CN111404346B - 一种动磁式多向振动线性马达结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动磁式多向振动线性马达结构，包括支撑架和外壳体，外壳体的内部连接有定子组件，支撑架的内部设有振动组件，定子组件包括柔性电路板和线圈，其中，柔性电路板的两侧分别连接有线圈，线圈与柔性电路板电性连接，振动组件包括振子和磁钢组，其中，振子的两侧分别通过弹簧与支撑架连接，振子的两端分别设有磁钢组；本发明还公开了一种动磁式多向振动线性马达结构的实现方法。本发明根据不同的信号输入，通电线圈在磁钢产生的磁场中产生不同频段和大小的驱动力，产生不同的振动波形，提供不同的振动体验。

Description

一种动磁式多向振动线性马达结构及其实现方法

技术领域

本发明属于线性马达技术领域，具体涉及一种动磁式多向振动线性马达结构及其实现方法。

背景技术

伴随着手机应用端、智能穿戴等领域的前端大群体大用户的普及，马达技术有了长远的发展，技术日益成熟。随着沉浸式游戏机、AR、VR等新兴领域的不断成熟，触感的要求变得更加多变复杂。

随着用户日益提高的体验需求，马达作为电子产品的触感来源，结构也发生了翻天覆地的变化。从圆柱马达，到扁平马达，再到线性马达，提供的触感越来越多样、精细。目前在高端设备中，为追求体验，基本全线使用线性马达。线性马达在振动方向上分为Z轴线性马达(振动方向为厚度方向)和水平线性马达(振动方向为非厚度方向)。上述线性马达，其振动方向均为单一的，只有一个可供应用的驱动主要工作频点，一个应用带宽。而随着手持AR&VR反馈器、游戏机的普及，单向的、单主频的线性马达已远远无法满足，具有多个振动方向、多个主频驱动的线性马达已成为必须攻克的技术问题。

马达根据动子状态分为动磁和动圈两种结构。顾名思义，动圈结构是线圈在动子上并参与运动，而提供磁场的永磁体不参与运动，在定子上；动磁结构是提供磁场的永磁体在动子上并参与运动，而线圈位于定子上，不参与运动。在动圈式马达中，为使得定子上的通电端子能将电流顺利通往动子上的线圈，势必需要一些特定处理，常见的方案有柔性电路板连接动子线圈与定子或用弹性通电弹簧连通动子与定子。前一个方案存在柔性电路板参与运动，马达工作响声大、长期工作柔性电路板断裂等问题。后一个方案存在弹性通电弹簧电阻相对较大、占据空间较大、工艺难度大、存在疲劳断裂导致开路等风险。无论哪种方案，工艺难度大，风险管控成本高，所以选择动磁结构具有较大的可制造性、可靠性和经济意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动磁式多向振动线性马达结构，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供的一种动磁式多向振动线性马达结构，具有实现两个主要工作方向的振动并通过电磁阻尼来减小马达停止时间的特点。

本发明另一目的在于提供一种动磁式多向振动线性马达结构的实现方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动磁式多向振动线性马达结构，包括支撑架和外壳体，外壳体的内部连接有定子组件，支撑架的内部设有振动组件，定子组件包括柔性电路板和线圈，其中，柔性电路板的两侧分别连接有线圈，线圈与柔性电路板电性连接，振动组件包括振子和磁钢组，其中，振子的两侧分别通过弹簧与支撑架连接，振子的两端分别设有磁钢组，定子组件位于振动组件的上方。

在本发明中进一步地，线圈的内部设有铁芯。

在本发明中进一步地，外壳体包括上盖板和两个侧盖板，其中，两个侧盖板分别位于上盖板的两侧，柔性电路板分别与上盖板和两个侧盖板连接。

在本发明中进一步地，振子的两端分别设有塑料块，磁钢组嵌入在塑料块的内侧。

在本发明中进一步地，塑料块靠近振子的一侧连接有极片。

在本发明中进一步地，弹簧的两外侧平端分别与振子和支撑架固定连接，弹簧的两内侧平端分别连接有挡块。

在本发明中进一步地，上盖板和支撑架上对应振动组件的两端分别设有限位块。

在本发明中进一步地，支撑架侧边的上方连接有第一定位块，支撑架侧边的两侧分别设有第二定位槽，侧盖板的两侧连接有与第二定位槽相对应的第二定位块，上盖板的两侧设有与第一定位块相对应的第一定位槽。

在本发明中进一步地，所述的动磁式多向振动线性马达结构的实现方法，包括以下步骤：

(一)、支撑架和外壳体组成封闭的容腔，收容内部的振动组件；

(二)、振动组件包括振子和磁钢组，磁钢组为马达驱动提供磁场；

(三)、外壳体的内部连接有定子组件，柔性电路板和线圈构成电路，通电时形成电场，电场和磁场相互作用，驱动马达振动；

(四)、弹簧连接支撑架和振动组件，为运动提供弹力，使振动组件往复运动。

在本发明中进一步地，所述的动磁式多向振动线性马达结构的实现方法，线圈的内部设有铁芯，外壳体包括上盖板和两个侧盖板，其中，两个侧盖板分别位于上盖板的两侧，柔性电路板分别与上盖板和两个侧盖板连接，振子的两端分别设有塑料块，磁钢组嵌入在塑料块的内侧，塑料块靠近振子的一侧连接有极片，弹簧的两外侧平端分别与振子和支撑架固定连接，弹簧的两内侧平端分别连接有挡块，上盖板和支撑架上对应振动组件的两端分别设有限位块，支撑架侧边的上方连接有第一定位块，支撑架侧边的两侧分别设有第二定位槽，侧盖板的两侧连接有与第二定位槽相对应的第二定位块，上盖板的两侧设有与第一定位块相对应的第一定位槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明根据不同的信号输入，通电线圈在磁钢产生的磁场中产生不同频段和大小的驱动力，产生不同的振动波形，提供不同的振动体验，其主要振动方向有两个，驱动力可正交分解于该两个方向上，当信号频率接近某个方向，该方向振动被激发，两个方向的振动可耦合在一个平面内，故可产生在此平面内的多向振动；

2、本发明线圈的内部设有铁芯，铁芯为高导磁材料，振子运动后，磁钢组的磁场不断切割铁芯及线圈，其内部产生感应电动势，使得断电后以焦耳热形式尽快耗散残余动能，可大大加快断电后停止速度，降低马达停止时间；

3、本发明侧盖板为导磁材料，其上固定铁芯、柔性电路板和线圈等部件，并拢工作磁场，并减小马达外部漏磁；

4、本发明塑料块用于收容磁钢组，并作为机械冲击类试验和工况的限位结构，有效保护恶劣情况下的弹簧，避免弹簧损伤；

5、本发明弹簧的特殊形状设计保证其能够实现两个方向的线性运动，并保证这两运动对应的模态处于前两阶，避免除这两个线性运动模态外的模态被驱动信号激励；

6、本发明支撑架材料为导磁材料，支撑两个弹簧，使运动部分悬空，形成运动空间，其导磁特性，可以收拢工作磁场，并减小马达外部漏磁；

7、本发明上盖板和支撑架上对应振动组件的两端分别设有限位块，限位块用于机械冲击类试验和工况的限位结构，有效保护恶劣情况下的弹簧，避免弹簧损伤；

8、本发明的磁路可根据需求对起振方向、漏磁极性、漏磁大小等进行调整，具有灵活的变通性和适应性。

附图说明

图1为本发明的结构爆炸示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的定子组件结构示意图；

图4为本发明的振动组件结构示意图；

图5为本发明上盖板的结构示意图；

图6为本发明侧盖板的结构示意图；

图7为本发明支撑架的结构示意图；

图8为本发明弹簧的结构示意图；

图9为本发明第一磁路方案及其线圈电流的相位关系示意图；

图10为本发明第二磁路方案及其线圈电流的相位关系示意图；

图11-13为本发明实施例3的结构示意图；

图14-16为本发明实施例4的结构示意图；

图17-18为本发明实施例5的结构示意图；

图中：1、上盖板；2、极片；3、塑料块；4、挡块；5、弹簧；6、振子；7、支撑架；8、磁钢组；9、侧盖板；10、铁芯；11、线圈；12、柔性电路板；13、定子组件；14、振动组件；15、外壳体；16、第一定位槽；17、限位块；18、第二定位块；19、第二定位槽；20、第一定位块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-10，本发明提供以下技术方案：一种动磁式多向振动线性马达结构，包括支撑架7和外壳体15，外壳体15的内部连接有定子组件13，支撑架7的内部设有振动组件14，定子组件13包括柔性电路板12和线圈11，其中，柔性电路板12的两侧分别连接有线圈11，线圈11与柔性电路板12电性连接，振动组件14包括振子6和磁钢组8，其中，振子6的两侧分别通过弹簧5与支撑架7连接，振子6的两端分别设有磁钢组8，定子组件13位于振动组件14的上方。

通过采用上述技术方案，振子6为振动部分提供主要重量，其材料可以为不导磁材料，如高比重合金，也可以为导磁性金属材料或合金，如铁、不锈钢等，本实施例选用不锈钢材料。

磁钢组8为1个N极和1个S极朝向线圈11的磁钢组合，磁钢的组装线与线圈中心线形成合适的夹角，使驱动力可正交分解在振动的两个主方向上；磁钢组8可简化为具有两级充磁的单磁钢。

柔性电路板12不参与运动，内部相对静止，其独特的叠层设计保证其能够粘结在上盖板1和侧盖板9上，并通过上盖板1的方形缺口将其上通电端子粘连在上盖板1外部.

进一步地，线圈11的内部设有铁芯10。

通过采用上述技术方案，线圈11粘结在柔性电路板12上，铁芯10固定连接在侧盖板9上，铁芯10为高导磁材料，本实施例选用纯铁，振子6运动后，磁钢组8的磁场不断切割铁芯10及线圈11，其内部产生感应电动势，使得断电后以焦耳热形式尽快耗散残余动能，可大大加快断电后停止速度，降低马达停止时间。

进一步地，外壳体15包括上盖板1和两个侧盖板9，其中，两个侧盖板9分别位于上盖板1的两侧，柔性电路板12分别与上盖板1和两个侧盖板9连接。

通过采用上述技术方案，侧盖板9为导磁材料，本实施例选用铁素体不锈钢，其上固定铁芯10、柔性电路板12和线圈11等部件，并拢工作磁场，并减小马达外部漏磁。

进一步地，振子6的两端分别设有塑料块3，磁钢组8嵌入在塑料块3的内侧，上盖板1和支撑架7上对应振动组件14的两端分别设有限位块17，限位块17为上盖板1和支撑架7上开设的折弯件。

通过采用上述技术方案，支撑架7材料为导磁材料，本实施例选用铁素体不锈钢，支撑两个弹簧5，使运动部分悬空，形成运动空间。其导磁特性，收拢工作磁场，并减小马达外部漏磁。

塑料块3用于收容磁钢组8，并与限位块17并作为机械冲击类试验和工况的限位结构，有效保护恶劣情况下的线圈11及弹簧5，避免线圈11及弹簧5损伤，在跌落工况下，塑料块3会与限位块17碰撞，它们形成的空间足够弹簧在此工况下的变形，以避免弹簧5与其他部件碰撞，造成损伤。同时，避免了此工况下其他部品碰触线圈11，导致产品开路，无法工作)。

进一步地，塑料块3靠近振子6的一侧连接有极片2。

通过采用上述技术方案，极片2固定连接在振子6上，塑料块3与极片2固定连接，极片2可以为导磁材料也可为不导磁材料，本实施例选用不锈钢材料，通过极片2为塑料块3与振子6连接提供焊接工艺组装面。

进一步地，弹簧5的两外侧平端分别与振子6和支撑架7固定连接，弹簧5的两内侧平端分别连接有挡块4。

通过采用上述技术方案，弹簧5为较大弹性形变能力的材料，本实施例选用不锈钢材料，其特殊形状设计保证其能够实现两个方向的线性运动(图2中箭头所示方向)，并保证这两运动对应的模态处于前两阶，避免除这两个线性运动模态外的模态被驱动信号激励，挡块4将焊接工艺形成的点固定转化为面固定，使得焊接工艺造成的损伤位于挡块4下的非运动区，不会影响弹簧寿命。

进一步地，支撑架7侧边的上方连接有第一定位块20，支撑架7侧边的两侧分别设有第二定位槽19，侧盖板9的两侧连接有与第二定位槽19相对应的第二定位块18，上盖板1的两侧设有与第一定位块20相对应的第一定位槽16。

通过采用上述技术方案，通过第二定位槽19与第二定位块18配合，对侧盖板9与支撑架7提供定位；通过第一定位块20与第一定位槽16配合，对上盖板1与支撑架7提供定位。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：磁钢组8为实现相同效果的三磁钢海尔贝克阵列磁钢组。

进一步地，本发明所述的动磁式多向振动线性马达结构的实现方法，包括以下步骤：

(一)、支撑架7和外壳体15组成封闭的容腔，收容内部的振动组件14；

(二)、振动组件14包括振子6和磁钢组8，磁钢组8为马达驱动提供磁场；

(三)、外壳体15的内部连接有定子组件13，柔性电路板12和线圈11构成电路，通电时形成电场，电场和磁场相互作用，驱动马达振动；

(四)、弹簧5连接支撑架7和振动组件14，为运动提供弹力，使振动组件14往复运动。

实施例3

请参阅图11-13，本实施例与实施例1不同之处在于：图11为一种方案时的漏磁极性，其内部磁钢组8方向及极性如图12和13所示。马达起振时线圈电流方向如图12所示时，马达起振方向为箭头所示方向。马达起振时线圈电流方向如图13所示时，马达起振方向为箭头所示方向。此两种起振方向可兼容于同一产品。(仅起振电流方向变化)。

实施例4

请参阅图14-16，本实施例与实施例1不同之处在于：图14为其中一种方案时的漏磁极性，其内部磁钢组方向及极性如图15和16所示。马达起振时线圈电流方向如图15所示时，马达起振方向为箭头所示方向。马达起振时线圈电流方向如图16所示时，马达起振方向为箭头所示方向。此两种起振方向可兼容于同一产品。(仅起振电流方向变化)

实施例5

请参阅图17-18，本实施例与实施例1不同之处在于：图17为其中一种方案时的漏磁极性，其内部磁钢组方向及极性如图18所示，虽然此侧盖板面漏磁极性与图11相同(相对的侧盖板面极性相反)，但由于内部内部磁路变化漏磁大小随之改变。马达起振时线圈电流方向如图18所示时，马达起振方向为箭头所示方向。通过起振线圈电流方向、磁钢磁极转换，同样可以推出其余三种起振模式，同样两两兼容。

综上所述，

(1)、本发明根据不同的信号输入，通电线圈在磁钢产生的磁场中产生不同频段和大小的驱动力，产生不同的振动波形，提供不同的振动体验，其主要振动方向有两个，驱动力可正交分解于该两个方向上，当信号频率接近某个方向，该方向振动被激发，两个方向的振动可耦合在一个平面内，故可产生在此平面内的多向振动；

(2)、本发明线圈11的内部设有铁芯10，铁芯10为高导磁材料，振子6运动后，磁钢组8的磁场不断切割铁芯10及线圈11，其内部产生感应电动势，使得断电后以焦耳热形式尽快耗散残余动能，可大大加快断电后停止速度，降低马达停止时间；

(3)、本发明侧盖板9为导磁材料，其上固定铁芯10、柔性电路板12和线圈11等部件，并拢工作磁场，并减小马达外部漏磁；

(4)、本发明塑料块3用于收容磁钢组8，并作为机械冲击类试验和工况的限位结构，有效保护恶劣情况下的弹簧5，避免弹簧5损伤；

(5)、本发明弹簧5的特殊形状设计保证其能够实现两个方向的线性运动，并保证这两运动对应的模态处于前两阶，避免除这两个线性运动模态外的模态被驱动信号激励；

(6)、本发明支撑架7材料为导磁材料，支撑两个弹簧5，使运动部分悬空，形成运动空间，其导磁特性，可以收拢工作磁场，并减小马达外部漏磁；

(7)、本发明上盖板1和支撑架7上对应振动组件14的两端分别设有限位块17，限位块17用于机械冲击类试验和工况的限位结构，有效保护恶劣情况下的弹簧5，避免弹簧5损伤；

(8)、本发明的磁路可根据需求对起振方向、漏磁极性、漏磁大小等进行调整，具有灵活的变通性和适应性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种动磁式多向振动线性马达结构，包括支撑架(7)和外壳体(15)，其特征在于：外壳体(15)的内部连接有定子组件(13)，支撑架(7)的内部设有振动组件(14)，定子组件(13)包括柔性电路板(12)和线圈(11)，其中，柔性电路板(12)的两侧分别连接有线圈(11)，线圈(11)与柔性电路板(12)电性连接，振动组件(14)包括振子(6)和磁钢组(8)，其中，振子(6)的两侧分别通过弹簧(5)与支撑架(7)连接，振子(6)的两端分别设有磁钢组(8)，定子组件(13)位于振动组件(14)的上方；

振子(6)的两端分别设有塑料块(3)，磁钢组(8)嵌入在塑料块(3)的内侧，上盖板(1)和支撑架(7)上对应振动组件(14)的两端分别设有限位块(17)；

塑料块(3)靠近振子(6)的一侧连接有极片(2)；

磁钢组(8)为一个N极和一个S极朝向线圈(11)的磁钢组合，磁钢的组装线与线圈(11)的中心线形成夹角；

弹簧(5)为波浪形结构。

2.根据权利要求1所述的一种动磁式多向振动线性马达结构，其特征在于：线圈(11)的内部设有铁芯(10)。

3.根据权利要求1所述的一种动磁式多向振动线性马达结构，其特征在于：外壳体(15)包括上盖板(1)和两个侧盖板(9)，其中，两个侧盖板(9)分别位于上盖板(1)的两侧，柔性电路板(12)分别与上盖板(1)和两个侧盖板(9)连接。

4.根据权利要求1所述的一种动磁式多向振动线性马达结构，其特征在于：弹簧(5)的两外侧平端分别与振子(6)和支撑架(7)固定连接，弹簧(5)的两内侧平端分别连接有挡块(4)。

5.根据权利要求1所述的一种动磁式多向振动线性马达结构，其特征在于：支撑架(7)侧边的上方连接有第一定位块(20)，支撑架(7)侧边的两侧分别设有第二定位槽(19)，侧盖板(9)的两侧连接有与第二定位槽(19)相对应的第二定位块(18)，上盖板(1)的两侧设有与第一定位块(20)相对应的第一定位槽(16)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的动磁式多向振动线性马达结构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、支撑架(7)和外壳体(15)组成封闭的容腔，收容内部的振动组件(14)；

(二)、振动组件(14)包括振子(6)和磁钢组(8)，磁钢组(8)为马达驱动提供磁场；

(三)、外壳体(15)的内部连接有定子组件(13)，柔性电路板(12)和线圈(11)构成电路，通电时形成电场，电场和磁场相互作用，驱动马达振动；

(四)、弹簧(5)连接支撑架(7)和振动组件(14)，为运动提供弹力，使振动组件(14)往复运动。

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