2.4.1 基本原理
音圈馬達屬於線性直流馬達(Linear Direct Current Motor)的一種，是利用 永久磁鐵與場磁鐵繞線所構成之具有直接驅動、固定行程(stroke)特性的致動 器。音圈馬達的名稱由來是因為其結構與喇叭相似如圖 16 所示，原本被應用在收 音機的喇叭中，現已在要求嚴格的伺服控制器上廣受歡迎。主要應用是作為磁碟 機讀寫頭的驅動馬達，用來移動磁頭到碟片上之各資料軌讀寫資料。音圈馬達所 產生之推力與流經場磁鐵繞線的電流成正比，並具有線性控制、零磁滯(Zero Hysteresis)、超高位置敏感度、低電器及機械時間常數。
當音圈馬達之線圈位於磁場中，當施加電壓於線圈以產生電流時，依據勞倫 斯定律(Lorentz Law)，會有力量 Lorentz Force 作用於線圈上。其力量大小可由 下列方程式中計算得出；其中
由於音圈馬達具有精度高、反應快的特性，配合閉路(Closed Loop)的控制系統，
可以提高磁碟機的軌道密度(Track Density)，增加容量，並降低資料擷取時間 (Access Time)，故主要應用是作為磁碟機讀寫頭的驅動馬達，用來移動磁頭到磁 碟片上的各資料軌道去讀寫資料。音圈馬達的優點有：線性控制的特性、零停滯、
超高位置敏感度、低電氣及機械時間常數(Time Constant)，而現今應用在要求嚴 格(Tight)的伺服控制器上，亦廣受歡迎。
當所應用之場合需要驅動負載做直線往覆式運動時，使用一般旋轉式馬達必 需使用傳動機構將旋轉式運動轉換成直線式運動，但連桿機構及齒輪齒條都有背 隙，定位精度不高，若使用直線式音圈馬達則無上述缺點，唯其行程無法太長；
旋轉式之音圈馬達可視為一種單相直流馬達，唯其旋轉角度受限，一般小於 90 度。音圈馬達磁路之設計是以最少的永磁磁鐵及導磁材料(Soft Magnetic Material)來產生具有高磁通密度的均勻磁場；此外為了提高力量常數並降低功率 消耗，所以必需具有高磁通密度。在線圈移動的整個過程中，磁通密度必需盡量 均勻，使力量常數保持定值，以利控制系統之設計。
2.4.3 音圈馬達之磁路型式
簡單音圈馬達的構造，是由一種筒狀的繞線線圈置於一徑向方向的磁場中，
而磁場由位在定部鐵磁性園柱內徑中的永久磁鐵所構成，磁鐵面向線圈者皆具同 一極性筒狀的繞線線圈套入一鐵磁性的柱狀軸心此軸心與永久磁鐵構成一完整的 磁迴路。磁迴路之設計主要是要以最少的永久磁鐵及導磁材料(Soft Magnetic Material)來產生具有高磁通密度的均勻磁場。為了提高力量常數並降低功率消 耗，所以永久磁鐵需要具有高磁通密度，在線圈移動的整個行程中，磁通密度儘 量保持均勻，以使力量常數保持在固定常數值，以利控制系統的設計。
音圈打馬達的設計可以分為直線式與旋轉式兩種型式。所示為直線式音圈馬 達的幾種點型磁路設計。在 1960~1970 年所使用的永久磁鐵主要是鋁鎳鈷(Alnico) 及陶鐵(Ceramic)磁鐵。鋁鎳鈷系磁鐵具有很高的殘留磁通密度 Br(Residual Flux Density)，但矯頑磁力 Hc(Corecicity)則較低，其減磁曲線(Demagnetization Curve)下降的很快，以至於操作點(Operation Point)很容易漂移。而陶磁曲線則 具有較高的矯頑磁力，但其殘留密度較低，為了要提高氣隙(Air Gap)中的磁通密 度，同時避免發生減磁效應，舊式的音圈馬達多使用 a 型如圖 17 及 b 型如圖 18 兩種磁路。
(Leakage)較多，可能需要有遮蔽(Shielding)，以避免干擾，此設計其音圈馬達 尺寸較長、磁組較大，但現圈之電感較小。b 型磁路設計之磁鐵包覆在導磁材料內，
以具有遮蔽之效果，其磁漏較小而磁組與 a 型相近。c 型磁路必須使用殘留磁通密 度較高且矯頑磁力較大的磁鐵，才能提供較高的磁通密度，而不致產生減磁效應。
d 型磁路型式為效率較高的設計，若設計良好則不必有遮蔽，其磁阻亦較 c 型為 低，整個行程中的磁通密度也較為平均，但其缺點為線圈電感值較高。e 型的磁路 設計通常是使用在旋轉式音圈馬達上。
直線式音圈馬達之典型磁路：
(a)、 a 型磁路設計：磁鐵外露，磁漏較多，需要有遮蔽以避免產生干擾，此種 設計之音圈馬達尺寸較長，磁阻較大，但線圈之電感較 小。如圖 17。
圖 17、a 型磁路設計
(b)、 b 型磁路設計：磁鐵包覆在導磁材料內已具有遮蔽效果，故磁漏較少，磁 阻則與 a 型磁路差不多，如圖 18。
圖 18、b 型磁路設計
(c)、 c 型磁路設計：必需使用殘留磁通密度較高且矯頑磁力較大的磁鐵，才能 提供較高的磁通密度又不致於產生減磁效應，此磁路之線 圈電感較 d 型磁路低，但開口端之磁漏較高，需要有遮蔽。
圖 19、c 型磁路設計
(d)、 d 型磁路設計：是效率較高的設計，若設計良好則不必有遮蔽，磁阻較 c 型磁路低，整個行程中的磁通密度也比較均勻，不過其 缺點是線圈電感值較高，如圖 20。
圖 20、d 型磁路設計
(e)、 e 型磁路設計：通常使用在旋轉式的音圈馬達，其磁漏比 d 型磁路大，
但由於其磁通路徑較短，故磁阻較小，此磁路之缺點是 線圈的使用率較低，且磁通密度較不均勻，如圖 21。