CN219204661U - 磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子 - Google Patents

Abstract

磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体，动磁式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，定子组件包括线圈组合结构，动子组件包括磁铁组合结构，定子组件固定在外筒内，传振片固定在外筒上，动子组件与传振片通过至少一个位点固定连接，从中心往外看，永磁铁在内，线圈在外；永磁铁的数量为N_磁，线圈的数量为N_圈，N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；动铁式振子本体内部设有2N个两两对称设计的磁域D_1,i和D_2,i，使得该非线性项在最后的合力中能够相互抵消，只剩下针对电流的线性项部分。

Description

磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子

技术领域

本实用新型涉及振子技术领域，具体是磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子。

背景技术

骨传导耳机的振子和或者触觉反馈的致动器设计，动磁方式的设计具备有诸多优点，比如线圈部分的散热会更佳，作为负载的动子组件本身不会被加热；线圈是空心轴的设计，磁铁位于内部，使得整体实现更紧凑的设计；另外，因为线圈是静止的，所以没有线圈连接线易于损坏的缺点。另外，动磁的设计可以允许有高峰力值，以及高峰力值和移动质量比，从而具备更高的加速度G值。

现有的动磁方式的振子设计，因为磁铁和线圈组合方式的设计存在一定的不足，往往会出现比较高的非线性项，即动子组件的所受力或者加速度值，在低频或者高频段会出现比较高的失真，也就是总谐波失真THD(total harmonic distortion)，附图22为现有的动磁式设计的振子的总谐波失真THD测试图，可以看出，在25hz附近，失真达到99％，在100hz左右，失真达到46％。这么大的失真，说明在低频附近，音频信号或者触觉反馈信号的失真导致音质和触觉反馈的实际感知已经和实际的出入很大。一般来说，当失真大于10％时，从音频的标准是不能接受的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子。

本实用新型的技术方案是：磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体，所述动磁式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述定子组件固定在外筒内，所述传振片固定在外筒上，所述动子组件与所述传振片通过至少一个位点固定连接，从中心往外看，所述永磁铁在内，所述线圈在外；所述永磁铁的数量为N_磁，线圈的数量为N_圈，N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；所述动铁式振子本体内部设有2N个两两对称设计的磁域D_1,i和D_2,i，N为1,2,3,…,100，i＝1,2,3,…；所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,i和D_2,i，且在磁域D_1,i中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,i中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相反；或者在磁域D_1,i中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相反，而在磁域D_2,i中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同。

本实用新型通过改进在此提供磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

1.磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，可以将动子组件所受驱动力，或者动子组件加速度中对振子线圈电流的非线性项通过一种对称或者非对称的设计，使得该非线性项在最后的合力中能够相互抵消，只剩下针对电流的线性项部分，从而大大减小振子的失真，改善振子对于原始音频信号或者触觉反馈信号的保真度。

2.在低频段的总谐波失真大大降低，从原来的峰值99％降低到峰值15％以下，改善明显。

3.失真曲线的降低，从另外一个方面等效换算成振子系统谐振频率的降低，从而音质更好；另外，也可以等效换算成振子系统灵敏度的提高和功耗的降低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步解释：

图1是本实用新型实施例1的剖视图；

图2是本实用新型实施例1的线圈和永磁铁的磁力线闭合曲线；

图3是本实用新型实施例1的磁域分析图；

图4是本实用新型实施例1的磁域和定子组件与动子组件的关系图；

图5是本实用新型实施例1的磁域和动子组件的受力分析图；

图6是本实用新型实施例1的动子组件的受力分析图；

图7是本实用新型实施例2的剖视图；

图8是本实用新型实施例2的线圈和永磁铁的磁力线闭合曲线；

图9是本实用新型实施例2的磁域分析图；

图10是本实用新型实施例2的磁域和定子组件与动子组件的关系图；

图11是本实用新型实施例2的磁域和动子组件的受力分析图；

图12是本实用新型实施例2的动子组件的受力分析图；

图13是本实用新型实施例3的剖视图；

图14是本实用新型实施例3的线圈和永磁铁的磁力线闭合曲线；

图15是本实用新型实施例3的磁域分析图；

图16是本实用新型实施例3的磁域和定子组件与动子组件的关系图；

图17是本实用新型实施例3的磁域和动子组件的受力分析图；

图18是本实用新型实施例4的剖视图；

图19是本实用新型实施例4的线圈和永磁铁的磁力线闭合曲线；

图20是本实用新型实施例4的磁域分析图；

图21是本实用新型实施例4的磁域和动子组件的受力分析图；

图22是现有技术的动磁式振子的总谐波失真THD测试图；

图23为实施例1的动磁式振子的总谐波失真THD测试图。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细说明，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

磁圈并联：沿着振子的振动方向看，永磁铁和线圈的排列方向和振子的振动方向呈平行关系，且从中心往外看，永磁铁在内，线圈在外，即为磁圈并联型。

对于非线性项抵消的设计，振子内部存在2N组磁域，磁域成对组合，定义为磁域D_1,i和D_2,i。其中i＝1,2,3,…,N。线圈的主磁力线闭合曲线和永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁力作用域D_1,i和D_2,i，且在磁域D_1,i中，线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,i中，线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。或者在磁域D_1,i中，线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反，而在磁域D_2,i中，线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同。

当穿过某磁域的线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同时，总磁通量等于线圈产生磁通量和永磁铁产生磁通量的和。当穿过某磁域的线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同时，总磁通量等于线圈产生磁通量和永磁铁产生磁通量的差。

磁域：本实用新型的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子内部包括至少一个磁力作用域。磁力作用域是指某片空间区域，该区域之内存在某种电磁场或者多种电磁场，使得围绕磁力作用域的各部件之间发生相互作用力，我们将这种区域定义为磁力作用域，简称磁域。磁域即是磁力发生相互作用的空间区域，一般由永磁体和永磁体之间的空间区域(产生吸引或者排斥的相互作用)，或者由永磁体和导磁体之间围成的空间区域(产生吸引相互作用)，或者由被永磁体磁化的导磁体(轭铁)之间所围成的空间区域，或者由永磁体(构成永磁体的硬磁材料的磁导率接近于空气)内部发生磁力相互作用的空间区域组成。

总的来说，目前有两类磁力作用域，第一类磁域是由动子组件内部或者定子组件内部围成的磁力作用域；第二类是动子组件和定子组件之间围成的磁力作用域。因此通过第二类磁力作用域的分析，可以得到动子组件的受力分析，从而得到振子系统动子组件的合力，并可进一步给出其振动方程。

实施例1

请参照图1-6，磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体11，所述动磁式振子本体11包括外筒1，传振片7，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述线圈组合结构包括线圈3和第一导磁体4，所述磁铁组合结构包括永磁铁6和第二导磁体5，所述线圈组合结构固定在外筒1内，所述传振片7固定在外筒1上，所述动子组件与所述传振片7通过至少一个位点固定连接，其中，动子组件运动，而定子组件不动，动子组件称为运动件；

其中，传振片7根据应用场景不同，可以是矩形、圆形、跑道型或者三维的结构，根据不用的应用场景，进行搭配使用；传振片7通常固定在外筒1的顶面上、底面上或者中间。

定子组件固定在外筒1内，可以是在外筒1的内侧壁、顶面或者底面；

所述动子组件与所述传振片7通过至少一个位点固定连接，位点包括了点接触和面接触，可以是一个位点，也可以是两个位点，也可以是多个位点。

所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁6的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件：

从中心往外看，所述永磁铁6在内，所述线圈3在外；N_圈＝2；n＝1；当N_圈>1时，邻近线圈3中电流的方向相反，相邻两个线圈3，临近的两个端面的电磁场的极性相同。

所述线圈3靠近的外壳处使用导磁体，使得线圈3形成电磁铁6的磁路的磁阻尽量小；磁铁组件中永磁铁6之间用导磁体隔离；线圈3和永磁铁6周围使用轭铁，或者针对线圈组件，和线圈3靠近的外壳使用导磁外筒。

外筒1可以是导磁外筒或者非导磁外筒，为了降低磁阻，优选导磁外筒；外筒的横截面可以是圆形，方形、或者异形等形状，可以是连续的或者不连续的，比如柱状的连接或者栅格状的不连续。

所述线圈组合结构还包括第一导磁环2，从中心往外看，所述线圈3在外，所述永磁铁6在内，所述永磁铁6为一个，所述线圈3为两个，邻近线圈3中电流的方向相反，相邻两个线圈3，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片7设有两个，两个所述传振片7分别固定在所述外筒1的顶面和底面上，所述永磁铁6固定在所述第二导磁体5中，所述第二导磁体5的两端分别固定在所述传振片7上，所述第一导磁体4固定在所述外筒1的内侧壁中部，两个所述线圈3分别固定在所述第一导磁体4的两侧，两个所述线圈3的外侧固设有所述第一导磁环2，所述线圈3和所述第一导磁环2都固定在所述外筒1的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁6的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有2个两两对称设计的磁域D_1,1和D_2,1，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁6的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1和D_2,1，且在磁域D_1,1中，所述线圈3的磁力线方向和所述永磁铁6的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈3的磁力线方向和永磁铁6的磁力线方向相反。

为了进一步说明磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，请参照附图2和3，气隙1构成磁力作用域D_1,1，气隙2构成磁力作用域D_2,1。在磁力作用域内，永磁铁6产生的磁场和线圈3电磁铁产生的磁场之间相互叠加所产生总的磁通量/磁感应强度，使得磁域周边的部件产生相互作用力。

通过线圈C₁的电流和通过线圈C₂的电流都为i，但是线圈C₁中电流方向和线圈C₂中的电流方向相反。假定线圈C₁对应的磁通量为Φ_i1，线圈C₂对应的磁通量为Φ_i2，永磁铁对应的磁通量为Φ_m。在磁域D₁(磁力作用域D₁)中，线圈C₁对应的磁力线方向和永磁铁对应的磁力线方向相同，因此在磁域D₁中，总的磁通量为Φ_i1和Φ_m的加值。在磁域D₂(磁力作用域D₂)中，线圈C₂对应的磁力线方向和永磁铁对应的磁力线方向相反，因此在磁域D₂中，总的磁通量为Φ_i2和Φ_m的减值。假定在各磁域中，永磁铁6的磁力线方向为正方向，则有：

Φ_D1＝Φ_m+Φ_i1

Φ_D2＝Φ_m-Φ_i2

假定上面线圈1和线圈2电流产生的电磁场形成的磁路的磁阻分别为Z_i1和Z_i2，N是线圈的匝数，i是电流强度，则有：

因为线圈C₁和C₂的磁路结构是一种对称设计，因此Z_i1＝Z_i2＝Z_i，故有

另外，假定电流产生的电磁场形成的磁路的磁导为G_i，则有：

永磁铁6对应的磁通量，也可以换成磁感应强度的公式来表示。假定永磁铁磁极端面的磁感应强度为B_m，磁极端面的面积为S_m，可以得到，

从而有

请参照附图2，附图2是将线圈C1，线圈C2和永磁铁的磁力线闭合曲线单独画出。图中，线圈C1产生的闭合磁力线穿过磁隙D1，线圈C1产生的闭合磁力线穿过磁隙D2，而永磁铁产生的闭合磁力线依次穿过磁隙D1和磁隙D2。

请参照附图3，附图3动子组件，磁域D_1，1，D_2，1和定子组件的关系图。在磁域D_1，1中动子组件受到来自于定子组件的向右的吸力F₁，在磁域D_1，1中动子组件受到来自于定子组件的向左的吸力F₂，以向右为正方向，则动子组件受到的定子组件的合力为F₁-F₂。

请参照附图5，附图5是动子组件隔离出来的受力分析图，动子组件受到来自于定子组件的力，分别为向右的吸力F₁和向左的吸力F₂，其合力为F₁-F₂。

F_动磁＝F₁-F₂

进一步推导各磁域产生的电磁力的公式。作用在被磁化了的铁磁物体上的电磁吸力，其大小与磁力线穿过磁极的总面积及磁感应强度的平方成正比。如果磁感应强度B沿磁极表面是均匀分布的，而且计算气隙长度较小时，则计算电磁吸力的公式由麦克斯韦公式计算，其表达式为：

F：电磁吸力

B：磁通密度(Magnetic flux density)或者磁感应强度

穿越介质的磁通量

S：磁力线穿越磁极面积

μ₀：空气磁导率

C：磁极端面组合类型和形状相关系数，针对不同的场景，具有不同的值。如果是永磁铁和永磁铁之间产生的作用力，则C_m2m，通常取值为1，在实际设计过程中通过实测获得准确的值；如果永磁铁和导磁铁(轭铁)之间的作用力，则C_m2y，通常取值为1/2，在实际设计过程中通过实测获得准确的值；如果是导磁铁(轭铁)和导磁铁(轭铁)之间的作用力，则记为则C_y2y，通常取值为1/4，在实际设计过程中通过实测获得准确的值。

将上面公式用于计算上面磁域1和磁域2中的电磁吸力有：

其中，S_D1，S_D2分别为磁域1和2对应的环形端面的面积，而且S_D1＝S_D1＝S_D。从而有：

其中有：

因为

F_动磁＝F₁-F₂

则有

F_{动磁，linear}＝F_{动磁，linear}+F_{动磁，nonlinear}

将F_1，linear，F_2，linear，F_{1，nonlinear}，F_{1，nonlinear}分别代入F_{动磁，linear}和F_{动磁，nonlinear}，计算有：

因为

从而有：

同样计算F_{动磁，nonlinear}，

从而作为动件的动磁所受合力为：

从上面推导过程中，可以看出下面特征：

1)在合力线性项F_{动磁，linear}中，分力F_1，linear和F_2，linear各自的线性项分别进行叠加，从而合力线性项F_{动磁，linear}和线圈电流的系数更大。

2)在合力非线性项F_{动磁，nonlinear}中，分力F_{1，nonlinear}和F_{2，nonlinear}各自的非线性项相互抵消，从而合力非线性项F_{动磁，nonlinear}为零。

我们将上面的结构，称为磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子。这种结构不仅仅可以用于振子，同样适用于制动器，而采用上述结构的动磁式振子或者制动器，也被称为磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子或者制动器。

请参照附图23，从图中可以看出，在低频段的总谐波失真大大降低，从原来的峰值99％降低到峰值15％以下，改善明显。

失真曲线的降低，从另外一个方面等效换算成振子系统谐振频率的降低，从而音质更好。另外，也可以等效换算成振子系统灵敏度的提高和功耗的降低。

实施例2

请参照附图7-12，磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体11，所述动磁式振子本体11包括外筒1，传振片8，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述线圈组合结构还包括第一导磁环2，所述线圈组合结构包括线圈3和第一导磁体2，所述磁铁组合结构包括永磁铁5和第二导磁体7，从中心往外看，所述永磁铁5在内，所述线圈3在外。

所述磁铁组合结构还包括第一导磁环6，所述永磁铁5为两个，邻近所述永磁铁5相对的两个端面的极性相同，所述线圈3为一个，所述传振片8设有两个，两个所述传振片8分别固定在所述外筒1的顶面和底面上，两个所述永磁铁5分别固定在所述第二导磁体7的两侧，两个所述永磁铁5的另一侧固定在所述一导磁环6上，所述第一导磁环6分别固定在所述传振片8上，所述线圈3固定在所述外筒1的内侧壁中部，两个所述第一导磁体2分别固定在所述线圈3的两侧，所述第一导磁体2固定在所述外筒1的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁5的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有4个两两对称设计的磁域D_1，1、D_2，1、D_1，2和D_2，2，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁5的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1，1、D_2，1、D_1，2和D_2，2，且在磁域D_1，1中，所述线圈3的磁力线方向和所述永磁铁5的磁力线方向相同，而在磁域D_2，1中，所述线圈3的磁力线方向和永磁铁5的磁力线方向相反。

本实施例的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其非线性项抵消的推导过程同实施例1，不再赘述。

实施例3

请参照附图13-17，磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体11，所述动磁式振子本体11包括外筒1，传振片9，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述线圈组合结构包括线圈3和第一导磁体4，所述磁铁组合结构包括永磁铁6和第二导磁体8，所述定子组件固定在外筒1内，所述传振片9固定在外筒1上，所述动子组件与所述传振片9通过至少一个位点固定连接，其中，动子组件运动，而定子组件不动，动子组件称为运动件；所述线圈组合结构还包括第一导磁环2，从中心往外看，所述线圈3在外，所述永磁铁6在内，所述永磁铁6为两个，邻近所述永磁铁6相对的两个端面的极性相同，所述线圈3为三个，邻近线圈3中电流的方向相反，相邻两个线圈3，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片9设有两个，两个所述传振片9分别固定在所述外筒1的顶面和底面上，两个所述永磁铁6固定在所述第二导磁体8的两侧，两个所述永磁铁6分别固定在导磁套5上，导磁套5分别固定在两个所述传振片9上，三个所述线圈3依次固定在外筒1的内侧壁上，相邻所述线圈3之间固设有所述第一导磁体4，所述线圈3外侧固设有所述第一导磁环2，所述第一导磁体4和所述第一导磁环2都固定在所述外筒1的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁6的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体11内部设有6个两两对称设计的磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2、D_2,2、D_1,3、D_2,3，其中，磁域D_1,1与D_2,1对称，磁域D_1,2和D_2,2对称，D_1,3和D_2,3对称，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁6的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2、D_2,2、D_1,3和D_2,3，且在磁域D_1,1中，所述线圈3的磁力线方向和所述永磁铁6的磁力线方向相反，而在磁域D_2,1中，所述线圈3的磁力线方向和永磁铁6的磁力线方向相同，且在磁域D_1,2中，所述线圈3的磁力线方向和所述永磁铁6的磁力线方向相同，而在磁域D_2,2中，所述线圈3的磁力线方向和永磁铁6的磁力线方向相反。

请参照附图14，附图14中，有6个气隙分别构成的磁力作用域D_1,1，D_2,1，D_1,2，D_2,2，D_1,3，D_2,3。在磁力作用域内，永磁铁产生的磁场和线圈电磁铁产生的磁场之间相互叠加所产生总的磁通量/磁感应强度，使得磁域周边的部件产生相互作用力。上面磁域D_1,1，D_2,1，D_1,2，D_2,2，D_1,3，D_2,3都是由定子组件和动子组件围成，因此，在这些磁域，定子组件和动子组件之间都会产生相互作用力。

请参照附图15，将线圈C₁，C₂，C₃的磁力线闭合曲线，以及磁铁M₁，M₂的磁力线闭合曲线画出。线圈C₁产生的闭合磁力线穿过磁隙D_1,2，D_1,3，线圈C₂产生的闭合磁力线穿过磁隙D_1,1，D_2,1，线圈C₃产生的闭合磁力线穿过磁隙D_2,2，D_2,3。而磁铁M₁产生的闭合磁力线依次穿过磁隙D_1,1，D_1,2，磁铁M2产生的闭合磁力线依次穿过磁隙D_2,1，D_2，2。

假定通过线圈C₁，C₂，C₃的电流分别为i₁，i₂，i₃,且i₁＝i₂＝i₃＝i。各线圈对应的磁通量分别为Φ_i1，Φ_i2和Φ_i3，且为推导简单，假定Φ_i1＝Φ_i2＝Φ_i3＝Φ_i(另外一种情况为：C₁，C₂，C₃线圈匝数N₁，N₂，N₃有N₁＝N₃≠N₂，或者因为C₁，C₂，C₃的磁路结构导致C₂磁阻和C₁和C₃磁阻不一样，从而Φ_i1＝Φ_i3≠Φ_i2，对于这种情况，因为还是一种整体对称的设计，因此最后成对作用力合力中非线性项相互抵消的结论仍然成立)。永磁铁M₁和M₂对应的磁通量分别为Φ_M1＝Φ_M2＝Φ_m。

磁域D_1,1，D_2,1，D_1,2，D_2,2，D_1,3，D_2,3可以按照对称情况两两相对分组，D_1,1，D_2,1是对称排列的第一对磁域，D_1,2，D_2,2是对称排列的第二对磁域，D_1,3，D_2,3是对称排列的第三对磁域；

1)磁域对D_j＝(D_1,j，D_2,j)，j＝1；

在磁域D_1,1中，线圈C₂对应的磁力线方向和永磁铁M₁对应的磁力线方向相反，因此在磁域D_1,1中，总的磁通量为Φ_i1和Φ_M1＝Φ_m的差值。在磁域D_2,1中，线圈C₂对应的磁力线方向和永磁铁M₂对应的磁力线方向相同，因此在磁域D_2,1中，总的磁通量为Φ_i2和Φ_M2＝Φ_m的加值。

假定i₁＝i₂＝i₃＝i，Φ_i1＝Φ_i3≠Φ_i2，假定在各磁域中，永磁铁的磁力线方向为正向，磁通量也为正，则有

Φ_D1,1＝Φ_M1-Φ_i2＝Φ_m-Φ_i2

Φ_D2,1＝Φ_M2+Φ_i2＝Φ_m+Φ_i2

2)磁域对D_j＝(D_1,j，D_2,j)，j＝2

在磁域D_1,2中，线圈C₁对应的磁力线方向和永磁铁M₁对应的磁力线方向相同，因此在磁域D_1,2中，总的磁通量为Φ_i1＝Φ_i3和Φ_M1＝Φ_m的加值。在磁域D_2，2中，线圈C₃对应的磁力线方向和永磁铁M₂对应的磁力线方向相反，因此在磁域D_2，2中，总的磁通量为Φ_i3＝Φ_i1和Φ_M2＝Φ_m的差值。

假定i₁＝i₂＝i₃＝i，Φ_i1＝Φ_i3≠Φ_i2，假定在各磁域中，永磁铁的磁力线方向为正向，磁通量也为正，则有

Φ_D1，2＝Φ_M1+Φ_i1＝Φ_m+Φ_i1

Φ_D2，2＝Φ_M1-Φ_i3＝Φ_m-Φ_i1

3)磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)，j＝3

在磁域D_1，3中，只有线圈C₁对应的磁力线穿过，因此总的磁通量为只有Φ_i1。在磁域D_2，3中，只有线圈C₃对应的磁力线穿过，因此总的磁通量为只有Φ_i3＝Φ_i1。

假定上面线圈C₁，C₂和C₃中电流i产生的电磁场形成的磁路的磁阻均为Z_i，N是线圈C₁，C₂和C₃中线圈匝数，i是电流强度，则有：

假定电流产生的电磁场形成的磁路的磁导为G_i，则有：

另外一种情况为：C₁，C₂，C₃线圈匝数N₁，N₂，N₃有N₁＝N₃≠N₂，或者因为C₁，C₂，C₃的磁路结构导致C₂磁阻和C₁和C₃磁阻不一样，即G_i，1＝G_i，3≠G_i，2，从而Φ_i1＝Φ_i3≠Φ_i2，对于这种情况，因为还是一种整体对称的设计，因此最后成对作用力合力中非线性项相互抵消的结论仍然成立。此时有：

永磁铁对应的磁通量，也可以换成磁感应强度的公式来表示。假定永磁铁M₁和M₂磁极端面的磁感应强度均为B_m，磁极端面的面积为S_m。可以得到，

从而有

对于另外一种情况：C₁，C₂，C₃线圈匝数N₁，N₂，N₃有N₁＝N₃≠N₂，或者因为C₁，C₂，C₃的磁路结构导致C₂磁阻和C₁和C₃磁阻不一样，即G_i，1＝G_i，3≠G_i，2，从而Φ_i1＝Φ_i3≠Φ_i2。上面公式变成：

从上面公式也可以看出，当N₁＝N₃，G_i，1＝G_i，3，那么磁域对D₂＝(D_1，2，D_2，2)，以及磁域对D₁＝(D_1，1，D_2，1)，D₃＝(D_1，3，D_2，3)中磁通量仍然具备使得对应分力中对电流的非线性项可以抵消的性质。

请参照附图16，附图16是动子组件，磁域D_1，1，D_2，1，D_1，2，D_2，2，D_1，3，D_2，3和定子组件的关系图。在磁域D_1，1中动子组件受到来自于定子组件的向左的吸力F_1，1，在磁域D_2，1中动子组件受到来自于定子组件的向右的吸力F_2，1，在磁域D_1，2中动子组件受到来自于定子组件的向右的吸力F_1，2，在磁域D_2，2中动子组件受到来自于定子组件的向左的吸力F_2，2。在磁域D_1，3中动子组件受到来自于定子组件的向左的吸力F_1，3，在磁域D_2，3中动子组件受到来自于定子组件的向右的吸力F_2，3。定义磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)对应的合力为该磁域对D_j对应的合力F_j＝F_1，j+F_2，j。假定以向右为正方向，则当F_1，j和F_2，j的方向向右时，则F_1，j和F_2，j中的符号为正；则当F_1，j和F_2，j的方向向左时，则F_1，j和F_2，j中的符号为负。可以得到则动子组件受到的来自定子组件的合力为：

F_动磁＝F₁+F₂+F₃＝-F_1，1+F_2，1+F_1，2-F_2，2+-F_1，3+F_2，3

F_动磁＝F₁+F₂+F₃＝(-F_1，1+F_2，1)+(F_1，2-F_2，2)+(-F_1，3+F_2，3)

上面F_j对应磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)中对动子组件产生分力的合力。

上面是动子组件隔离出来的受力分析图，动子组件受到来自于定子组件的分力F_1，1，F_2，1，F_1，2，F_2，2，F_1，3，F_2，3，进行计算时，按照磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)先进行计算F_j，再计算动子组件合力，为：

F_动磁＝F₁+F₂+F₃＝(-F_1，1+F_2，1)+(F_1，2-F_2，2)+(-F_1，3+F_2，3)

上面也可以表达成，假定分力的代数符号里通过正负号同时体现力的方向，则有：

我们先计算两两配对的磁域对中产生的分力的合力，即分别计算磁域对D₁＝(D_1，1，D_2，1)中合力F₁＝-F_1，1+F_2，1，磁域对D₂＝(D_1，2，D_2，2)中合力F₁＝F_1，2-F_2，2，磁域对D₃＝(D_1，3，D_2，3)中合力F₃＝-F_1，3+F_2，3，再计算总的合力。

先推导各磁域产生的电磁力的公式。作用在被磁化了的铁磁物体上的电磁吸力，其大小与磁力线穿过磁极的总面积及磁感应强度的平方成正比。如果磁感应强度B沿磁极表面是均匀分布的，而且计算气隙长度较小时，则计算电磁吸力的公式由麦克斯韦公式计算，其表达式为：

F：电磁吸力

B：磁通密度(Magnetic flux density)或者磁感应强度

穿越介质的磁通量

S：磁力线穿越磁极面积

μ₀：空气磁导率

C：磁极端面组合类型和形状相关系数，针对不同的场景，具有不同的值。如果是永磁铁和永磁铁之间产生的作用力，则C_m2m，通常取值为1，在实际设计过程中通过实测获得准确的值；如果永磁铁和导磁铁(轭铁)之间的作用力，则C_m2y，通常取值为1/2，在实际设计过程中通过实测获得准确的值；如果是导磁铁(轭铁)和导磁铁(轭铁)之间的作用力，则记为则C_y2y，通常取值为1/4，在实际设计过程中通过实测获得准确的值。

1)磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)，j＝1时，即D₁＝(D₁，，D_2，1)对应合力F₁＝-F_1，1+F_2，1

将上面公式用于计算上面磁域D_1，1和磁域D_2，1中的电磁吸力有：

其中，S_D1，1，S_D2，1分别为磁域D_1，1和D_2，1对应的环形端面的面积，而且S_D1，1＝S_D2，1＝S_D1。从而有：

其中有：

因为

F₁＝-F_1，1+F_2，1

则有

F_1，linear＝F_1，linear+F_{1，nonlinear}

将F_{1，1，linear}，F_{2，1，linear}，F_{1，1，nonlinear}，F_{1，1，nonlinear}分别代入F_1，linear和F_{1，nonlinear}，计算有：

因为

从而有：

同样计算F_{1，nonlinear}，

从而磁域对D_1，1和D_2，1对应的合力为：

2)磁域对D_j＝(D_1，j，D_2，j)，j＝2时，即D₂＝(D_1，2，D_2，2)对应合力F₂＝F_1，2-F_2，2；

将上面公式用于计算上面磁域D_1，2和磁域D_2，2中的电磁吸力有：

其中，S_D1，2，S_D2，2分别为磁域D_1，2和D_2，2对应的环形端面的面积，而且S_D1，2＝S_D2，2＝S_D2。从而有：

其中有：

因为

F₂＝F_1，2-F_2，2

则有

F_2，linear＝F_2，linear+F_{2，nonlinear}

将F_{1，1，linear}，F_{2，1，linear}，F_{1，1，nonlinear}，F_{1，1，nonlinear}分别代入F_1，linear和F_{1，nonlinear}，计算有：

因为

从而有：

同样计算F_{2，nonlinear}，

从而磁域对D_1，1和D_2，1对应的合力为：

3)磁域对(D_1，j，D_2，j)，j＝3时，即D₃＝(D_1，3，D_2，3)对应合力F₃＝-F_1，3+F_2，3

计算上面磁域D_1，3和磁域D_1，3中的电磁吸力有：

其中，S_D1，3，S_D2，3分别为磁域D_1，3和D_2，3对应的环形端面的面积，而且S_D1，3＝S_D2，3＝S_D3，从而有：

从而有

可以得到

4)计算动子组件所受合力

F_动磁＝F₁+F₂+F₃

F_动磁＝F_{动磁，linear}+F_{动磁，nonlinear}

所有：

F_{动磁，nonlinear}＝F_{1，nonlinear}+F_{2，nonlinear}+F_{3，nonlinear}＝0+0+0

＝0

从上面推导过程中，可以看出下面特征：

1.在合力线性项F_{动磁，linear}中，磁域对分力F_1，linear，F_2，linear和F_3，linear各自的线性项进行叠加，从而合力线性项F_{动磁，limear}和线圈电流仍然成线性关系。

2.在合力非线性项F_{动磁，nonlinear}中，磁域对分力F_{1，nonlinear}，F_{2，nonlinear}和F_{3，nonlinear}各自的非线性项相互抵消，从而合力非线性项F_{动磁，nonlinear}为零。

我们将上面的结构为磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子。这种结构不仅仅可以用于振子，同样适用于制动器，而采用上述结构获得的动磁式振子或者制动器，也被称为磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子或者制动器。

实施例4

请参照图18-21，磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，包括动磁式振子本体11，所述动磁式振子本体11包括外筒1，传振片9，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述线圈组合结构包括线圈3和第一导磁体4，所述磁铁组合结构包括永磁铁8和第二导磁体6；

所述线圈组合结构还包括第一导磁环2，所述磁铁组合结构还包括第二导磁环7，所述永磁铁8为三个，邻近所述永磁铁8相对的两个端面的极性相同，所述线圈3为两个，邻近线圈3中电流的方向相反，相邻两个线圈3，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片9设有两个，两个所述传振片9分别固定在所述外筒1的顶面和底面上，三个永磁铁8之间通过两个所述第二导磁体6固定连接，外侧的两个所述永磁铁8的另一侧固定在所述二导磁环7上，所述第二导磁环7分别固定在所述传振片9上，所述线圈3固定在所述外筒1的内侧壁上，所述第一导磁体4固定在两个所述线圈3之间，所述线圈3的外侧固设有第一导磁环2，所述第一导磁体4和所述第一导磁环2固定在所述外筒1的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈3的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁8的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体11内部设有4个两两对称设计的磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，且在磁域D_1,1中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。

本实施例的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其非线性项抵消的推导过程同实施例1，不再赘述。

Claims (9)

1.磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：包括动磁式振子本体，所述动磁式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，所述定子组件包括线圈组合结构，所述动子组件包括磁铁组合结构，所述定子组件固定在外筒内，所述传振片固定在外筒上，所述动子组件与所述传振片通过至少一个位点固定连接，从中心往外看，所述线圈组合结构包括线圈和第一导磁体，所述磁铁组合结构包括永磁铁和第二导磁体，所述永磁铁在内，所述线圈在外；所述永磁铁的数量为N_磁，线圈的数量为N_圈，N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；所述动磁式振子本体内部设有2N个两两对称设计的磁域D_1,i和D_2,i，N为1,2,3,…,100，i＝1,2,3,…；所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,i和D_2,i，且在磁域D_1,i中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,i中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相反；或者在磁域D_1,i中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相反，而在磁域D_2,i中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同。

2.根据权利要求1所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件。

3.根据权利要求2所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：N_磁＝(N_圈+1)*n；n是自然数，n＝1,2,3…；当N_磁>1时，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同；当N_圈>1时，邻近线圈中电流的方向相反，相邻两个线圈，临近的两个端面的电磁场的极性相同。

4.根据权利要求2所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：N_磁＝(N_圈-1)*n；n是自然数，n＝1,2,3…；

当N_磁>1时，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同；当N_圈>1时，邻近线圈中电流的方向相反，相邻两个线圈，临近的两个端面的电磁场的极性相同。

5.根据权利要求2所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述线圈靠近的外壳处使用导磁体，使得线圈形成电磁铁的磁路的磁阻尽量小；磁铁组件中永磁铁之间用导磁体隔离；线圈和永磁铁周围使用轭铁，或者针对线圈组件，和线圈靠近的外壳使用导磁外筒。

6.根据权利要求4所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述线圈组合结构还包括第一导磁环，所述永磁铁为一个，所述线圈为两个，邻近线圈中电流的方向相反，相邻两个线圈，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片设有两个，两个所述传振片分别固定在所述外筒的顶面和底面上，所述永磁铁固定在所述第二导磁体中，所述第二导磁体的两端分别固定在所述传振片上，所述第一导磁体固定在所述外筒的内侧壁中部，两个所述线圈分别固定在所述第一导磁体的两侧，两个所述线圈的外侧固设有所述第一导磁环，所述线圈和所述第一导磁环都固定在所述外筒的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有2个两两对称设计的磁域D_1,1和D_2,1，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1和D_2,1，且在磁域D_1,1中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。

7.根据权利要求3所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述磁铁组合结构还包括第一导磁环，所述永磁铁为两个，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同，所述线圈为一个，所述传振片设有两个，两个所述传振片分别固定在所述外筒的顶面和底面上，两个所述永磁铁分别固定在所述第二导磁体的两侧，两个所述永磁铁的另一侧固定在所述一导磁环上，所述第一导磁环分别固定在所述传振片上，所述线圈固定在所述外筒的内侧壁中部，两个所述第一导磁体分别固定在所述线圈的两侧，所述第一导磁体固定在所述外筒的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有4个两两对称设计的磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，且在磁域D_1,1中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。

8.根据权利要求4所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述线圈组合结构还包括第一导磁环，所述磁铁组合结构还包括第二导磁环，所述永磁铁为两个，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同，所述线圈为三个，邻近线圈中电流的方向相反，相邻两个线圈，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片设有两个，两个所述传振片分别固定在所述外筒的顶面和底面上，所述永磁铁固定在所述第二导磁体的两侧，两个所述永磁铁的另一侧固定在所述二导磁环上，所述第二导磁环分别固定在所述传振片上，三个所述线圈依次固定在所述外筒的内侧壁上，相邻两个线圈之间设有所述第一导磁体，所述线圈外侧设有所述第一导磁环，所述第一导磁体和第一导磁环都固定在所述外筒的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有6个两两对称设计的磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2、D_2,2、D_1,3、D_2,3，其中，磁域D_1,1与D_2,1对称，磁域D_1,2和D_2,2对称，D_1,3和D_2,3对称，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2、D_2,2、D_1,3和D_2,3，且在磁域D_1,1中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相反，而在磁域D_2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同，且在磁域D_1,2中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,2中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。

9.根据权利要求3所述的磁圈并联型非线性项抵消的动磁式振子，其特征在于：所述线圈组合结构还包括第一导磁环，所述磁铁组合结构还包括第二导磁环，所述永磁铁为三个，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同，所述线圈为两个，邻近线圈中电流的方向相反，相邻两个线圈，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述传振片设有两个，两个所述传振片分别固定在所述外筒的顶面和底面上，三个永磁铁之间通过两个所述第二导磁体固定连接，外侧的两个所述永磁铁的另一侧固定在所述二导磁环上，所述第二导磁环分别固定在所述传振片上，所述线圈固定在所述外筒的内侧壁上，所述第一导磁体固定在两个所述线圈之间，所述线圈的外侧固设有第一导磁环，所述第一导磁体和所述第一导磁环固定在所述外筒的内侧壁上，所述动子组件和所述定子组件形状呈凹凸交错咬合排列，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别交替穿过所述动子组件和所述定子组件，所述动磁式振子本体内部设有4个两两对称设计的磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，所述线圈的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁的主磁力线闭合曲线分别穿越磁域D_1,1、D_2,1、D_1,2和D_2,2，且在磁域D_1,1中，所述线圈的磁力线方向和所述永磁铁的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相反。

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