动铁式电—机械转换器的结构与功耗分析
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摘要：电-机械转换器的分类很多，按其运动形式可分为直线式和转动式电-机械转换器；按其输出特性可分为开关型和比例型电-机械转换器；按其线圈供电种类可分为直流和交流电-机械转换器；按其运动部件可分为动铁式和动圈式电-机械转换器。动铁式电-机械转器与动圈式电-机械转换器相比，具有输出力（力矩）/体积比大、灵敏度高和体积小等优点，在输出相等负载的情况下功耗相对较小，因此基于动铁式电-机械转换器结构的创新成为低功耗电-机械转换器研究的重要方向之一。本文对动铁式电-机械转换器的结构与功耗进行了简单的分析。
关键词：动铁式电-机械转换器；结构；功耗
按照是否具有永磁机构，动铁式电-机械转换器通常可分为电磁铁和力/力矩马达。首先，电磁铁是一种通过控制线圈在导体中产生的输出力/转矩，使衔铁作机械运动，从而对外作功的电-机械转换器。以典型比例电磁铁结构为例，
其工作原理为：当给定比例电磁铁控制线圈一定电流时，在线圈电流控制磁势作用下，形成两条磁路，一条磁路Φ1由端盖经盆形极靴底部沿轴向工作气隙进入衔铁，穿过导套后段、壳体回到端盖极靴，产生轴向力Fml。另一条磁路晚经盆形极靴锥形周边（导套前段）径向穿过工作气隙，再进入衔铁，而后与Φ1汇合，形成附加轴向力Fm2。二者综合得到比例电磁铁输出力Fm相对于衔铁位移的水平力特性。
其次，力/力矩马达是一种通过控制线圈和永磁体的共同作用在导磁中产生的输出力/转矩，使衔铁作机械运动，从而对外做功的电-机械转换器。以典型双向线性力马达结构为例，其工作原理为：当线圈不通电时，输出力和弹簧力将使衔铁处于中位；当线圈通入一种极性的电流后，内部磁场一部分通过磁场叠加得到增强、另一部分则因为磁场相抵而减弱，于是内部磁场将不再平衡，这种不平衡将驱动衔铁向磁场增强的部分移动；反之当通入电流的极性发生变化时，衔铁又会向另一个方向移动。这样，线性力马达可以产生左右两个方向的驱动力，相应的推动衔铁产生两个方向的位移。
由功能转换关系可知，动铁式电-机械转换器的工作状态通常包括动作过程和稳态，当动铁式电-机械转换器的线圈输入阶跃电压信号并使衔铁产生动作时，从电能输入到负载机械功输出的转换过程...
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