音圈电机的设计
原作者：KhosrowGhadiri（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=25mm2）有效行程=21mm3）平均运动时间=10ms4）载荷质量=50g5）电源电压=12V6）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
tm定义为：
4xmmtm?KfIc其中：
xm=移动距离（m）
m=移动部件的质量（Kg）kf=力常数（千克）
Ic=线圈电流（A）
在tm时间内将质量为m的运动部件移动至距离xm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：
F?KfIc那么
4xmmKfIc?2tm在设计要求中已知
tm，
xm以及
m这些参数的值。
tm?0.010S是平均运动时间。m?0.05Kg是总的运动质量。xm?0.007m是功率为最大时三分之一的有效行程。
因此：
4?0.007?0.05KfIc??14（N）20.01力常数Kf可表示为：
Kf??Bglg其中：
?=线圈的利用系数
Bg=气隙磁通密度lg=运动距离（m）
线圈中的电流可表示为：
Ic?JAWJ=线圈中的导线所能承载的电流
?
2J?20Amm对于铜：
?对于铝：J?12Amm2AW=线圈导线截面积
那么KfIc??BglWJAW?14（N）
将?，Bg，lW，AW按照最小值代入，则KfIcVCM结构布置
磁轭1SN磁轭2SN磁轭3磁轭4W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。从设计目标
看，要求有效行程为21mm，则所需的线圈宽度为8mm。那么气隙的长度Lg和永磁铁的长度Lm，必须有：
Lg?Lm?21mm?8mm?29mm图2线圈的结构布置图
由于空间的限制，VCM框架的宽度W必须是：
W?30mm气隙的厚度由所期望的线圈厚度以及线圈与磁轭（或磁铁）之间的间隙确定。基于线圈厚度tc?2mm和0.5mm的间隙，则气隙厚度
hg?2mm?2?0.5mm?3mm对于磁轭的尺寸hc1和hc2以及磁铁的hm，将在下一节中确定。
VCM框架和磁铁设计
理想化的解决方法：
理想化的方法是用来估计在磁轭上的最大磁通量，以避免磁化饱和，也用来估计磁轭的增量磁导率?c。在理想化的条件下有以下假设：
1）无漏磁通
2）在磁轭上无磁动势（mmf）下降。
在理想化的磁路模型中，我们可以认为退磁曲线与B-H曲线的具有相同的运行线斜率，由此可获得：
Bm?Br??mHm?m是增量磁导率，如下图所示，它是由NeoMax36磁铁的B-H
曲线斜率所确定。
?m图3NeoMax36永磁铁特性曲线
该磁铁的磁通密度是等于气隙的磁通密度。
Bm?Bg
音圈电机的设计
