动磁铁音圈电机和动圈音圈电机原理区别与应用

动磁铁音圈电机和动圈音圈电机他们都属于圆柱音圈电机范畴，圆柱音圈电机是在音圈电机的基础上，通过合理设计音圈电机的磁路结构，使用较少的永磁材料，在电机工作气隙中产生满足要求的磁通密度，达到降低材料价格的目的。圆柱音圈电机能够直接产生直线运动，在驱动系统中不需要皮带、齿轮等中间传动机构，大大降低了能量损耗，节约了成本，并极大地提高了系统的响应速度和控制精度。虽然永磁材料发展速度很快，性能越来越高而且价格逐步降低，但是在永磁电机的造价中，永磁材料仍然占有很大的比重。

圆柱音圈电机能够直接产生直线运动，在驱动系统中不需要皮带、齿轮等中间传动机构，大大降低了能量损耗，节约了成本，并极大地提高了系统的响应速度和控制精度   。然而业界对音圈电机的详细设计步骤介绍的却不是太多，并且在进行音圈电机的磁路设计时，设计人员的经验是一重要因素。另外，虽然永磁材料发展速度很快，性能越来越高而且价格逐步降低，但是在永磁电机的造价中，永磁材料仍然占有很大的比重。通过合理设计音圈电机的磁路结构，使用较少的永磁材料，在电机工作气隙中产生满足要求的磁通密度就显得很有必要  。

音圈电机结构

永磁励磁音圈电机结构

根据运动部件的不同，音圈电机可分为动铁式和动圈式结构；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型和短音圈型；根据永磁体的不同位置可分为外磁式结构和内磁式结构；

（1）动圈式和动铁式结构

按照音圈电机中运动的是音圈还是铁磁系统，可将音圈电机分为动圈式和动铁式两种类型。

在动圈式结构中，可以将铁磁系统做的大一些，以便产生所需要的气隙磁通密度。音圈是运动部件，在电力系统中容易出现故障，并且工作时产生的热量不容易消散，所以在音圈中的电流不能太大。其优点运动部分质量小，惯性也小，动态响应好。

动铁式结构中，由于铁磁系统在运动，所以对永磁体的体积、重量都有要求。在设计时需要一个较长的固定的线圈，结构比较复杂，且运动部分重量大，惯性也大，故其动态响应没有动圈式好。其优点是散热容易，线圈中可以通较大的电流，行程也可以做的很长。

动圈式音圈电机

动磁式音圈电机

动圈式音圈电机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用的原理而产生作动力。电机定子由产生恒定磁场的永磁体和作为磁通回路的铁芯构成，通电线圈在处于中间的支撑铁芯上运动。通过改变线圈中电流方向使线圈产生往复运动，并由与线圈相连接的非磁性组件将运动导出。此种电机设计容易，原理简单，定子产生的恒定磁场不存在磁滞损耗，输出作动力与线圈中电流成线性关系，并且动子不存在非轴向的力，电机空载时轴向力为零。动子部分由空心线圈构成，

因此其运动质量低，惯性力小，比较适合小推力情况下的高频运动。但由于线圈通电产热会消耗磁力，因此其工作效率会随着电流的变大而有所下降。另外动圈式音圈电机还由连接作动线圈的飞线存在，严重影响了电机长时间运行的可靠性，作动线圈的散热也是难以解决的问题。因此动圈式音圈电机一般以小功率直线电阿机在扬声器、硬盘、微位移调整等领域而被广泛应用，不适合于功率要

求较高和使用寿命要求较长的场合。动铁式音圈电机的工作原理是基于“磁阻最小”原理，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，因此这类电机也被称作磁阻直线电机。动铁式音圈电机定子由

励磁线圈和定铁芯组成，动子由具有高磁导率的铁磁性材料做成，由柔性弹簧限制其在气隙中的运动。通过交替变换励磁线圈中的电流方向而形成变化的磁场，进而使处于磁场中的动子受到交替变化的磁力作用而往复运动，再由与动子相连接的非磁性组件将运动导出。动铁式音圈电机由于不需要永磁体组件，因此其成本大大低于另外两种形式的电机，同时对于电机的整体制造和安装也较为方便。

此外，对高温、振动及腐蚀等恶劣环境的适应能力也比较强。通过改进，与大小相同的其他类型音圈电机相比，动铁式电机能够产生更大的作动力。但这种电机也存在明显的缺点，其动子在运动过程中难以稳定在气隙的中轴线上，因此会产生较大的径向力。另外，由于铁芯自身并不能产生磁场，致使电机功率密度相对较低。因此，该类电机大多应用于对驱动力要求较高，但对精度要求较低的场合，

例如喇叭、振动筛、打桩机等[28]。开关磁阻电机与此类电机的原理相同，只是其输出的是旋转运动，由于其优良的驱动性能及经济适用性，目前已经逐渐成为新能源汽车行业的新宠。相信随着开关磁阻电机技术的不断革新，也会给磁阻直线电机的发展带来一定的借鉴效应。动磁式音圈电机可看做是由动圈式音圈电机的定子和动子互换而成的结果。定子由励磁线圈和铁芯构成，而动子则为方向交替排列的永磁体构成。励磁线圈缠绕在定子铁芯上，并在铁芯端部形成磁极，通过改变线圈中电流的方向而形成一交变磁场。由永磁体组成的动子形成一恒定磁场。在两个磁场的相互作用下，

使动子产生交替变化的轴向作动力，从而推动与其连接的电机轴往复运动。由于采用高性能永磁体作为动子，因此电机结构紧凑、运动质量小、功率密度高。另外，以励磁线圈作为定子，不存在动圈式的飞线问题，同时又方便于设计线圈的散热系统，不但能大大提高电机的功率，又能保证电机的效率。但该类型电机结构原理复杂，分析设计时需考虑磁场的耦合、永磁体的消磁、推力的非线性、电涡流损耗等因素的影响。对于多组磁极构成的大行程动磁直线电机，还存在不可避免的齿槽效应。由于以上原因，增加了此类型电机的设计和开发难度。另外，该类型电机对于永磁体的性能有较强的依赖性，而稀土资源作为重要的战略资源，国家调控政策等因素将会影响永磁体的价格，为了获得更高的力密

度，电机的成本也会大大增加。针对以上三种形式的音圈电机各方面特性，进行了综合对比，结果如表 。

          所示。低成本、效率高、节能是直线电机未来的发展方向，不难看出，在节能这方面，动磁式音圈电机具有明显的优势。