CN219227802U - 圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子 - Google Patents

Abstract

圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，包括动圈式振子本体，动圈式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，定子组件包括磁铁组合结构，动子组件包括线圈组合结构，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，使得N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；从中心往外看，线圈在内，永磁铁在外，动圈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,…；非线性项抵消，振子振动的合力和激励电流恒为线性关系，获得的振子失真极大地减小。

Description

圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子

技术领域

本实用新型涉及振子技术领域，具体是非线性项抵消的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子。

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，动圈方式的设计具备有诸多优点，比如因为是一般喇叭采用动圈方式的多，因此技术相对成熟。另外，动子的移动质量比较低，因此对于信号变化的响应比较快，时延比较小。还有，因为移动质量比较低，因此可以频宽可以做到高带宽。

现有的动圈方式的振子和致动器设计，因为磁铁和线圈组合方式的设计存在的不足，往往会出现比较高的非线性项，即动圈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)，请参照附图16，图中显示的是现有设计的动圈式振子的总谐波失真THD测试图，可以看出，在35hz附近，失真达到55％，在5k-6khz左右，失真达到65％。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，提供圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子。

本实用新型的技术方案是：圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，包括动圈式振子本体，所述动圈式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，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，其中，动子组件运动，而定子组件不动，动子组件称为运动件；限定永磁铁和线圈的数量，永磁铁的数量为N_磁，线圈的数量为N_圈，使得N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；从中心往外看，所述线圈在内，所述永磁铁在外，所述动圈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圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

1.本实用新型提出一种可以将动圈组件所受驱动力，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.本实用新型的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，在低频段的总谐波失真从原来的峰值55％降低到峰值15％以下，高频的总谐波失真从原来的峰值65％降低到5％以下；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，从而音质中低频更好；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。

3.本实用新型的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，获得的振子受力均匀平衡，实现了振子产生整体平移振动，振动效果最好。

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的磁域和定子组件的关系图；

图5是本实用新型实施例1的动子组件的受力分析图；

图6是本实用新型实施例2的剖视图；

图7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8是本实用新型实施例2的磁域分析图；

图9是本实用新型实施例2的磁域和定子组件的关系图；

图10是本实用新型实施例2的动子组件的受力分析图；

图11是本实用新型实施例3的剖视图；

图12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13是本实用新型实施例3的磁域分析图；

图14是本实用新型实施例3的磁域和定子组件的关系图；

图15是本实用新型实施例3的动子组件的受力分析图；

图16是现有技术的现有动圈式振子的总谐波失真THD测试图；

图17是实施例1的非线性项抵消的动圈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。

圈磁并联：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，线圈在内，永磁铁在外，即为圈磁并联型。

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：本实用新型的非线性项抵消的动圈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

请参照附图1-5，圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，包括动圈式振子本体11，所述动圈式振子本体11包括外筒1，传振片8，定子组件和动子组件，所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，所述磁铁组合结构包括永磁铁6和第一导磁体或者第一非导磁体2，所述线圈组合结构包括线圈3和第二导磁体或者第二非导磁体7，所述定子组件固定在外筒1内，所述传振片8固定在外筒1上，所述动子组件与所述传振片8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；磁铁组合结构中采用第一导磁体2时，磁阻小，振动效果更佳；而采用第一非导磁体2时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。同样的，所述线圈组合结构采用第二导磁体7时，磁阻小，振动效果更佳，而采用第二非导磁体7时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。

其中，传振片8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8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8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。

限定永磁铁6和线圈3的数量，永磁铁6的数量为2，线圈的数量为1；

所述动圈式振子本体11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的磁力线方向和所述永磁铁6的磁力线方向相同；

所述运动件受到2个力；每个分力包含两部分，一部分是激励电流i的线性项，一部分是激励电流i的非线性项：

F_动圈，n(i)＝F_{动圈，n，linear}(i)+F_{动圈，n，nonlinear}(i)，其中，n＝1，2，3，...，2N-1，2N；

那么运动件受到的合力，也包含两部分，一部分是电流i的线性项，另外一部分是电流i的非线性项，

F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)+F_{动圈，合力，nonlinear}(i)

其中：

F_{动圈，合力，nonlinear}(i)≡0，即各分力中的非线性项相互抵消为零，那么，F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)，即合力和激励电流恒为线性关系，获得所述的非线性项抵消的动圈式振子。

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。

所述磁铁组合结构还包括第一导磁环2，所述线圈组合结构还包括第二导磁环5，从中心往外看，所述线圈3在内，所述永磁铁6在外，所述线圈3为一个，所述永磁铁6两个，邻近所述永磁铁6相对的两个端面的极性相同，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体7的两端分别固定在传振片8上，所述线圈3环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体7上，所述第二导磁体或者第二非导磁体7上还设有所述第二导磁环5，所述第一导磁体或第一非导磁体4固定在所述外筒1的内侧壁上，所述第一导磁体或第一非导磁体4外侧固设有两个所述永磁铁6，所述永磁铁6的外侧都设有所述第一导磁环2，所述永磁铁6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，所述动圈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、D_2,1，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。

为了进一步说明非线性项抵消的动圈式振子的设计方法，请参照附图1-5,气隙D₁构成磁力作用域D_1,1，气隙D₂构成磁力作用域D_2,1，形成磁域对D＝(D_1,1，D_2,1)。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。

考察磁域对D＝(D_1,1，D_2,1)。假定通过线圈的电流为i，线圈对应的磁通量为Φ_i。永磁铁M₁对应的磁通量为Φ_m1，永磁铁M₂对应的磁通量为Φ_m2。在磁域D_1,1(磁力作用域D₁)中，线圈C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_i和Φ_m1的差值。在磁域D_2,1(磁力作用域D_2,1)中，线圈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_2,1中，总的磁通量为Φ_i和Φ_m2的加值。因为永磁铁形成的磁场是静态的，因此假定永磁铁的磁力线方向为正，磁通量也为正，则有：

Φ_D1＝Φ_m1-Φ_i

Φ_D2＝Φ_m2+Φ_i

假定上面线圈电流i产生的电磁场形成的磁路的磁阻为Z_i，N是线圈的匝数，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：

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和永磁铁M₂磁极端面的磁感应强度分别为B_m1和B_m2，且B_m1＝B_m2＝B_m。另外，假定永磁铁1和永磁铁2磁极端面的面积分别为S_m1和S_m2，且S_m1＝S_m2＝S_m。可以得到，

从而有

请参照图2，将线圈和永磁铁M₁和永磁铁M₂的磁力线闭合曲线单独画出。图中，磁铁M₁产生的闭合磁力线穿过磁域D_1,1，磁铁M₂产生的闭合磁力线穿过磁域D_2,1，而线圈产生的闭合磁力线依次穿过磁域D_1,1和磁域D_2,1。

图4是动子组件，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D₂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。

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，则设为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D_1,1和磁域D₂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_动圈＝F₁-F₂

则有

F_{动圈，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_{动圈，linear}和F_{动圈，nonlinear}，计算有：

因为

从而有：

同样计算F_{动圈，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_{动圈，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_{动圈，linear}和线圈电流的系数更大。

2)在合力非线性项F_{动圈，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_{动圈,nonlinear}为零。

我们将上面的结构，称为圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子。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圈式振子或者制动器，也被称为圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子或者制动器。

实施例2

请参照图6-10，圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，包括动圈式振子本体11，所述动圈式振子本体11包括外筒1，传振片8，定子组件和动子组件，所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，所述磁铁组合结构包括永磁铁3和第一导磁体或者第一非导磁体2，所述线圈组合结构包括线圈6和第二导磁体或者第二非导磁体7，所述定子组件固定在外筒1内，所述传振片8固定在外筒1上，所述动子组件与所述传振片8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；磁铁组合结构中采用第一导磁体2时，磁阻小，振动效果更佳；而采用第一非导磁体2时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。同样的，所述线圈组合结构采用第二导磁体7时，磁阻小，振动效果更佳，而采用第二非导磁体7时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。

其中，传振片8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8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8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。

限定永磁铁3和线圈6的数量，永磁铁的数量为1，线圈的数量为2；

所述动圈式振子本体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、D_2,2，其中，磁域D_1,1与D_2,1对称，磁域D_1,2和D_2,2对称；所述线圈6的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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6的磁力线方向和永磁铁3的磁力线方向相反，而在磁域D_2,1中，所述线圈6的磁力线方向和所述永磁铁3的磁力线方向相同；

所述运动件受到4个力；每个分力包含两部分，一部分是激励电流i的线性项，一部分是激励电流i的非线性项：

F_动圈，n(i)＝F_{动圈，n，lonear}(i)+F_{动圈，n，nonlinear}(i)，其中，n＝1，2，3，...，2N-1，2N；

那么运动件受到的合力，也包含两部分，一部分是电流i的线性项，另外一部分是电流i的非线性项，

F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)+F_{动圈，合力，nonlinear}(i)

其中：

F_{动圈，合力，nonlinear}(i)≡0，即各分力中的非线性项相互抵消为零，那么，F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)，即合力和激励电流恒为线性关系，获得所述的非线性项抵消的动圈式振子。

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6的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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3在外，所述线圈6在内；N_圈＝2；n＝1；当N_圈>1时，邻近线圈6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6靠近的外壳处使用导磁体，使得线圈6形成电磁铁3的磁路的磁阻尽量小；磁铁组件中永磁铁3之间用导磁体隔离；线圈6和永磁铁3周围使用轭铁，或者针对线圈组件，和线圈6靠近的外壳使用导磁外筒。

所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，

所述线圈组合结构还包括第一导磁环4和第二导磁环5，从中心往外看，所述线圈6在内，所述永磁铁3在外，所述线圈6为两个，邻近线圈6中电流的方向相反，相邻两个线圈6，临近的两个端面的电磁场的极性相同，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体7的两端分别固定在所述传振片8上，两个所述线圈环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体7上，两个所述线圈6之间固设有所述第二导磁环5，所述第二导磁体或者第二非导磁体7上还设有第一导磁环4，所述永磁铁3固定在所述外筒1的内侧壁中部，所述永磁铁3的两侧固设有所述第一导磁体或者第一非导磁体2，所述第一导磁体或者第一非导磁体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6的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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，所述动圈式振子本体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、D_2,2，其中，磁域D_1,1与D_2,1对称，磁域D_1,2和D_2,2对称，所述线圈6的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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，且在磁域D_1,1中，所述线圈6的磁力线方向和所述永磁铁3的磁力线方向相反，而在磁域D_2,1中，所述线圈6的磁力线方向和永磁铁3的磁力线方向相同。

请参照附图8，有4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。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的分力。

附图8中，通过线圈C₁的电流为i₁，线圈C₂的电流为i₂,线圈对应的磁通量分别为Φ_i1和Φ_i2。永磁铁M₁对应的磁通量为Φ_m。

磁域D_1,1，D_2,1，D_1,2，D_2,2可以按照对称情况两两配对的磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)，j＝1,2；包括磁域对D₁＝(D_1,1,D_2,1)，以及磁域对D₂＝(D_1,2,D_2,2)。

1)磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)，j＝1时，即磁域对D₁＝(D_1,1,D_2,1)的磁通量

在磁域D_1,1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M₁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_M1＝Φ_m的加值。

假定i₁＝i₂＝i，Φ_i1＝Φ_i2＝Φ_i，磁铁M₁的磁力线方向为正向，磁通量也为正，则有

Φ_D11＝Φ_M1-Φ_i1＝Φ_m-Φ_i

Φ_D2,1＝Φ_M1+Φ_i2＝Φ_m+Φ_i

2)磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)，i＝2时，即磁域对(D_1,2,D_2,2)的磁通量

在磁域D_1,2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＝Φ_i。在磁域D_2,2中，只有线圈C₂对应的磁力线穿过，因此总的磁通量为只有Φ_i2＝Φ_i。

假定上面线圈C₁和C₂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和C₂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：

/>

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磁极端面的磁感应强度分别为B_m，磁极端面的面积为S_m。可以得到，

从而有

附图7是线圈C₁和线圈C₂的磁力线闭合曲线，以及磁铁M₁的磁力线闭合曲线画出的示意图。图中，线圈C₁产生的闭合磁力线穿过磁隙D_1,1，D_1,2，线圈C₂产生的闭合磁力线穿过磁隙D_2,1，D_2,2，而磁铁M₁产生的闭合磁力线依次穿过磁隙D_1,1，D_2,1。

附图9是动子组件，磁域D_1,1，D_2,1，D_1,2，D_2,2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。

假定磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)对应的合力为F_j(其正负表示力的不同方向)。以向右为正方向，则动子组件受到的定子组件的合力为

F_动铁＝F₁+F₂＝-F_1,1+F_2,1+F_1,2-F_2,2

F_动铁＝F₁+F₂＝(-F_1,1+F_2,1)+(F_1,2-F_2,2)

其中F_j是对应磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)的合力。

附图10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，其合力为：

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

上面也可以表达成，力的方向体现在分力的符号里面，如下：

我们各分力分成两两配对的磁域对，分别对应不同磁域对D_j的分力的合力，比如F₁＝-F_1,1+F_2,1，以及F₂＝F_1,2-F_2,2，然后再计算总的合力。

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，则记为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)F_j,j＝1的计算，对应磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)，j＝1

对应磁域对D₁＝(D_1,1,D_2,1)的分力的合力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_D。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D₁＝(D_1,1,D_2,1)的分力的合力为：

2)F_j,j＝2的计算，对应磁域对D_j＝(D_1,j,D_2,j)，j＝2

对应磁域对D₂＝(D_1,2,D_2,2)的分力的合力F₂＝F_1,2-F_2,2。计算上面磁域D_1,2和磁域D_1,2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_D，从而有：

从而有

可以得到

因为动子组件所受合力

F_动圈＝F₁+F₂

F_动圈＝F_{动圈，linear}+F_{动圈，nonlinear}

所有：

F_{动磁，nonlinear}＝F_{1，nonlinear}+F_{2，nonlinear}＝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_{动圈，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_{动圈，linear}和线圈电流仍然成线性关系。

2.在合力非线性项F_{动圈，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_{动圈，nonlinear}为零。

我们将上面的结构，称为非线性项抵消的样动圈式振子。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圈式振子或者制动器，也被称为非线性项抵消的样动圈式振子或者制动器。

实施例3

请参照附图11-15，圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，包括动圈式振子本体11，所述动圈式振子本体11包括外筒1，传振片8，定子组件和动子组件，所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，所述磁铁组合结构包括永磁铁3和第一导磁体或者第一非导磁体10，所述线圈组合结构包括线圈4和第二导磁体或者第二非导磁体7，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；磁铁组合结构中采用第一导磁体10时，磁阻小，振动效果更佳；而采用第一非导磁体10时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。同样的，所述线圈组合结构采用第二导磁体7时，磁阻小，振动效果更佳，而采用第二非导磁体7时，磁阻大，振动的效果更弱一些，但是也可以应用到一些场景。

其中，传振片9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9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9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。

限定永磁铁3和线圈4的数量，永磁铁的数量为3，线圈的数量为2；

所述动圈式振子本体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，磁域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、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；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；

所述运动件受到6个力；每个分力包含两部分，一部分是激励电流i的线性项，一部分是激励电流i的非线性项：

F_动圈，n(i)＝F_{动圈，n，linear}(i)+F_{动圈，n，nonlinear}(i)，其中，n＝1，2，3，...，2N-1，2N；

那么运动件受到的合力，也包含两部分，一部分是电流i的线性项，另外一部分是电流i的非线性项，

F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)+F_{动圈，合力，nonlineat}(i)

其中：

/>

F_{动圈，合力，nonlinear}(i)≡0，即各分力中的非线性项相互抵消为零，那么，F_{动圈，合力}(i)＝F_{动圈，合力，linear}(i)，即合力和激励电流恒为线性关系，获得所述的非线性项抵消的动圈式振子。

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4的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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3在外，所述线圈4在内；N_圈＝2；n＝1；当N_圈>1时，邻近线圈4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4靠近的外壳处使用导磁体，使得线圈4形成电磁铁的磁路的磁阻尽量小；磁铁组件中永磁铁3之间用导磁体隔离；线圈4和永磁铁3周围使用轭铁，或者针对线圈组件，和线圈4靠近的外壳使用导磁外筒。

所述线圈组合结构还包括第一导磁环5和第二导磁环6，所述磁铁组合结构还包括第三导磁环2，所述线圈4为两个，邻近线圈4中电流的方向相反，相邻两个线圈4，临近的两个端面的电磁场的极性相同，所述永磁铁3为三个，邻近所述永磁铁3相对的两个端面的极性相同，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体7的两端分别固定在所述传振片9上，两个所述线圈4环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体7上，所述第二导磁体或者第二非导磁体7上设有所述第一导磁环5，两个所述线圈4之间固设有所述第二导磁环6，三个所述永磁铁3依次固定在所述外筒1的内侧壁上，相邻所述永磁铁3的之间固设有所述第一导磁体或者第一非导磁体10，所述第一导磁体或者第一非导磁体10的外侧固设有所述第三导磁环2，所述第一导磁体或者第一非导磁体10和所述第三导磁环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4的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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，所述动圈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，磁域D_1,3和D_2,3对称，所述线圈4的主磁力线闭合曲线和所述永磁铁3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、D_2,3，且在磁域D_1,1中，所述线圈4的磁力线方向和所述永磁铁3的磁力线方向相同，而在磁域D_2,1中，所述线圈4的磁力线方向和永磁铁3的磁力线方向相反；在磁域D_1,2中，所述线圈4的磁力线方向和所述永磁铁3的磁力线方向相反，而在磁域D_2,1中，所述线圈4的磁力线方向和永磁铁3的磁力线方向相同。

实施例3非线性项抵消的推导过程，和实施例1和2相同，不在累述。

Claims (9)

1.圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，其特征在于：包括动圈式振子本体，所述动圈式振子本体包括外筒，传振片，定子组件和动子组件，所述定子组件包括磁铁组合结构，所述动子组件包括线圈组合结构，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，其中，动子组件运动，而定子组件不动，动子组件称为运动件；限定永磁铁和线圈的数量，永磁铁的数量为N_磁，线圈的数量为N_圈，使得N_磁>N_圈或者N_磁＜N_圈；N_磁为1,2,3,…,100；N_圈为1,2,3,…,100；从中心往外看，所述线圈在内，所述永磁铁在外，所述动圈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所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，其特征在于：所述磁铁组合结构包括永磁铁和第一导磁体或者第一非导磁体；所述线圈组合结构包括线圈和第二导磁体或者第二非导磁体。

3.根据权利要求2所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，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。

4.根据权利要求3所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，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3所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，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。

6.根据权利要求2所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，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。

7.根据权利要求4所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，其特征在于：所述磁铁组合结构还包括第一导磁环，所述线圈组合结构还包括第二导磁环，所述线圈为一个，所述永磁铁两个，邻近所述永磁铁相对的两个端面的极性相同，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体的两端分别固定在传振片上，所述线圈环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体上，所述第二导磁体或者第二非导磁体上还设有所述第二导磁环，所述第一导磁体或者第一非导磁体固定在所述外筒的内侧壁上，所述第一导磁体或者第一非导磁体外侧固设有两个所述永磁铁，所述永磁铁的外侧都设有所述第一导磁环，所述永磁铁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，所述动圈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、D_2,1，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D2,1中，所述线圈的磁力线方向和永磁铁的磁力线方向相同。

8.根据权利要求5所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，其特征在于：所述线圈组合结构还包括第一导磁环和第二导磁环，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，所述永磁铁为一个，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体的两端分别固定在所述传振片上，两个所述线圈环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体上，所述第二导磁体或者第二非导磁体上设有所述第一导磁环，两个所述线圈之间固设有所述第二导磁环，所述永磁铁固定在所述外筒的内侧壁中部，所述永磁铁的两侧固设有所述第一导磁体或者第一非导磁体，所述第一导磁体或者第一非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，所述动圈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、D_2,2，其中，磁域D_1,1与D_2,1对称，磁域D_1,2和D_2,2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，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。

9.根据权利要求4所述的圈磁并联型非线性项抵消的动圈式振子，其特征在于：所述线圈组合结构还包括第一导磁环和第二导磁环，所述磁铁组合结构还包括第三导磁环，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，所述第二导磁体或者第二非导磁体的两端分别固定在所述传振片上，两个所述线圈环绕式固定在所述第二导磁体或者第二非导磁体上，所述第二导磁体或者第二非导磁体上设有所述第一导磁环，两个所述线圈之间固设有所述第二导磁环，三个所述永磁铁依次固定在所述外筒的内侧壁上，相邻所述永磁铁的之间固设有所述第一导磁体或者第一非导磁体，所述第一导磁体或者第一非导磁体的外侧固设有所述第三导磁环，所述第一导磁体或者第一非导磁体和所述第三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，所述动圈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，磁域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、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；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。

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