本發(fā)明涉及一種高推力密度的永磁直線振動電機，屬于直線振動電機領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直線振動動力來源主要有兩大類，一是利用旋轉(zhuǎn)電機配合相應的機械裝置，將電機對外輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動；另一類是直接采用直線振動電機的工作方式，不僅省去中間動力轉(zhuǎn)化的機械裝置，而且還可以提高工作效率。傳統(tǒng)的永磁直線振動電機主要分為三類：動磁式、動圈式以及動鐵芯式。其中動磁式直線振動電機具有良好的帶載能力、力學特性好等優(yōu)點。直線振動電機不僅應用在工業(yè)生產(chǎn)上，而且在用于人們?nèi)粘Ｉ钪?。如醫(yī)療保健器械、按摩產(chǎn)品、振動音樂播放器中也隨處可見，具有廣闊的市場需求。為了提高永磁直線振動電機的性能，本發(fā)明設(shè)計了一種高推力密度的永磁直線振動電機。該電機不僅控制方式靈活，控制效果多樣化，而且?guī)лd能力強、溫升低，使用壽命長。

中國專利201020617560.9公開了一種永磁直線振蕩電機，所述電機采用軸向充磁方式，電機結(jié)構(gòu)包括動子鐵軛、動子永磁體、定子鐵芯、繞組、直線導軌、彈簧、限位塊、直線軸承、零氣隙保證點以及機座等結(jié)構(gòu)，但電機的結(jié)構(gòu)和工作磁路十分復雜，調(diào)節(jié)控制電機特性很不靈活。

中國專利201520220373.x公開了一種帶振動功能的揚聲器，包括盆架下蓋、t型鐵、音圈、盆架上蓋以及彈片等結(jié)構(gòu)。該揚聲器當音圈通入電流后，與磁體相互作用，線圈內(nèi)部會產(chǎn)生安培力，利用作用力與反作用力原理，使彈片帶動磁氣回路振動。但該揚聲器結(jié)構(gòu)較復雜，且永磁結(jié)構(gòu)為t型鐵，充磁不易實現(xiàn)。此外，該揚聲器的工作磁路沒有完全封閉，漏磁比較大，產(chǎn)生相同振動效果時所需的線圈電流較大。

中國專利201010179601.5公開了一種用于直驅(qū)壓縮機的動磁式橫向磁通直線振動電機。所述電機采用橫向磁路結(jié)構(gòu)，磁路與電機的運動方向呈垂直關(guān)系，電機的動子部件是由永磁體支架和鑲嵌在永磁體支架的外圓面上若干塊n、s極交替排列的永磁構(gòu)成，定子部分包括內(nèi)定子與外定子，并且定子沖片上有定子齒和齒槽，定子繞組采用集中繞組，但要求永磁磁鋼與外定子的定子齒數(shù)的數(shù)目相同并且位置一一對應，增加了生產(chǎn)過程中的復雜性，電機的結(jié)構(gòu)相當復雜，對加工精度也提出了更高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了彌補已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高推力密度的永磁直線振動電機。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高推力密度的永磁直線振動電機，包括相互配合的動子結(jié)構(gòu)和定子結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述動子結(jié)構(gòu)包括有兩塊完全相同的圓筒形永磁體，兩塊永磁體上下疊放且兩塊永磁體相對面的極性相同，所述上層永磁體的上方、兩塊永磁體之間、下層永磁體的下方分別放置一塊圓筒形鐵芯；所述定子結(jié)構(gòu)包括有定子內(nèi)部鐵芯、內(nèi)層圓筒形線圈、外層圓筒形線圈以及定子外部鐵芯，外層圓筒形線圈固定在定子外部鐵芯的內(nèi)表面，內(nèi)層圓筒形線圈固定在定子內(nèi)部鐵芯的外表面，且內(nèi)、外層圓筒形線圈的水平對稱軸與定子內(nèi)、外部鐵芯的水平對稱軸都在一條水平線上，內(nèi)、外層圓筒形線圈上分別通入方向相反的電流；所述動子結(jié)構(gòu)置于定子結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外層圓筒形線圈之間。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：所述上方的圓筒形鐵芯和下方的圓筒形鐵芯的尺寸完全相同，中間圓筒形鐵芯的尺寸略小。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：所述定子內(nèi)、外部鐵芯均固定在機座上，機座為非導磁材料。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：由于動子在振動過程中相對中心位置上下運動，為保持動子在運動過程中的磁阻不變，所述定子內(nèi)、外部鐵芯的高度相同，且大于整個動子結(jié)構(gòu)的高度。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：所述動子結(jié)構(gòu)的水平對稱軸和所述定子結(jié)構(gòu)的水平對稱軸在一條水平線上，所述動子結(jié)構(gòu)的垂直對稱軸和所述定子結(jié)構(gòu)的垂直對稱軸重合。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：采用膠粘的方式將外層圓筒形線圈固定在定子外部鐵芯的內(nèi)表面，內(nèi)層圓筒形線圈固定在定子內(nèi)部鐵芯的外表面。

所述的一種高推力密度的永磁直線振動電機，其特征在于：所述動子結(jié)構(gòu)的上、下端分別設(shè)有一個用來支撐和固定動子結(jié)構(gòu)的塑料彈簧片，塑料彈簧片上開有若干小螺孔，小螺孔與螺釘配合緊固塑料彈簧片與動子結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)結(jié)。

根據(jù)電磁場理論，載流線圈在磁場中受到力的方向、磁場的方向以及電流的方向滿足左手定則關(guān)系。當電流相同時，磁場與電流正交的部分越多，線圈所受的力也越大。由于線圈固定在定子鐵芯上，為靜止部分，再由作用力與反作用力的關(guān)系可知，動子部分也會受到力的作用而發(fā)生運動。在該電機中，為保證兩個線圈所受到的力方向一致，這兩個線圈通入的電流方向應相反。當線圈中通入單相交流電時，動子部分受到反復變化的作用力而沿直線軌跡上下振動。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用圓筒形鐵芯和永磁的組合改變磁場分布，使氣隙中的磁場為徑向分布，這樣線圈中電流的方向與磁場的方向正交更多，線圈受到更大的磁場力；當線圈中通入交流電時，依據(jù)相互作用力原理，動子部分就會上下振動；對于兩個線圈，彼此相互獨立，既可同時通電，又可單獨通電，根據(jù)實際情況需要的振動效果，可以靈活選擇通入電流的線圈數(shù)和通入電流的大小；本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)簡單，力學性能好，易加工，生產(chǎn)成本低，并且，和傳統(tǒng)的單個線圈的永磁直線振動電機相比，提高了推力密度，溫升低，過載能力強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

圖2是本發(fā)明電機動子結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。

圖3是本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)的縱向剖面示意圖。

圖4是本發(fā)明電機軸線處縱向剖面的二維磁力線分布示意圖。

圖5是本發(fā)明電機的各部件展開示意圖。

圖6是本發(fā)明電機的組合示意圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明永磁直線振動電機結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。如圖1所示，高推力密度的永磁直線振動電機由以下組成：定子外部鐵芯7、外層圓筒形線圈6、永磁體4、內(nèi)層圓筒形線圈3以及定子內(nèi)部鐵芯2。采用膠粘的方式將外層圓筒形線圈固定在定子外部鐵芯的內(nèi)表面，并將內(nèi)層圓筒形線圈固定在定子內(nèi)部鐵芯的外表面。

圖2是本發(fā)明電機動子結(jié)構(gòu)的剖面示意圖?？紤]到永磁體4為軸向磁化的圓筒形結(jié)構(gòu)，磁力線在圓筒形鐵芯表面兩側(cè)呈徑向分布?？紤]到磁場分布的對稱性，保證兩塊永磁體4相對的面極性相同，并在中間放置一塊圓筒形鐵芯5。

圖3為本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)的縱向剖面示意圖。其中，上方圓筒形鐵芯1、中間圓筒形鐵芯5、下方圓筒形鐵芯8以及永磁體4共同組成電機的動子結(jié)構(gòu)。在動子部分上端和下端各有一個塑料彈簧片，用來支撐和固定動子。在塑料彈簧片上開有一些小螺孔，通過螺釘?shù)淖饔每梢跃o固彈簧與動子之間的聯(lián)結(jié)，確保動子整個振動過程中的平穩(wěn)性。

對于圖1和圖3中的外層圓筒形線圈6和內(nèi)層圓筒形線圈3，必須通入方向相反的電流，這樣整個動子部分所受的電磁力的方向相同，產(chǎn)生的合力可以增強動子的振動效果。如果在某些場合，需要減弱振動效果時，可以減小線圈中的電流，或者也可以對這兩個線圈通入方向相同的電流，產(chǎn)生的合力是兩個線圈分別受力的差值。外層圓筒形線圈6與內(nèi)層圓筒形線圈3彼此獨立，因此每個線圈的電流都可獨立控制，對直線振動效果的控制十分靈活。

圖4是本發(fā)明電機軸線處縱向剖面的二維磁力線分布示意圖。從圖4中可以看出，磁力線與線圈正交的部分很多，驗證了本發(fā)明所提出的方案是正確的。

當外層圓筒形線圈6與內(nèi)層圓筒形線圈3通入方向相反的電流時，由于電流方向與磁場方向正交，線圈在磁場中會受到磁場力。將線圈與定子鐵芯固定，在由牛頓第三定律可知，動子部分就會受到電磁力的作用而發(fā)生運動。當兩個線圈中同時或單獨通入交流電流時，電機均可對外產(chǎn)生振動效果。

如實施例一，定子內(nèi)、外部鐵芯采用10號鋼，永磁體采用釹鐵硼n30，剩磁為1.1t，漆包線線徑為0.42mm。電機的各部件尺寸為：定子外部鐵芯7外徑為158mm，內(nèi)徑為150mm，高為33mm；外層圓筒形線圈6外徑為150mm，內(nèi)徑為146mm；高為10mm；內(nèi)層圓筒形線圈3外徑為72mm，內(nèi)徑為68mm，高度為10mm；定子內(nèi)部鐵芯2外徑為68mm，內(nèi)徑為60mm，高為33mm；動子上方圓筒形鐵芯1和下方圓筒形鐵芯8外徑均為146mm，內(nèi)徑均為72mm，高度均為3mm；中間圓筒形鐵芯5外徑為142mm，內(nèi)徑為76mm，高度為3mm；每個圓筒形永磁體4外徑均為142mm，內(nèi)徑均為76mm，高均為10mm。當兩個線圈同時通入方向相反、有效值為0.4a、頻率為50hz的電流時，電機直線運動的振幅為5mm，動子部分所受力的方向正負交替變化，且峰值為31.41n，按正弦規(guī)律變化。當電機的各項參數(shù)都保持不變，只有外層圓筒形線圈6通入電流時，當產(chǎn)生同樣的電磁力及振動幅度時，則需要向外層圓筒形線圈6通入相同頻率的電流的有效值為0.62a。通過對比可知，兩個線圈同時通電可提高電機的過載能力，電機長時間運行的發(fā)熱問題也可得到解決。換句話說，產(chǎn)生相同大小的力，具有兩個線圈的電機的溫升明顯低于只有一個線圈的電機的溫升。因此，和傳統(tǒng)的單個線圈的永磁直線振動電機相比，發(fā)明的電機提高了推力密度，溫升低，過載能力強。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。