[音圈电机]音圈电机的工作原理解析！

音圈电机 （Voice Coil Actuator/ Voice Coil Motor），是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置。因为音圈电机是一种非换流型动力装置，其定位精度完全取决于反馈及控制系统，与音圈电机本身无关。采用合适的定位反馈及感应装置其定位精度可以轻易达到10NM，加速度可达300g（实际加速度也取决于负载物的状况）。

 

音圈电机的工作原理

 

　　音圈电机基本原理

　　音圈电机电机基本原理可以分三大类，分别是磁学原理、电子学原理、机械系统原理。

 

　　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，电流五以及磁场和电流的方向。

 

　　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。铁磁圆筒内部是由磁铁产生的磁场，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。

 

　　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）。驱动音圈电机的电源得提供足够的电流满足输出力的需要，且要克服线圈在大运动速度下产生的感应电动势，以及通过线圈的漏感压降。

 

　　3、机械系统原理

　　音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售。根据需要此气隙可以增大，只是需要确定引导系统允许的运动范围，同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞。多数情况下，移动载荷与线圈相连，即动音圈结构。其优点是固定的磁铁系统可以比较大，因而可以得到较强的磁场;缺点是音圈输电线处于运动状态，容易出现断路的问题。同时由于可运动的支承，运动部件和环境的热接触很恶劣，动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高，因而音圈中所允许的大电流较小。当载荷对热特别敏感时，可以把载荷与磁体相连，即固定音圈结构。该结构线圈的散热不再是大问题，线圈允许的大电流较大，但为了减小运动部分的质量，采用了较小的磁铁，因此磁场较弱 。

 

　　直线音圈电机可实现直接驱动，且从旋转转为直线运动无后冲、也没有能量损失。优较好的引导方式是与硬化钢轴相结合的直线轴承或轴衬。可以将轴触衬集成为一个整体部分。重要的是要保持引导系统的低摩擦，以不降低电机的平滑响应特性。

 

　　典型旋转音圈电机是用轴球轴承作为引导系统，这与传统电机是相同的。旋转音圈电机提供的运动非常光滑，成为需要快速响应、有限角激励应用中的装置。比如万向节装配。

 

音圈电机的工作原理

 

　　音圈电机工作原理

　　无论是直线型或是摆动型，他们基本原理相同。通电的导体穿过磁场的时候，会产生一个垂直于磁场线的力，这个力的大小取决于通过场的导体的长度，磁场及电流的强度。音圈电机产生的推力的大小取决于设计结构以及电流强度：F = β*L*I， 电流与产生的力的关系，在直线型音圈电机中体现为力敏感度Kf，在旋转型音圈电机中体现为扭力敏感度Kt。我们的设计中把Kf的单位定义为N/A，Kt的单位为N·M/A。

 

　　音圈电机是一个简单的装置，将电流转化为机械力，所以其定位以及力的控制通过位置反馈装置以及控制器达成，其精度由控制器决定，与音圈电机本身毫无关系。

 

　　音圈驱动器（Voice Coil Actuator ）：

 

　　主要组成的部件较为简单，线圈，弹簧 ，磁铁，以及一些固定结构。

 

　　通过通电线圈在磁场中受到作用力的原理，进行移动，精确控制需要借助一些外部的部件，例如Drive IC，通过DriveIC来控制和输出电流的大小和时间，由此来控制Voice Coil Actuator需要到达的位置。在手机中，Drive IC所有的控制的信息也是sensor给出。这里说到的sensor也就是我们平时提到的Cmos或者是CCD。因此可以简单的理解Voice Coil Actuator 为一个只能接收电流信号的装置。