蝴蝶形音圈電機

蝴蝶形音圈電機結構緊湊，推力大，比推力較均勻。雙磁路、雙動圈音圈電機的結構使氣隙磁場均勻和泄漏磁場減少到最小。運動體質量輕，單個動圈重不到10克，電機加速性能好，磁碟最小取數時間僅5毫秒。電機一小車系統裝配方便，機械諧振點大於2千周，符合技術要求，並為控制線路調試提供方便。動圈導線利用率較低，磁路結構仍需進一步改進。磁體採用稀土磁鋼，價格昂貴，電機成本較高。根據磁碟機使用條件，完全可以用欽鐵永磁代替，降低電機成本，從而使這類磁碟機更具有競爭力。

基本介紹

• 中文名：蝴蝶形音圈電機
• 外文名：Butterfly-shaped voice coil motor
• 優點：結構緊湊，推力大，比推力均勻等
• 性能參數：輸出推力、漏磁場、諧振頻率等
• 命名：形似蝴蝶的音圈
• 套用領域：半導體、光學電子、自動化測試等

音圈機簡介

圈電機是磁碟機中驅動磁頭作往復直線運動的動力源。70年代初曾用步進電機驅動磁頭，因速度慢、定位精度差，後被音圈電機—小車驅動票統代替。音圈電機從磁路觀點分析，有長音圈短磁路結構的長音圈電機和短音圈長磁路結構的短音圈電機。從音圈帶動磁頭結構來分，最初是一個音圈帶動一組磁頭，以後曾採用多音圈結構，即一個音圈驅動一個磁頭。目前在溫切斯特磁碟中套用搖臂音圈電機以及本文討論的是在同一平面內二個音圈帶動一組磁頭的蝴蝶形音圈電機。磁碟機是計算機主要外存儲設備之一，多數採用機電元件，結構複雜。工作速度較慢，遠遠跟不上計算機主機的運算速度，因此從提高數據處理能力來看，縮短磁碟機存取信息時間，也就是加速磁頭運動速度是一項迫切需要研究的課題。音圈電機研製就是為解決該課題而提出的，要加速磁頭運動速度，音圈電機必須具有足夠大的推(拉)力、運動本體質量輕、電機機電常數小以及系統機械諧振頻率高等特點。此外為了減小對磁碟碟片和磁頭的磁化，希望電機向外界雜散漏磁場要小，特別在磁頭工作區域附近漏磁場應越小越好。至於電機結構簡單緊湊、加工裝配方便、耐磨損壽命長和工作可靠等，在設計音圈電機時亦應給予重視。

通過的導體穿過磁場的時候，會產生一個垂直於磁力線的力，這個力的大小取決於通過場的導體的長度、磁場強度及電流大小。音圈電機將實際的電流轉化為直線推力或扭力，他們的大小是實際通過的電流的大小成比例。

蝶形音圈電機結構

它很像在一隻蝴蝶的二隻翅膀上安裝了二個動圈（見概述圖），二個動圈骨架分別與小車左右連線。小車上面有二根圓柱形軌道，底部有一根圓柱形軌道各自固定在底板上。通過小車上面二隻微型滾珠軸承和底部四個微型軸承分別在對應軌道上定位和穩定。當二側動圈產生推(拉)力時，帶動小車在三根圓柱形軌道上作往復直線運動，動圈用自粘性漆包鋁質扁平導線繞制，粘嵌於鋁質動圈骨架上。二個動圈分別在各自獨立的磁路里工作，四周為軟鐵磁路，在小車運動方向的二側為二條稀土鑽磁鋼。線圈套在包有0.5毫米厚銅皮的內鐵心柱上，其間隙由小車與軌道保證。

蝶形音圈電機性能參數測量

音圈電機性能參數的測量，主要是測定電機輸出推(拉)力、比推力均勻性、氣隙磁場、漏磁場和機械諧振頻率等。在以往研製13片盤組用大推力音圈電機時，拉力15公斤，用彈簧秤測定。測機械諧振頻率時，因動圈自重達九百克，故加速度計重20多克可忽略不計。但被測電機正常工作拉力僅20。克左右，而單個動圈重不到10克，這給測試工作帶來一定困難。

推（拉）力測定

為精確測定200克左右推(拉)力，選用了500克、200克、100克三種拉壓感測器，配以數字式力敏表和電動印表機。右圖為實測的推(拉)力曲線。

蝴葬形音圈電機推力曲線

比推力不均勻度定義為±K%=（最大推力-最小拉力）/（最大推力+最小拉力）%。

一般短音圈電機比推力不均勻度為士5%，顯然被測電機比推力不均勻是比較好的。這是因為該電機磁路結構為雙通道磁路，對稱性好，漏磁場小，氣隙磁場均勻。所以推(拉)力曲線在工作行程範圍內變化很小。但線圈有效利用率低，動圈上下二個面導線不在磁路中，故不產生力，僅線圈二側面導線在磁場中產生力。如果進一步改進磁路結構，如在動圈底部構成磁迴路，電機推力將會增加。

漏磁場測定和分析

對音圈電機研究表明，加速磁頭運動速度的有效途徑是增加電機氣隙的磁密和降低電機機電時間常數，電機氣隙磁密增加促使磁路飽和。為了減少電機電樞反應對工作性能影響以及減少線圈的電感，在設計音圈電機時往往有念識地將磁路設計得十分飽和。從而使音圈電機漏磁場普遍較大。例如高性能長音圈電機的漏磁場不僅影響磁頭和磁碟，而且能磁化磁碟操作者所戴手錶，只有加磁禁止後才能工作。短音圈電機因磁路結構原因，漏磁場小~些，但在離前端蓋3厘米處仍有幾十到上百高斯漏磁場。音圈電機是一種同極性磁路結構電機，一般做成圓筒形，沿內鐵心圓柱四周磁通都按一方向進入鐵心圓柱，通過鐵扼、磁體和氣隙回到內鐵心圓柱。為了給動圈留出運動空間，往往做成一端開口，這樣磁路是單通道，即磁通只能一端閉合，另一端則造成很大漏磁並使工作行程內氣隙磁場發生畸變，比推力均勻度變差。這種結構的音圈電機所驅動的磁頭工作位置恰好處在漏磁場最大位置，對磁頭影響較大。

機械諧振頻率測試

機械諧振頻率測試與電機裝配、微型滾珠軸承對軌道壓力、小車是否帶磁頭和組件塊等有關，尤其是該電機單個線圈重只有9.8克，線圈、骨架和小車總重34.2克。原有的重23克加速度感測器和電荷放大器都不能使用。為此進口了一套加速度感測器，自重僅2克的測試設備，配以國產自動掃頻儀和電平記錄儀的實驗線路，測出了在小車不帶磁頭時電機一小車系統的機械諧振頻率特性曲線。發現在低頻50周到100周之間有較小震盪，這在實際套用中是不允許的。其產生原因是電機裝配不佳和壓力彈簧不合適造成的。電機一小車系統共振點發生在大於2千赫處，符合短音圈電機技術指標。諧振頻率越高，系統調試頻帶就寬，系統工作時不易發生共振，調試亦方便，最終才能實現磁碟機快速存取信息的目的。若諧振頻率低於1千赫，即使電機輸出力很大，也不能實現最小取數時間5毫秒的要求。從某種意義上說，電機-小車系統機械諧振頻率的高低，直接決定於音圈電機是否能在磁碟機上的套用間題，它是電機主要技術指標之一，亦是這類磁碟機的關鍵測試項目。可以不誇大地說，不進行電機機械諧振頻率特性曲線的測試，等放沒有對被測電機作出應有評價，就等聆不能肯定該音圈電機是否可用。