CN220067186U - 线性振动机构及线性电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种线性振动机构及线性电机，包括定子组件和振子组件；定子组件包括两个对称分布的铁芯，两个铁芯上均设有导磁绕线柱，导磁绕线柱上缠绕有电磁线圈；振子组件包括框型质量块和永磁体；框型质量块通过弹性元件与电机壳连接；永磁体上依次分布有多对磁极，相邻两对磁极的交界位置对齐其中一个导磁绕线柱；其中，各个导磁绕线柱与永磁体之间均形成磁性耦合力，两个铁芯与永磁体在X轴方向上的磁性耦合力相等且方向一致，两个铁芯与永磁体在Y轴方向上的磁性耦合力相等且方向相反。本实用新型提供的线性振动机构及线性电机，能够提升线性电机振动输出性能、减小电机体积，从而提高线性电机的能量密度。

Description

线性振动机构及线性电机

技术领域

本实用新型属于线性电机技术领域，具体涉及一种线性振动机构及线性电机。

背景技术

线性电机具有振动响应快、振动质感好、振动数字化控制性强等优点，现已经成为主流振动解决方案的首选，目前已广泛应用于手机、智能穿戴、游戏机、VR设备、无人机等电子产品。

受制于铁芯的存在会产生与振动方向交叉的分力，从而影响振子的回复力与位移之间的线性关系，从而会影响线性电机的正常振动输出，因此目前常见的线性电机大多都是采用无铁芯设计方案。但是，由于无铁芯设计的线性电机完全依赖于电磁线圈自身所产生的磁场，磁力线相对分散，无法针对目标位置进行有效汇聚，因此磁场利用率很低，动力性能较差，只能通过增大电磁线圈的方式去提升动力输出，但是这种方式会导致线性电机的体积增大，因此无法适应微小型线性电机的安装空间要求，因此，如何提高线性电机的能量密度是当前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种线性振动机构及线性电机，旨在提升线性电机振动输出性能、减小电机体积，从而提高线性电机的能量密度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：第一方面，提供一种线性振动机构，包括：

定子组件，用于固定在电机壳内，包括两个对称分布于X轴两侧的铁芯，两个铁芯上均设有M个导磁绕线柱，每个导磁绕线柱上均缠绕有电磁线圈，电磁线圈内用于通入交变电流以使导磁绕线柱的端部获得交替变化的磁极性；其中，M≥1；

振子组件，包括套设于定子组件外围的框型质量块、沿X轴固定于框型质量块内的永磁体；其中，框型质量块在X轴方向上的两端分别通过弹性元件与电机壳连接；永磁体沿X轴依次分布有M+1对磁极，相邻两对磁极的交界位置沿Y轴方向对齐其中一个导磁绕线柱；

其中，各个导磁绕线柱与永磁体之间均形成磁性耦合力，两个铁芯与永磁体在X轴方向上的磁性耦合力相等且方向一致，两个铁芯与永磁体在Y轴方向上的磁性耦合力相等且方向相反。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，永磁体为沿X轴方向依次连接的M+1个磁铁，相邻磁铁的磁极方向相反；或者，永磁体为沿X轴方向依次分布有M+1段充磁区域的磁钢，每段充磁区域均沿Y轴充磁，且相邻两段充磁区域的充磁方向相反。

一些实施例中，同一个铁芯上相邻的电磁线圈的缠绕方向相反。

示例性的，两个铁芯上沿Y轴方向对齐的两个电磁线圈的缠绕方向相同。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，框型质量块在X轴方向的两端内壁上分别设有嵌槽，永磁体的端部嵌接于嵌槽内并粘接固定。

一些实施例中，框型质量块在Y轴方向的两侧内壁上分别设有适于容纳至少部分铁芯的避让槽。

示例性的，框型质量块在X轴方向上的两端分别沿X轴对称分布有两个弹性元件。

举例说明，弹性元件为V型或U型的弹簧片。

一些实施例中，框型质量块为钨块。

本实用新型提供的线性振动机构的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型线性振动机构，两个铁芯对称分布在永磁体两侧，电磁线圈通电后两个铁芯上的各个导磁绕线柱获得磁极性，从而与永磁体的两侧磁极之间形成相吸或相斥的耦合力，其中，在X轴方向上，永磁体的两侧受到两个铁芯的磁性耦合力相等且方向一致，从而相互叠加以驱动永磁体和框型质量块一并进行线性振动，与此同时，在Y轴方向上，永磁体两侧受到两个铁芯的磁性耦合力相等且方向相反，因此永磁体在Y轴方向上的磁性耦合力抵消，从而避免各个导磁绕线柱汇聚的磁极性干涉振子本体沿X轴方向的振动，确保振子组件能够在磁性耦合力和弹性元件的弹性回复力共同作用下实现稳定的线性振动效果。由于铁芯对电磁线圈通电产生的磁力线具有引导汇聚作用，因此能够提高磁场利用率，提升线性电机的振动输出性能，在此基础上，利用永磁体两侧的磁极分别与两个铁芯之间形成磁性耦合力，不仅能够进一步提高磁场利用率，还能够充分利用两个铁芯之间的空间，减小线性电机的Y向尺寸，进而提高线性电机的能量密度，使线性电机满足安装空间狭小、振动输出性能强的使用要求，提升产品市场竞争力。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种线性电机，包括上述线性振动机构。

本实用新型提供的线性电机的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型线性电机采用了上述线性振动机构，通过铁芯对电磁线圈通电产生的磁力线进行引导汇聚，能够提高磁场利用率，提升线性电机的振动输出性能，在此基础上，利用永磁体两侧的磁极分别与两个铁芯之间形成磁性耦合力，不仅能够进一步提高磁场利用率，还能够充分利用两个铁芯之间的空间，减小线性电机的Y向尺寸，进而提高线性电机的能量密度，使线性电机满足安装空间狭小、振动输出性能强的使用要求，提升产品市场竞争力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的线性振动机构的结构及线圈通入正向电流时的磁极分布示意图；

图2为本实用新型实施例提供的线性振动机构的结构及线圈通入反向电流时的磁极分布示意图；

图3为本实用新型实施例采用的铁芯的结构示意图；

图4为本实用新型实施例采用的框型质量块的结构示意图。

图中：10、定子组件；11、铁芯；111、导磁绕线柱；12、电磁线圈；20、振子组件；21、框型质量块；211、嵌槽；212、避让槽；22、永磁体；30、弹性元件。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为方便描述，以下实施例中采用“X”、“Y”分别代表两个相互垂直的方向，其中，X轴方向可以理解为线性电机的振动输出轴所在方向。

应当理解，能量密度是指电机的动力输出能量与其自身体积的比值，具体的，动力输出能量越高、体积越小，则能量密度越高。

请一并参阅图1至图3，现对本实用新型提供的线性振动机构进行说明。所述线性振动机构，包括定子组件10和振子组件20。

定子组件10用于固定在电机壳内，包括两个对称分布于X轴两侧的铁芯11，两个铁芯11上均设有M个导磁绕线柱111，每个导磁绕线柱111上均缠绕有电磁线圈12，电磁线圈12内用于通入交变电流以使导磁绕线柱111的端部获得交替变化的磁极性；其中，M≥1。

具体的，电磁线圈12缠绕在铁芯11的各个导磁绕线柱111上，为保证缠绕紧密性和稳定性可打胶固定，然后将缠绕了电磁线圈12的铁芯11通过胶剂粘接固定在电机壳内壁上作为定子组件10。

本实施例中导磁绕线柱111的数量可根据电机壳的安装空间以及电机振动输出需求而定，最少需要具有一个导磁绕线柱111作为电磁线圈12的缠绕载体并起到对线圈通电产生的磁场的汇聚引导作用。

振子组件20包括套设于定子组件10外围的框型质量块21、沿X轴固定于框型质量块21内的永磁体22；其中，框型质量块21在X轴方向上的两端分别通过弹性元件30与电机壳连接；永磁体22沿X轴依次分布有M+1对磁极，相邻两对磁极的交界位置沿Y轴方向对齐其中一个导磁绕线柱111。

本实施例中的永磁体22具体可以是沿X轴方向依次连接形成一体结构的多个磁铁组合，也可以是将整条磁钢分段充磁以获得依次分布的多对磁极而成，由于永磁体22作为振子组件20的一部分，对于可靠性要求较高，因此考虑优选采用整条磁钢分段充磁的方式，同时考虑到磁铁同性相吸异性相斥的性质，相邻两对磁极的充磁方向应当相反。

在此以M＝4为例，即每个铁芯11上具有四个导磁绕线柱111，永磁体22具有五对磁极。在电磁线圈12通入正向电流时，如图1所示，位于左侧的铁芯11各个导磁绕线柱111朝向永磁体22的端部磁极性自上而下依次为N、S、N、S，位于右侧的铁芯11各个导磁绕线柱111朝向永磁体22的端部磁极性自上而下依次为S、N、S、N，而位于两个铁芯11的对称轴上的永磁体22的左侧磁极分布自上而下依次为N、S、N、S、N，相应的永磁体22右侧磁极分布自上而下依次为S、N、S、N、S。

其中，在Y轴方向上，两个铁芯11的四个导磁绕线柱111自上而下均与永磁体22两侧的各磁极之间形成依次对应相斥和相吸的磁性耦合力，由于无论永磁体22向上还是向下移动，两个铁芯11分别与永磁体22之间在Y轴方向上的互斥区域面积和互吸区域面积始终一致，因此永磁体22两侧的磁性耦合力始终保持大小相等、方向相反。

在X轴方向上，两个铁芯11的四个导磁绕线柱111与永磁体22两侧各磁极之间的磁性作用力方向一致，而且大小均为四个导磁绕线柱111与永磁体22的五个磁极之间的斥力和吸力的叠加，并致使永磁体22向上运动。

当电磁线圈12通入的电流反向时，如图2所示，两个铁芯上的各个导磁绕线柱111获得的磁极发生反向，但是在Y轴方向上仍然保持抵消平衡的状态，而在X轴方向上作用力反向致使永磁体22开始向下运动。

基于以上磁极分布方式，各个导磁绕线柱111与永磁体22之间均形成磁性耦合力，两个铁芯11与永磁体22在X轴方向上的磁性耦合力相等且方向一致，两个铁芯11与永磁体22在Y轴方向上的磁性耦合力相等且方向相反。

永磁体22在Y轴方向上的两侧受力相互抵消，而在X轴方向上相互叠加，从而不仅消除了铁芯11对于沿X轴振动的影响，而且能够基于铁芯11对磁场的汇聚作用以及两侧磁性耦合力的叠加作用，使永磁体22带动框型质量块21的振动力更强。

需要说明的是，框型质量块21向下运动时，下方的弹性元件30压缩、上方的弹性元件30拉伸，当X轴方向的磁性耦合力不足以克服弹性元件30的弹性反作用力时，框型质量块21逐渐到达极限位置，此时随着交变电流的方向改变，各个导磁绕线柱111延伸端的磁极性也随之改变，从而使框型质量块21在弹性元件30和磁性耦合驱动力的共同作用下开始向上运动，如此，随着交变电流的电流方向交替变化，振子组件20便获得上下往复振动的输出动力。

本实施例提供的线性振动机构，与现有技术相比，两个铁芯11对称分布在永磁体22两侧，电磁线圈12通电后两个铁芯11上的各个导磁绕线柱111获得磁极性，从而与永磁体22的两侧磁极之间形成相吸或相斥的耦合力，其中，在X轴方向上，永磁体22的两侧受到两个铁芯11的磁性耦合力相等且方向一致，从而相互叠加以驱动永磁体22和框型质量块21一并进行线性振动，与此同时，在Y轴方向上，永磁体22两侧受到两个铁芯11的磁性耦合力相等且方向相反，因此永磁体22在Y轴方向上的磁性耦合力抵消，从而避免各个导磁绕线柱111汇聚的磁极性干涉振子本体沿X轴方向的振动，确保振子组件20能够在磁性耦合力和弹性元件30的弹性回复力共同作用下实现稳定的线性振动效果。由于铁芯11对电磁线圈12通电产生的磁力线具有引导汇聚作用，因此能够提高磁场利用率，提升线性电机的振动输出性能，在此基础上，利用永磁体22两侧的磁极分别与两个铁芯11之间形成磁性耦合力，不仅能够进一步提高磁场利用率，还能够充分利用两个铁芯11之间的空间，减小线性电机的Y向尺寸，进而提高线性电机的能量密度，使线性电机满足安装空间狭小、振动输出性能强的使用要求，提升产品市场竞争力。

在一些实施例中，参见图2，永磁体22为沿X轴方向依次连接的M+1个磁铁，相邻磁铁的磁极方向相反；或者，永磁体22为沿X轴方向依次分布有M+1段充磁区域的磁钢，每段充磁区域均沿Y轴充磁，且相邻两段充磁区域的充磁方向相反。

采用多个磁铁依次粘接固定为一体的结构或者磁钢分段充磁的方式均可，但是考虑到永磁体22在工作过程中与框型质量块21一起振动需要可靠的结构，因此可优选采用磁钢分段充磁而获得永磁体22。

需要理解的是，在本实施例中，同一个铁芯11上相邻的电磁线圈12的缠绕方向相反；两个铁芯11上沿Y轴方向对齐的两个电磁线圈12的缠绕方向相同。

具体可参见图1，通过反向缠绕相邻的电磁线圈12能够使相邻的导磁绕线柱111上获得磁极性相反的磁极分布，同时为了充分利用永磁体22两侧的磁极分布，将两个铁芯11上Y向对应的电线线圈采用同向绕制，能够使两个铁芯11上的导磁绕线柱111朝向永磁体22的端部分别与永磁体22两侧形成方向相反的磁性耦合力，从而达到Y向抵消的目的，避免影响振子组件20的X向振动输出。

一些可能的实现方式中，请参阅图1，框型质量块21在X轴方向的两端内壁上分别设有嵌槽211，永磁体22的端部嵌接于嵌槽211内并粘接固定。

通过设置嵌槽211能够与永磁体22的端部嵌接形成定位，并配合胶粘固定使永磁体22与框型质量块21形成一体结构，连接稳定可靠，避免因振动而导致永磁体22从框型质量块21上脱落。

一些实施例中，如图4所示，框型质量块21在Y轴方向的两侧内壁上分别设有适于容纳至少部分铁芯11的避让槽212。通过设置避让槽212能够使铁芯11在Y轴方向上部分嵌入其中，从而压缩Y向体积，提高产品能量密度。

需要说明的是，框型质量块21在X轴方向上的两端分别沿X轴对称分布有两个弹性元件30。具体的，弹性元件30为V型或U型的弹簧片。由于单个的弹性元件30压缩或拉伸过程中除X向弹性力之外还会对框型质量块21产生一定的Y向分离，从而影响振动线性，因此通过对称分布的两个弹性元件30能够使框型质量块21在Y轴方向上受到的弹性力相互抵消而平衡，从而只承受X轴方向的弹性力，提高振子组件20的振动输出稳定性。

举例说明，框型质量块21为钨块。钨块硬度高、强度和韧性好，而且材料密度大，采用钨块作为框型质量块21能够满足高频振动的可靠性需求，提升振动质感，同时可以较小的体积获得所需的质量，从而能够压缩框型质量块21的体积，提高产品的能量密度。

基于同一发明构思，结合图1至图3理解，本申请实施例还提供一种线性电机，包括上述线性振动机构。

本实用新型提供的线性电机的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型线性电机采用了上述线性振动机构，通过铁芯11对电磁线圈12通电产生的磁力线进行引导汇聚，能够提高磁场利用率，提升线性电机的振动输出性能，在此基础上，利用永磁体22两侧的磁极分别与两个铁芯11之间形成磁性耦合力，不仅能够进一步提高磁场利用率，还能够充分利用两个铁芯11之间的空间，减小线性电机的Y向尺寸，进而提高线性电机的能量密度，使线性电机满足安装空间狭小、振动输出性能强的使用要求，提升产品市场竞争力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.线性振动机构，其特征在于，包括：

定子组件，用于固定在电机壳内，包括两个对称分布于X轴两侧的铁芯，两个所述铁芯上均设有M个导磁绕线柱，每个所述导磁绕线柱上均缠绕有电磁线圈，所述电磁线圈内用于通入交变电流以使所述导磁绕线柱的端部获得交替变化的磁极性；其中，M≥1；

振子组件，包括套设于所述定子组件外围的框型质量块、沿X轴固定于所述框型质量块内的永磁体；其中，所述框型质量块在X轴方向上的两端分别通过弹性元件与所述电机壳连接；所述永磁体沿X轴依次分布有M+1对磁极，相邻两对所述磁极的交界位置沿Y轴方向对齐其中一个所述导磁绕线柱；

其中，各个所述导磁绕线柱与所述永磁体之间均形成磁性耦合力，两个所述铁芯与所述永磁体在X轴方向上的所述磁性耦合力相等且方向一致，两个所述铁芯与所述永磁体在Y轴方向上的所述磁性耦合力相等且方向相反。

2.如权利要求1所述的线性振动机构，其特征在于，所述永磁体为沿X轴方向依次连接的M+1个磁铁，相邻所述磁铁的磁极方向相反；或者，所述永磁体为沿X轴方向依次分布有M+1段充磁区域的磁钢，每段所述充磁区域均沿Y轴充磁，且相邻两段所述充磁区域的充磁方向相反。

3.如权利要求2所述的线性振动机构，其特征在于，同一个所述铁芯上相邻的所述电磁线圈的缠绕方向相反。

4.如权利要求3所述的线性振动机构，其特征在于，两个所述铁芯上沿Y轴方向对齐的两个所述电磁线圈的缠绕方向相同。

5.如权利要求1所述的线性振动机构，其特征在于，所述框型质量块在X轴方向的两端内壁上分别设有嵌槽，所述永磁体的端部嵌接于所述嵌槽内并粘接固定。

6.如权利要求1所述的线性振动机构，其特征在于，所述框型质量块在Y轴方向的两侧内壁上分别设有适于容纳至少部分所述铁芯的避让槽。

7.如权利要求1所述的线性振动机构，其特征在于，所述框型质量块在X轴方向上的两端分别沿X轴对称分布有两个所述弹性元件。

8.如权利要求7所述的线性振动机构，其特征在于，所述弹性元件为V型或U型的弹簧片。

9.如权利要求1-8任一项所述的线性振动机构，其特征在于，所述框型质量块为钨块。

10.线性电机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的线性振动机构。