高精度音圈电动机
张宝铭 王春茹（哈尔滨工业大学150001）
1概述
电刷试验转台需要测量出施加在电刷上的正压力厂，以测量电刷与摩擦盘之间的摩擦系数。用音圈电机作为电刷的施力机构，音圈电机的输出力作为正压力作用到电刷上，压力大小可由供给音圈电机的电流大小测得。这样，音圈电机同时具有施力和测量力的大小两种功能，如图1框图所示。为准确计量出电刷上的正压力，，要求：
a．稳流电源输出稳定。
b．音圈电机输出特性呈线性，即输出力厂正比于输入电流i。
力的数值显示以及稳流源的精度是很容易达到要求的。在电刷试验转台中，正压力测量精度的核心是音圈电机的精度，即输出特性f=f(i)的线性度。
2音圈电机设计
音圈电机是一种直流直线电机，其原理图如图2所示。线圈为一螺线管，由内、外铁心圈成的气隙，磁场呈幅射状分布。线圈轴线与内、外铁心的轴线同轴。当线圈通以直流电流时，线圈便获得一个轴向的作用力，推动线圈作直线运动。在电刷测试转台中，音圈电机只是把产生的轴向力传递给电刷，而不产生位移，处于施力状态。
作用到音圈上总电磁力为：
式中w-处于磁场作用中的音圈的匝数
b-音圈所处磁场的磁通密度，认为在有效气隙内，磁密是均匀的
l——音圈一匝长度
i——音圈通过的电流链过音圈的总磁通量为：
式中l-作用于音圈的磁场轴向长度，一般即取其为永磁体轴向长度值
音圈总电磁力可写为：
由式(3)可见，若使音圈电机输出特性f=f(i)是线性的，链过音圈的磁通咖应当保持恒定。
音圈电机工作时，有可能出现音圈轴线与铁心轴线不重合，发生偏角α如图3所示。线圈之轴与铁心轴线偏离α角，线圈所受的电磁力为：
力的方向仍然是沿b的垂直方向，铁心轴线方向。对于整个音圈，此时处在磁场作用范围内的总匝数为：
偏心后，音圈所受的电磁力尸与式(1)的f是一样的。音圈电机输出的轴向力不变。电刷所受的正压力不受音圈的偏心影响。
可见，若获得线性输出特性，-f(i)，研制高精度音圈电机，关键在确保音圈链过的磁通量恒定不变。
3 高精度音圈电机
根据上述分析，为电刷试验转台研制了高精度音圈电机，其结构如图4所示。在这台样机中，为确保磁通垂不变，采取以下措施：
a．从减小施力机构重量，降低成本，减小磁场外泄干扰出发，选取长音圈结构。不论音圈轴向位置如何变动，与磁场作用的音圈部分长度不变，磁通是恒定的。
b．防止磁通密度受温度影响，永磁材料选取低温度系数的钕铁硼稀土永磁体。
c．为减小漏磁，在音圈两侧放置永磁体，即内外铁心均放置永磁体。
d．在永磁体轴向两端放置钢质磁屏蔽环。放磁屏蔽环，目的是把永磁体在有效气隙无磁屏蔽环以外的杂散漏磁通，通过屏蔽环短路，这样的措施，自然要损失一部分有效磁通的数量。但它却使磁通****限度的集中于有效气隙之内，从而使漏磁通大为减小。确保了音圈所链之磁 |
