摘  要  以對光刻機刻蝕光頭調焦音圈電機的設計的實際經驗為倒，闡述了音圈電機結構的設計原則，設計了兩種結構的音圈電機，一種是采用氟塑料套筒，另一種采用滾珠導套。文中對這兩種音圈電機的性能進行了分析。實驗結果證明，最終選定的音圈電機結構具有良好而穩定的性能。

敘  詞  光刻機音圈電動機結構設計超

     高密度磁盤伺服圖形極坐標光刻機（以下簡稱光刻機）是國家自然科學重點基金課題“快速超高密度外存儲基礎技術研究”中的一個子項目，是這個課題中首先要研制成功的一臺高新專用設備。它要為快速、超大容量外存儲技術的研究與開發提供必不可少的物質基礎，其原理簡圖如圖1所示[1]。

    光刻機用he-cd激光束在磁盤表面刻寫伺服圖案，以提高磁盤的記錄密度。要達到預期的6 350tpi以上的刻寫道密度，除要求光刻機總體結構合理、機械精度高、系統性能穩定之外，還要求各運動控制部分具有較高的性能，其中包括帶動磁盤旋轉的主軸電機的穩速控制，磁盤徑向微進給控制和使激光束聚焦到磁盤表面的光頭調焦控制，這三者缺一不可。其中光頭調焦控制是為了在磁盤表面得到屢可能小的光點，一方面可以提高記錄密度，另一方面也可以集中光束的能量，縮短刻蝕時加熱的時間，提高刻寫速度。

    本文介紹研制的光頭調焦的執行機構——音圈電機，并對其性能進行了檢測和分析。

設計音圈電機應遵循以下幾個基本原則。

a．磁鋼應工作在****磁能積點附近，以使其具有較高的工作效率，即使磁鋼以最小的體積產生****的氣隙磁密。由于磁鋼價格在音圈電機成本中占有較大的比重，而且是按其體積和充磁工藝來計算的，所以在設計時總是要盡量縮減磁錒的體積。

    由磁學基本公式：

 

    式中b為磁密，日為磁場強度，s代表面積，z代表長度，下標m代表磁鋼，占代表氣隙（以下同）。

    由以上公式可以看出，當氣隙磁密一定，而磁鋼工作在****磁能積點也就是bm日。取****值時，磁鋼的體積sm/m最小（假設氣隙的工作體積sale不變）。

    b．在滿足對所產生的磁力大小要求的前提下，使音圈電機的體積最小（主要是在磁路不飽和的前提下使磁路截面積最小），這是從成本和結構的合理性來考慮的。

    c．為了提高音圈電機的工作效率，應合理地設計其結構，盡量減小磁路漏磁。設計音圈電機時總是希望磁鋼的磁力線盡可能多地通過氣隙，以提高氣隙磁密，從而產生盡可能大的磁力。

    d．在音圈電機能產生的****加速度一定的情況下，應盡可能增加bl值(b為工作氣隙磁密，z為切割磁力線的音圈繞線長度），以降低允許的****電流。這可以避免引超檢測光學位置（調焦誤差）用的光電二極管的交叉影響，降低線圈的發熱（這對于長音圈、動音圈結構的音圈電機尤其重要），并且可以使音圈的退磁作用比較小，從而提高磁路的工作效率。

    這四個原則是設計音圈電機結構時應綜合考慮的優化目標。

    a．根據磁鋼在音圈電機中所處的位置不同，音圈電機可以分為肉磁式和外磁式兩種結構，如圖2所示。

 

    與外磁式結構相比，內磁式結構的磁路較短，漏磁小，但在光頭調焦系統中，由于激光束要穿過音圈電機，因此在音圈電機中間必須預留一個通光的孔，故不宜采用內磁式結構。

    b．按照音圈電機中運動部分是音圈還是磁鐵系統，又可分為動音圈結構和固定音圈結構。

    動音圈結構的優點是固定的磁鐵系統可以比較大，因而可以得到較強的磁場（高b值）。缺點是音圈輸電線處于運動狀態，容易出現斷路的問題；同時由于可運動的支承，運動部件和環境的熱接觸很惡劣（高rt，rt是運動部件與環境之間的熱阻），動音圈產生的熱量會使運動部件的溫度升高，因而音圈中所允許的****電流較小。

    與此相反，對于固定音圈結構，線圈的散熱不再是大問題(低rt)，