什么是音圈電機(jī)？如何工作的,？如何應(yīng)用于相機(jī)鏡頭調(diào)焦？

羅羅日記

在運(yùn)動平臺中,，對于微小運(yùn)動,，例如1-5毫米，甚至更小的行程,，常用音圈電機(jī)來驅(qū)動,。

因?yàn)樗鼈兙哂畜w積小，運(yùn)動質(zhì)量小,，高加速度等顯著特征,。

無論是在工業(yè)領(lǐng)域,，還是在醫(yī)用內(nèi)窺鏡,，呼吸機(jī)，以及攝像頭調(diào)焦等方面都有廣泛的應(yīng)用,。

比如小位移吸取頭,，常用扁平型音圈電機(jī)驅(qū)動，配合LVDT絕對式位移傳感器,，檢測運(yùn)動軸位置,。

再比如，手機(jī)攝像頭中,，用圓柱形音圈電機(jī),，來帶動鏡頭運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦,。

線圈運(yùn)動式單軸音圈電機(jī)驅(qū)動平臺,，來源：H2W Technologies, Inc.

音圈電機(jī)用于微攝像頭調(diào)焦

音圈電機(jī)用于微攝像頭調(diào)焦

不同形式的音圈電機(jī)驅(qū)動平臺和調(diào)焦平臺及其參數(shù)，來源：Equipment Solutions, Inc.

那么,，何為音圈電機(jī)（VCM=Voice Coil Motor）,？其運(yùn)動原理是什么？

1. 什么是音圈,？

首先,，什么是音圈？

音圈一詞,，其實(shí)來源于揚(yáng)聲器,。

它實(shí)質(zhì)上就是一個線圈。

在揚(yáng)聲器中，用來產(chǎn)生（展示）聲音信號,，所以叫音圈,，多虧了它，我們才能聽到美妙的音樂,。

揚(yáng)聲器的底層邏輯,，其實(shí)也是帶電導(dǎo)線在磁場中受洛倫茲力，發(fā)生有規(guī)律的運(yùn)動,，帶動相關(guān)部件振動,，進(jìn)而發(fā)出聲音。

我們來具體看一下,。

音圈（線圈）纏繞在椎體上,，永磁體南北極如上左圖（a）所示，內(nèi)圈是北極,，外圈是南極,，在剖視圖（b）中，磁場穿過音圈導(dǎo)線向外輻射,，當(dāng)導(dǎo)線通聲音信號（電流）時,，音圈在左右方向受力，發(fā)生運(yùn)動,，帶動錐體振動,，通過空氣把聲音擴(kuò)散到外部。

來幾張動圖,，就一目了然了,。

通電時，音圈來回運(yùn)動

通電時,，音圈來回運(yùn)動,，帶動相關(guān)部件振動，發(fā)出聲音

2．音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)及原理

音圈電機(jī)的原理,，和上面所說的一模一樣：線圈在永磁場中通電受力,，發(fā)生運(yùn)動，只不過音圈電機(jī)線圈不連接在擴(kuò)音部件上,，而是連接在其他需要驅(qū)動的部件上,。

磁體運(yùn)動式圓柱形音圈電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：音圈固定，磁體和軸固連,，軸兩端有柔性導(dǎo)向結(jié)構(gòu),，當(dāng)線圈通電，線圈和磁鐵之間會產(chǎn)生軸向力,，帶動軸運(yùn)動,。

線圈運(yùn)動式音圈電機(jī)剖視圖,，上方線圈電流垂直于屏幕向外，下方電流垂直于屏幕向里,，磁場在縫隙中垂直于電流,，使用左手定則（讓磁感線穿過手心，四指指向電流方向,，大拇指所指方向就是線圈受力方向）,，很容易知道線圈沿左右方向受力運(yùn)動。

線圈受到的力稱為洛倫茲力,，由電流和磁通量的乘積確定：

F = k * B * L * I * N

其中,，

F =力（N）

k =力常數(shù)

B =磁通密度（特斯拉）

L =線長（m）

I =電流（安培）

N =導(dǎo)體數(shù)量

對于給定的音圈，除電流外,，所有參數(shù)都是固定的,。因此，產(chǎn)生的力與輸入電流成正比,。力的方向既垂直于磁通量方向,，又垂直于電流方向，改變電流方向會改變力的方向,。

這就是音圈電機(jī)的原理,。

其核心，還是通電線圈在磁場中受洛倫茲力,。

在實(shí)際應(yīng)用中,，音圈產(chǎn)生的力推動負(fù)載，活動部件可以是線圈,，也可以是磁體（力是相互的）。

線圈運(yùn)動比磁體運(yùn)動質(zhì)量低得多,，可以驅(qū)動更高負(fù)載,。

但是，線圈會產(chǎn)生熱量,，如果負(fù)載對溫度波動敏感,，那么使用磁體移動更好。

當(dāng)然,，作為一個完整的執(zhí)行機(jī)構(gòu),，音圈電機(jī)和直線電機(jī)一樣，需要導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和位置反饋裝置,。

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以用柔性結(jié)構(gòu)（一般用于微小運(yùn)動）,，滑塊式導(dǎo)軌，空氣軸承,，或者交叉滾子導(dǎo)軌等,。

反饋設(shè)備,，可以用光柵尺和讀數(shù)頭，也可以用LVDT位移傳感器,，霍爾傳感器等,。它們和伺服控制器，提供了一種閉環(huán)系統(tǒng),，可實(shí)現(xiàn)極其精確的位置和速度控制,。

即使沒有反饋裝置，音圈電機(jī)也具有良好的力控制,，這是因?yàn)槠洚a(chǎn)生的力與施加的電流成正比,。

3軸音圈電機(jī)驅(qū)動平臺，來源：H2W Technologies, Inc.

3. 音圈電機(jī)如何應(yīng)用于鏡頭調(diào)焦,？

我們再來仔細(xì)看看,，音圈電機(jī)是如何用于鏡頭調(diào)焦的。

扁平形和圓柱形都看一下,。

扁平式音圈電機(jī),，用于驅(qū)動微鏡頭調(diào)焦：如圖（b）所示，鏡頭和永磁鐵固定在鏡架上,，然后穿在圖（c）對角線上兩根導(dǎo)向桿中,。如圖（c），導(dǎo)向桿及線圈還有霍爾傳感器固定在基座上,，當(dāng)線圈通電,，便可驅(qū)動鏡頭上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦,。圖片來源：《Design and Characterization of Miniature Auto-Focusing Voice Coil Motor Actuator for Cell Phone Camera Applications》

圓柱式音圈電機(jī),，驅(qū)動鏡頭上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦：鏡頭和線圈固定在藍(lán)色鏡座上,，頂部和底部有黃色的柔性導(dǎo)向結(jié)構(gòu),，它們和鏡座固連。柱形磁鐵在外側(cè)提供磁場,，磁場輻射方向垂直于線圈,，容易判斷出線圈在上下方向受力，帶動鏡頭運(yùn)動,，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦,。圖片來源：《Design and Characterization of Miniature Auto-Focusing Voice Coil Motor Actuator for Cell Phone Camera Applications》

到此，我們明白了音圈電機(jī)的工作原理,。

正因?yàn)檫@個原理,，音圈電機(jī)有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：無需換相，低至無遲滯,，零齒槽,，與“螺桿式”動力器相比,，機(jī)械部件更少，線性控制特性,，高功率質(zhì)量比,，高功率體積比，無限位置（僅受編碼器限制）,，高加速度等,。

所以音圈電機(jī)很適合于小位移直線運(yùn)動，如果你的設(shè)計中有這個要求,，不妨可以考慮一下使用音圈電機(jī),。

相關(guān)閱讀：（因?yàn)闀r間關(guān)系，很多文章沒有同步到論壇,，感興趣的可以去我公眾號閱讀：羅羅日記,。來一起學(xué)習(xí)哦）

1.直線電機(jī)是如何工作的？

2.LVDT位移傳感器的原理是什么,？

3.光柵尺的原理是什么,？怎么選擇？供應(yīng)商都沒講明白,，6年了我第一次聽懂

4.霍爾傳感器的原理是什么,？有哪些應(yīng)用？有什么優(yōu)缺點(diǎn),？

5.潔凈室用直線導(dǎo)軌和普通導(dǎo)軌有什么區(qū)別,？

羅羅日記

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音圈電機(jī)和電致伸縮，磁致伸縮相比,，有何優(yōu)劣勢？謝謝,！

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