音圈電機的工作原理

　　音圈電機定義

　　音圈馬達 （Voice Coil Actuator/ Voice Coil Motor），是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，并實現(xiàn)直線型及有限擺角的運動。利用來自永久磁鋼的磁場與通電線圈導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場中磁極間的相互作用產(chǎn)生有規(guī)律的運動的裝置。因為音圈馬達是一種非換流型動力裝置，其定位精度完全取決于反饋及控制系統(tǒng)，與音圈馬達本身無關(guān)。采用合適的定位反饋及感應(yīng)裝置其定位精度可以輕易達到10NM，加速度可達300g（實際加速度也取決于負載物的狀況）。

　　音圈電機基本原理

　　音圈電機電機基本原理可以分三大類，分別是磁學(xué)原理、電子學(xué)原理、機械系統(tǒng)原理。

　　1、磁學(xué)原理

　　音圈電機的工作原理是依據(jù)安培力原理，即通電導(dǎo)體放在磁場中，就會產(chǎn)生力F，力的大小取決于磁場強弱B，電流五以及磁場和電流的方向。

　　力的方向是電流方向和磁場向量的函數(shù)，是二者的相互作用。如果磁場和導(dǎo)線長度為常量，則產(chǎn)生的力與輸入電流成比例。在簡單的音圈電機結(jié)構(gòu)形式中，直線音圈電機就是位于徑向電磁場內(nèi)的一個管狀線圈繞組。鐵磁圓筒內(nèi)部是由磁鐵產(chǎn)生的磁場，這樣的布置可使貼在線圈上的磁體具有相同的極性。鐵磁材料的內(nèi)芯配置在線圈軸向中心線上，與磁體的一端相連，用來形成磁回路。當給線圈通電時，根據(jù)安培力原理，它受到磁場作用，在線圈和磁體之間產(chǎn)生沿軸線方向的力。通電線圈兩端電壓的極性決定力的方向。

　　將圓形管狀直線音圈電機展開，兩端彎曲成圓弧，就成為旋轉(zhuǎn)音圈電機。旋轉(zhuǎn)音圈電機力的產(chǎn)生方式與直線音圈電機類似。只是旋轉(zhuǎn)音圈電機力是沿著弧形圓周方向產(chǎn)生的。

　　2、電子學(xué)原理

　　音圈電機是單相兩極裝置。給線圈施加電壓則在線圈里產(chǎn)生電流，進而在線圈上產(chǎn)生與電流成比例的力，使線圈在氣隙內(nèi)沿軸向運動。通過線圈的電流方向決定其運動方向。當線圈在磁場內(nèi)運動時，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生與線圈運動速度、磁場強度、和導(dǎo)線長度成比例的電壓（即感應(yīng)電動勢）。驅(qū)動音圈電機的電源得提供足夠的電流滿足輸出力的需要，且要克服線圈在大運動速度下產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，以及通過線圈的漏感壓降。

　　3、機械系統(tǒng)原理

　　音圈電機經(jīng)常作為一個由磁體和線圈組成的零部件出售。根據(jù)需要此氣隙可以增大，只是需要確定引導(dǎo)系統(tǒng)允許的運動范圍，同時避免線圈與磁體間摩擦或碰撞。多數(shù)情況下，移動載荷與線圈相連，即動音圈結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是固定的磁鐵系統(tǒng)可以比較大，因而可以得到較強的磁場;缺點是音圈輸電線處于運動狀態(tài)，容易出現(xiàn)斷路的問題。同時由于可運動的支承，運動部件和環(huán)境的熱接觸很惡劣，動音圈產(chǎn)生的熱量會使運動部件的溫度升高，因而音圈中所允許的大電流較小。當載荷對熱特別敏感時，可以把載荷與磁體相連，即固定音圈結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)線圈的散熱不再是大問題，線圈允許的大電流較大，但為了減小運動部分的質(zhì)量，采用了較小的磁鐵，因此磁場較弱 。

　　直線音圈電機可實現(xiàn)直接驅(qū)動，且從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為直線運動無后沖、也沒有能量損失。優(yōu)較好的引導(dǎo)方式是與硬化鋼軸相結(jié)合的直線軸承或軸襯?？梢詫⑤S觸襯集成為一個整體部分。重要的是要保持引導(dǎo)系統(tǒng)的低摩擦，以不降低電機的平滑響應(yīng)特性。

　　典型旋轉(zhuǎn)音圈電機是用軸球軸承作為引導(dǎo)系統(tǒng)，這與傳統(tǒng)電機是相同的。旋轉(zhuǎn)音圈電機提供的運動非常光滑，成為需要快速響應(yīng)、有限角激勵應(yīng)用中的裝置。比如萬向節(jié)裝配。

　　音圈電機工作原理

　　無論是直線型或是擺動型，他們基本原理相同。通電的導(dǎo)體穿過磁場的時候，會產(chǎn)生一個垂直于磁場線的力，這個力的大小取決于通過場的導(dǎo)體的長度，磁場及電流的強度。音圈馬達產(chǎn)生的推力的大小取決于設(shè)計結(jié)構(gòu)以及電流強度：F = β*L*I， 電流與產(chǎn)生的力的關(guān)系，在直線型音圈電機中體現(xiàn)為力敏感度Kf，在旋轉(zhuǎn)型音圈馬達中體現(xiàn)為扭力敏感度Kt。我們的設(shè)計中把Kf的單位定義為N/A，Kt的單位為N·M/A。

　　音圈馬達是一個簡單的裝置，將電流轉(zhuǎn)化為機械力，所以其定位以及力的控制通過位置反饋裝置以及控制器達成，其精度由控制器決定，與音圈馬達本身毫無關(guān)系。

　　音圈驅(qū)動器（Voice Coil Actuator ）：

　　主要組成的部件較為簡單，線圈，彈簧 ，磁鐵，以及一些固定結(jié)構(gòu)。

　　通過通電線圈在磁場中受到作用力的原理，進行移動，精確控制需要借助一些外部的部件，例如Drive IC，通過DriveIC來控制和輸出電流的大小和時間，由此來控制Voice Coil Actuator需要到達的位置。在手機中，Drive IC所有的控制的信息也是sensor給出。這里說到的sensor也就是我們平時提到的Cmos或者是CCD。因此可以簡單的理解Voice Coil Actuator 為一個只能接收電流信號的裝置。