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動磁鐵音圈電機和動圈音圈電機原理區別與應用

返回列表 來源:同茂電機官網 瀏覽:- 發布日期:2018-10-18 08:55:07【

動磁鐵音圈電機和動圈音圈電機原理區別與應用

動磁鐵音圈電機和動圈音圈電機他們都屬于圓柱音圈電機范疇,圓柱音圈電機是在音圈電機的基礎上,通過合理設計音圈電機的磁路結構,使用較少的永磁材料,在電機工作氣隙中產生滿足要求的磁通密度,達到降低材料價格的目的。圓柱音圈電機能夠直接產生直線運動,在驅動系統中不需要皮帶、齒輪等中間傳動機構,大大降低了能量損耗,節約了成本,并極大地提高了系統的響應速度和控制精度。雖然永磁材料發展速度很快,性能越來越高而且價格逐步降低,但是在永磁電機的造價中,永磁材料仍然占有很大的比重。

圓柱音圈電機能夠直接產生直線運動,在驅動系統中不需要皮帶、齒輪等中間傳動機構,大大降低了能量損耗,節約了成本,并極大地提高了系統的響應速度和控制精度   。然而業界對音圈電機的詳細設計步驟介紹的卻不是太多,并且在進行音圈電機的磁路設計時,設計人員的經驗是一重要因素。另外,雖然永磁材料發展速度很快,性能越來越高而且價格逐步降低,但是在永磁電機的造價中,永磁材料仍然占有很大的比重。通過合理設計音圈電機的磁路結構,使用較少的永磁材料,在電機工作氣隙中產生滿足要求的磁通密度就顯得很有必要  

音圈電機結構

永磁勵磁音圈電機結構

根據運動部件的不同,音圈電機可分為動鐵式和動圈式結構;根據音圈電機內線圈的長短可分為長音圈型和短音圈型;根據永磁體的不同位置可分為外磁式結構和內磁式結構;

1)動圈式和動鐵式結構

按照音圈電機中運動的是音圈還是鐵磁系統,可將音圈電機分為動圈式和動鐵式兩種類型。

在動圈式結構中,可以將鐵磁系統做的大一些,以便產生所需要的氣隙磁通密度。音圈是運動部件,在電力系統中容易出現故障,并且工作時產生的熱量不容易消散,所以在音圈中的電流不能太大。其優點運動部分質量小,慣性也小,動態響應好。

動鐵式結構中,由于鐵磁系統在運動,所以對永磁體的體積、重量都有要求。在設計時需要一個較長的固定的線圈,結構比較復雜,且運動部分重量大,慣性也大,故其動態響應沒有動圈式好。其優點是散熱容易,線圈中可以通較大的電流,行程也可以做的很長。

動圈式音圈電機

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動磁式音圈電機

動圈式音圈電機是利用通電導線在磁場中受到安培力作用的原理而產生作動力。電機定子由產生恒定磁場的永磁體和作為磁通回路的鐵芯構成,通電線圈在處于中間的支撐鐵芯上運動。通過改變線圈中電流方向使線圈產生往復運動,并由與線圈相連接的非磁性組件將運動導出。此種電機設計容易,原理簡單,定子產生的恒定磁場不存在磁滯損耗,輸出作動力與線圈中電流成線性關系,并且動子不存在非軸向的力,電機空載時軸向力為零。動子部分由空心線圈構成,

因此其運動質量低,慣性力小,比較適合小推力情況下的高頻運動。但由于線圈通電產熱會消耗能量,因此其工作效率會隨著電流的變大而有所下降。另外動圈式音圈電機還由連接作動線圈的飛線存在,嚴重影響了電機長時間運行的可靠性,作動線圈的散熱也是難以解決的問題。因此動圈式音圈電機一般以小功率直線電阿機在揚聲器、硬盤、微位移調整等領域而被廣泛應用,不適合于功率要

求較高和使用壽命要求較長的場合。動鐵式音圈電機的工作原理是基于磁阻最小原理,即磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合,因此這類電機也被稱作磁阻直線電機。動鐵式音圈電機定子由

勵磁線圈和定鐵芯組成,動子由具有高磁導率的鐵磁性材料做成,由柔性彈簧限制其在氣隙中的運動。通過交替變換勵磁線圈中的電流方向而形成變化的磁場,進而使處于磁場中的動子受到交替變化的磁力作用而往復運動,再由與動子相連接的非磁性組件將運動導出。動鐵式音圈電機由于不需要永磁體組件,因此其成本大大低于另外兩種形式的電機,同時對于電機的整體制造和安裝也較為方便。

此外,對高溫、振動及腐蝕等惡劣環境的適應能力也比較強。通過改進,與大小相同的其他類型音圈電機相比,動鐵式電機能夠產生更大的作動力。但這種電機也存在明顯的缺點,其動子在運動過程中難以穩定在氣隙的中軸線上,因此會產生較大的徑向力。另外,由于鐵芯自身并不能產生磁場,致使電機功率密度相對較低。因此,該類電機大多應用于對驅動力要求較高,但對精度要求較低的場合,

例如喇叭、振動篩、打樁機等[28]。開關磁阻電機與此類電機的原理相同,只是其輸出的是旋轉運動,由于其優良的驅動性能及經濟適用性,目前已經逐漸成為新能源汽車行業的新寵。相信隨著開關磁阻電機技術的不斷革新,也會給磁阻直線電機的發展帶來一定的借鑒效應。動磁式音圈電機可看做是由動圈式音圈電機的定子和動子互換而成的結果。定子由勵磁線圈和鐵芯構成,而動子則為方向交替排列的永磁體構成。勵磁線圈纏繞在定子鐵芯上,并在鐵芯端部形成磁極,通過改變線圈中電流的方向而形成一交變磁場。由永磁體組成的動子形成一恒定磁場。在兩個磁場的相互作用下,

使動子產生交替變化的軸向作動力,從而推動與其連接的電機軸往復運動由于采用高性能永磁體作為動子,因此電機結構緊湊、運動質量小、功率密度高。另外,以勵磁線圈作為定子,不存在動圈式的飛線問題,同時又方便于設計線圈的散熱系統,不但能大大提高電機的功率,又能保證電機的效率。但該類型電機結構原理復雜,分析設計時需考慮磁場的耦合、永磁體的消磁、推力的非線性、電渦流損耗等因素的影響。對于多組磁極構成的大行程動磁直線電機,還存在不可避免的齒槽效應。由于以上原因,增加了此類型電機的設計和開發難度。另外,該類型電機對于永磁體的性能有較強的依賴性,而稀土資源作為重要的不可再生的戰略資源,國家調控政策等因素將會影響永磁體的價格,為了獲得更高的力密

度,電機的成本也會大大增加。針對以上三種形式的音圈電機各方面特性,進行了綜合對比,結果如表


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          所示。低成本、高效、節能是直線電機未來的發展方向,不難看出,在高效節能這方面,動磁式音圈電機具有明顯的優勢。



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