摘  要  以对光刻机刻蚀光头调焦音圈电机的设计的实际经验为倒，阐述了音圈电机结构的设计原则，设计了两种结构的音圈电机，一种是采用氟塑料套筒，另一种采用滚珠导套。文中对这两种音圈电机的性能进行了分析。实验结果证明，最终选定的音圈电机结构具有良好而稳定的性能。

叙  词  光刻机音圈电动机结构设计超

     高密度磁盘伺服图形极坐标光刻机（以下简称光刻机）是国家自然科学重点基金课题“快速超高密度外存储基础技术研究”中的一个子项目，是这个课题中首先要研制成功的一台高新专用设备。它要为快速、超大容量外存储技术的研究与开发提供必不可少的物质基础，其原理简图如图1所示[1]。

    光刻机用he-cd激光束在磁盘表面刻写伺服图案，以提高磁盘的记录密度。要达到预期的6 350tpi以上的刻写道密度，除要求光刻机总体结构合理、机械精度高、系统性能稳定之外，还要求各运动控制部分具有较高的性能，其中包括带动磁盘旋转的主轴电机的稳速控制，磁盘径向微进给控制和使激光束聚焦到磁盘表面的光头调焦控制，这三者缺一不可。其中光头调焦控制是为了在磁盘表面得到屡可能小的光点，一方面可以提高记录密度，另一方面也可以集中光束的能量，缩短刻蚀时加热的时间，提高刻写速度。

    本文介绍研制的光头调焦的执行机构——音圈电机，并对其性能进行了检测和分析。

设计音圈电机应遵循以下几个基本原则。

a．磁钢应工作在****磁能积点附近，以使其具有较高的工作效率，即使磁钢以最小的体积产生****的气隙磁密。由于磁钢价格在音圈电机成本中占有较大的比重，而且是按其体积和充磁工艺来计算的，所以在设计时总是要尽量缩减磁锕的体积。

    由磁学基本公式：

 

    式中b为磁密，日为磁场强度，s代表面积，z代表长度，下标m代表磁钢，占代表气隙（以下同）。

    由以上公式可以看出，当气隙磁密一定，而磁钢工作在****磁能积点也就是bm日。取****值时，磁钢的体积sm/m最小（假设气隙的工作体积sale不变）。

    b．在满足对所产生的磁力大小要求的前提下，使音圈电机的体积最小（主要是在磁路不饱和的前提下使磁路截面积最小），这是从成本和结构的合理性来考虑的。

    c．为了提高音圈电机的工作效率，应合理地设计其结构，尽量减小磁路漏磁。设计音圈电机时总是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙，以提高气隙磁密，从而产生尽可能大的磁力。

    d．在音圈电机能产生的****加速度一定的情况下，应尽可能增加bl值(b为工作气隙磁密，z为切割磁力线的音圈绕线长度），以降低允许的****电流。这可以避免引超检测光学位置（调焦误差）用的光电二极管的交叉影响，降低线圈的发热（这对于长音圈、动音圈结构的音圈电机尤其重要），并且可以使音圈的退磁作用比较小，从而提高磁路的工作效率。

    这四个原则是设计音圈电机结构时应综合考虑的优化目标。

    a．根据磁钢在音圈电机中所处的位置不同，音圈电机可以分为肉磁式和外磁式两种结构，如图2所示。

 

    与外磁式结构相比，内磁式结构的磁路较短，漏磁小，但在光头调焦系统中，由于激光束要穿过音圈电机，因此在音圈电机中间必须预留一个通光的孔，故不宜采用内磁式结构。

    b．按照音圈电机中运动部分是音圈还是磁铁系统，又可分为动音圈结构和固定音圈结构。

    动音圈结构的优点是固定的磁铁系统可以比较大，因而可以得到较强的磁场（高b值）。缺点是音圈输电线处于运动状态，容易出现断路的问题；同时由于可运动的支承，运动部件和环境的热接触很恶劣（高rt，rt是运动部件与环境之间的热阻），动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高，因而音圈中所允许的****电流较小。

    与此相反，对于固定音圈结构，线圈的散热不再是大问题(低rt)，