测量的发展，其相关技术的要求也不断提高。其中低频微振动是其中极其重要的一个研究课题，它对精密仪表的正常工作有着重要的影响。世界许多国家均高度重视，并投入大量的人力物力加以研究。在主动抗振领域，采用音圈电机对低频微振动具有明显的优势。它具有结构简单、体积小、高速、高加速度、响应快、线性力一行程优良等特性，在精密仪表领域有着广泛地研究前景。

1. 2研究内容

在本文中，主动隔振系统对于低频、微幅振动的控制，振动信号的测量，选用PCB公司的型号为M355BO4测量高频信号，型号为M393B31测量低频信号。

在国内外将音圈电机用于精密隔振系统作为控制器并不多见。由于受到传

感器低频测量范围的限制，在低频精密主动隔振技术方面的研究较少。音圈电机 (VoiceCoilActuator)是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机，具有结构简单、体积小、高速、高加速度、响应快等特性16一，“]。为此，本文提出

了利用音圈电机作为控制器，将被动和主动隔振技术结合应用，利用被动隔振系统作为隔振平台的音圈电机低频精密主动隔振系统。基于上述的思想，本文将在以下几个方面进行研究:

1、对被动隔振及主动隔振的隔振机理进一步深入地研究。被动隔振系统为

传统的隔振手段，具有方法简单，可靠性高的特点。常用的被动隔振系统多为单级或两级隔振系统，当所选隔振器件的参数相同时，两级隔振系统的隔振性能要优于单级隔振系统。不论是单级隔振系统还是两级隔振系统，所选隔振器件的自振频率对隔振系统的隔振性能具有决定性的作用。

2、研究提出针对微纳米测量对环境振动要求振动的隔离方案，采用音圈电

机作为驱动器实现主动隔振。

3、对所设计的隔振系统进行了被动隔振隔离效果的测试与分析和主动隔振

效果仿真与分析。

4、对用于施加振动主动控制力的音圈电机及其安装方式进行了研究。

5、分别采用模糊PID控制算法、小波变换算法，对隔振系统进行主动隔

振的仿真分析研究。

6、针对主动隔振系统选型的音圈电机，设计驱动电路。

二、音圈电机的主要结构

2.1传统结构形式

如图2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。图4为此传统结构音圈电机的轴测图。

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。长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2功率比，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。

2.2 集中通量结构形式

在运动控制中，有时需要的力比传统移动音圈电机所能提供的力要大，传统结构形式的音圈电机不能满足要求。为解决此问题，需要提高音圈电机工作效率，为此应合理设计其结构，尽量减少磁路漏磁。设计音圈电机时总是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙，以提高气隙磁密，从而产生尽可能大的磁力。

采用集中磁通技术，能够使制造的电机气隙磁密等于甚至大于磁体中的剩余量。基于该技术的电机内部是一个一端封闭的空心圆柱磁铁（见图5）。圆柱内部形成N极，圆柱的外部形成S极。紧贴磁体外部由一个也有一端封闭的软铁圆柱壳罩住，软铁壳的开口端伸出磁体开口端。由软铁制成的圆柱芯在磁体内部紧紧贴合，并从其开口端伸出。壳的内表面与圆柱芯的外表面之间的环形空间形成气隙，圆柱状线圈可在气隙中沿轴向运动。该电机结构形式允许磁体面大于气隙面。这样的设计不会引起泄漏，几乎从磁体表面发出的所有磁力线都通过气隙。

2.3 磁力交叉存取结构形式

若要求在尽可能小的直径情况下，获得最高输出力，可采用专有的交叉存取磁电路技术。与传统结构以及集中磁通量结构相比，其性能特性不变，而轴向尺寸更长，但直径尺寸减小，其磁体质量较小，但线圈趋于更重。交叉存取磁电路音圈的突出优点是线圈漏感较小，电时间延迟非常短。