音圈電機是一種不需要任何機械傳動環節，就可以將電能轉化為直線運動機械能的直線電機。由于具有結構簡單、體積小、響應速度快、定位精度高、易于控制等優點，音圈電機廣泛應用于國民經濟的諸多領域。

　　音圈電機以其優秀的動態響應和定位精度，使得磁盤存儲技術得到極大提升，隨著磁盤存儲容量的增加，對音圈電機的推力提出新的要求，并且由于音圈電機的優秀性能，在激光、快速反射鏡、引線鍵合機等需要精密控制領域得到應用。

　　音圈電機的有效氣隙較大導致氣隙磁通密度較低，進而影響電機的推力，最初設計音圈電機首要考慮的是提高音圈電機的出力。由于增大電流會有損耗、散熱等問題，提高力常數的主要方法是增大氣隙磁通密度。

　　1磁路優化

　　有學者對如圖1所示的傳統單極型、單面多級型和雙面多極型三種磁極結構進行分析對比。在傳統單極型結構中，由于一段磁軛的存在導致電機的左右磁路不對稱，容易產生偏心問題。采用差動式結構，減小繞組電感和電樞反應，抑制不平衡推力。

　　采用多級型磁極結構不僅能夠改善偏心問題，在相同體積和永磁材料下，多面多級型磁極結構能夠在一定程度上提高氣隙磁通密度，改善電機推力。但是由于電機磁軛底部的飽和問題，增加徑向充磁磁鋼厚度，氣隙磁通密度不是呈線性提升，且磁通密度提升有限，永磁體利用率較低。

　　有學者提出在音圈電機中采用軸向充磁結構，如圖2所示，推導出軸向充磁圓筒形永磁動圈式直線電機的氣隙磁場解析計算公式，將徑向充磁與軸向充磁分析比對，證明了在采用相同永磁材料的前提下，軸向充磁能夠產生更高的磁通密度，具有明顯的聚磁效果。

　　有學者在采用軸向充磁的基礎上，在音圈電機的中央放置一個磁芯以增加徑向磁通，電機磁路結構如圖3所示。該結構使得內外線圈有效地利用徑向磁通來產生軸向力，進一步提高了電機的輸出力，使其能夠快速驅動大直徑的反射鏡。

　　有學者對非常規的磁極形狀和充磁方向的磁極結構對氣隙磁通密度的影響進行分析，結果發現，采用非常規方向充磁和非矩形的磁極結構可能對氣隙磁通密度有著極大的改善，對于形狀不規則的磁極，其制造和加工燒結方式存在一定困難，故提出一種粘接式的磁極結構。

　　有學者采用徑向軸向混合的磁極陣列，制作了一臺應用于快速掃描鏡的集中通量式音圈電機，如圖4所示。該電機內部中心有一個圓柱形磁體，中心外部有一環形磁體，有助于減小漏磁。

　　有學者針對圓筒形音圈電機的定子磁極充磁方向的不同，對氣隙磁通密度的影響進行研究分析，并提出一種將多個非常規充磁方式的環形永磁體組合的定子結構。其中，徑向充磁的磁極保證氣隙磁通密度的均勻性，上、下兩塊磁極保證氣隙磁通密度的幅值，通過調節3塊磁極的高度得到符合要求的氣隙磁通密度。

　　有學者將Halbach陣列應用到音圈電機的設計，并與普通磁極陣列結構進行分析比較，證明只有Halbach陣列能夠有效地改變氣隙磁通密度，增大幅值、減少波動，還能避免端部軛鐵的飽和問題。環形磁鋼充磁方向如圖5所示。

　　有學者對單片磁極和單線圈、普通磁極陣列和三線圈、Halbach磁極陣列和三線圈三種結構的音圈電機進行性能比較，采用Halbach磁極陣列和三線圈結構的音圈電機具有最大的推力和最小的力矩波動，磁極結構如圖6所示。采用開槽的動圈支架，有助于抑制渦流損耗。從而制作出能夠應用于納米精確定位裝置的音圈電機。

　　2音圈電機線圈優化設計

　　音圈電機是無槽電機，音圈厚度不僅影響電機繞組的安培匝數，還影響氣隙磁通密度。而電機的輸出與這兩項的乘積成正比，因此存在一個使電機輸出最大化的最佳厚度。通過有限元優化繞組厚度得到最優的繞組結構。

　　導線組成如圖7所示。有學者針對線圈材料對電機性能的影響進行分析，在電機體積不變的前提下，分別采用銅鐵混合線和銅包鋁（Copper Clad Aluminum, CCA）線作為線圈，銅鐵混合線減小磁阻，增大氣隙磁通密度，在導線電阻相差不多的前提下，CCA線的質量是銅線質量的40%左右，降低了動子的質量。有學者表明，在線圈體積一定的前提下，改變線圈匝數，不會改變推力。

　　3總結

　　提高音圈電機推力的優化主要分為兩種：一種為磁路優化，即采用多面多磁極結構、聚磁磁極結構和Halbach磁極結構等磁極陣列，在相同的永磁材料用量下，提高氣隙磁通密度，進而實現電機的大推力；另一種為線圈優化，即采用銅鐵或銅鋁混合線，減小氣隙磁阻或動子質量，實現推力的提高，但會增大繞組損耗，故音圈電機高推力的研究主要集中在磁路優化方面。