高精度音圈電動(dòng)機(jī)
張寶銘 王春茹（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
1概述
電刷試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)需要測量出施加在電刷上的正壓力廠，以測量電刷與摩擦盤之間的摩擦系數(shù)。用音圈電機(jī)作為電刷的施力機(jī)構(gòu)，音圈電機(jī)的輸出力作為正壓力作用到電刷上，壓力大小可由供給音圈電機(jī)的電流大小測得。這樣，音圈電機(jī)同時(shí)具有施力和測量力的大小兩種功能，如圖1框圖所示。為準(zhǔn)確計(jì)量出電刷上的正壓力，，要求：
a．穩(wěn)流電源輸出穩(wěn)定。
b．音圈電機(jī)輸出特性呈線性，即輸出力廠正比于輸入電流i。
力的數(shù)值顯示以及穩(wěn)流源的精度是很容易達(dá)到要求的。在電刷試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)中，正壓力測量精度的核心是音圈電機(jī)的精度，即輸出特性f=f(i)的線性度。
2音圈電機(jī)設(shè)計(jì)
音圈電機(jī)是一種直流直線電機(jī)，其原理圖如圖2所示。線圈為一螺線管，由內(nèi)、外鐵心圈成的氣隙，磁場呈幅射狀分布。線圈軸線與內(nèi)、外鐵心的軸線同軸。當(dāng)線圈通以直流電流時(shí)，線圈便獲得一個(gè)軸向的作用力，推動(dòng)線圈作直線運(yùn)動(dòng)。在電刷測試轉(zhuǎn)臺(tái)中，音圈電機(jī)只是把產(chǎn)生的軸向力傳遞給電刷，而不產(chǎn)生位移，處于施力狀態(tài)。
作用到音圈上總電磁力為：
式中w-處于磁場作用中的音圈的匝數(shù)
b-音圈所處磁場的磁通密度，認(rèn)為在有效氣隙內(nèi)，磁密是均勻的
l——音圈一匝長度
i——音圈通過的電流鏈過音圈的總磁通量為：
式中l(wèi)-作用于音圈的磁場軸向長度，一般即取其為永磁體軸向長度值
音圈總電磁力可寫為：
由式(3)可見，若使音圈電機(jī)輸出特性f=f(i)是線性的，鏈過音圈的磁通咖應(yīng)當(dāng)保持恒定。
音圈電機(jī)工作時(shí)，有可能出現(xiàn)音圈軸線與鐵心軸線不重合，發(fā)生偏角α如圖3所示。線圈之軸與鐵心軸線偏離α角，線圈所受的電磁力為：
力的方向仍然是沿b的垂直方向，鐵心軸線方向。對(duì)于整個(gè)音圈，此時(shí)處在磁場作用范圍內(nèi)的總匝數(shù)為：
偏心后，音圈所受的電磁力尸與式(1)的f是一樣的。音圈電機(jī)輸出的軸向力不變。電刷所受的正壓力不受音圈的偏心影響。
可見，若獲得線性輸出特性，-f(i)，研制高精度音圈電機(jī)，關(guān)鍵在確保音圈鏈過的磁通量恒定不變。
3 高精度音圈電機(jī)
根據(jù)上述分析，為電刷試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)研制了高精度音圈電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。在這臺(tái)樣機(jī)中，為確保磁通垂不變，采取以下措施：
a．從減小施力機(jī)構(gòu)重量，降低成本，減小磁場外泄干擾出發(fā)，選取長音圈結(jié)構(gòu)。不論音圈軸向位置如何變動(dòng)，與磁場作用的音圈部分長度不變，磁通是恒定的。
b．防止磁通密度受溫度影響，永磁材料選取低溫度系數(shù)的釹鐵硼稀土永磁體。
c．為減小漏磁，在音圈兩側(cè)放置永磁體，即內(nèi)外鐵心均放置永磁體。
d．在永磁體軸向兩端放置鋼質(zhì)磁屏蔽環(huán)。放磁屏蔽環(huán)，目的是把永磁體在有效氣隙無磁屏蔽環(huán)以外的雜散漏磁通，通過屏蔽環(huán)短路，這樣的措施，自然要損失一部分有效磁通的數(shù)量。但它卻使磁通****限度的集中于有效氣隙之內(nèi)，從而使漏磁通大為減小。確保了音圈所鏈之磁 |
