CN220067188U - 线性振动装置及带铁芯线性电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种线性振动装置及带铁芯线性电机，包括与电机壳连接的定子铁芯、缠绕在定子铁芯上的电磁线圈、通过弹性元件与电机壳连接的质量框，以及两个对称分布在定子铁芯两侧并连接在质量框内壁上的充磁钢；其中，每个充磁钢均沿X向依次分布有多段充磁区域，每段充磁区域均沿Y向充磁且相邻段充磁区域的磁极性相反，两个充磁钢上的各段充磁区域沿Y向一一对齐且磁极性相反；充磁钢上相邻段充磁区域的交界位置与定子铁芯的其中一端沿Y向对齐，以使两个充磁钢与定子铁芯之间形成X向相等且同向、Y向相等且反向的磁性耦合力。本实用新型提供的线性振动装置及带铁芯线性电机，动力性能强且输出稳定、成本低且体积小。

Description

线性振动装置及带铁芯线性电机

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装置及带铁芯线性电机。

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。

目前，常见的线性电机大多都是采用无铁芯设计方案，而无铁芯设计的线性电机完全依赖于线圈自身所产生的磁场与磁铁产生耦合作用，磁力线比较分散，无法针对目标位置进行有效汇聚，因此磁场利用率很低，导致电机动力性能差，这种情况下只能通过增大线圈的方式去提升动力输出，但是增加线圈不仅会因用铜量增加而导致产品成品增高，还会使电机整体尺寸增大，从而使安装受限。鉴于无铁芯线性电机的这些弊端，亟需开发带铁芯线性电机，但由于铁芯的存在会与磁铁之间产生交叉作用力而影响振动回复力和位移的线性关系，因此带铁芯电机的振动输出稳定性极差，这也是当下迫切需要攻克的技术难题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种线性振动装置及带铁芯线性电机，旨在通过设置铁芯提升电机动力性能、降低成本和体积，并提高带铁芯线性电机的输出稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：第一方面，提供一种线性振动装置，包括定子铁芯、电磁线圈、质量框，以及两个充磁钢；定子铁芯用于固定连接在电机壳内；电磁线圈缠绕于定子铁芯上，用于通入交变电流以使定子铁芯的两端汇聚交替变化的磁极性；质量框环套于定子铁芯的外围，质量框的X向两端分别与电机壳通过弹性元件连接；两个充磁钢对称分布于定子铁芯的Y向两侧，且分别与质量框的两个相对侧内壁连接，每个充磁钢均沿X向依次分布有多段充磁区域，每段充磁区域均沿Y向充磁且相邻段充磁区域的磁极性相反，两个充磁钢上的各段充磁区域沿Y向一一对齐且磁极性相反；

其中，充磁钢上相邻段充磁区域的交界位置与定子铁芯的其中一端沿Y向对齐，以使两个充磁钢与定子铁芯之间形成X向相等且同向、Y向相等且反向的磁性耦合力。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，充磁钢朝向或背离定子铁芯的侧壁上贴附有导磁板。

一些实施例中，导磁板位于充磁钢与质量框的内壁之间，且导磁板的两侧板面分别与充磁钢和质量框的内壁粘接固定。

示例性的，充磁钢的X向两端分别与质量框的内壁抵接并粘接固定。

举例说明，定子铁芯包括绕线芯柱和两个分别连接于绕线芯柱两端的端板；其中，电磁线圈缠绕于绕线芯柱上，端板与相邻两段充磁区域的交界位置沿Y向对齐。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，质量框的X向两端分别设有两个弹性元件，且每端的两个弹性元件分别对称分布于定子铁芯的两侧。

示例性的，弹性元件为V型或U型的弹簧片。

一些实施例中，定子铁芯沿X向间隔设置有m个，充磁钢沿X向依次分布有2m+1段充磁区域；其中，m≥1。

举例说明，m≥2，相邻定子铁芯的X向间距与充磁区域的X向长度相等，且各个定子铁芯上的电磁线圈的缠绕方向一致。

本实用新型提供的线性振动装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型线性振动装置，电磁线圈缠绕在定子铁芯上能够在通电产生磁场后使定子铁芯的两端分别汇聚两种磁极性，在此基础上，由于两个充磁钢对称分布在定子铁芯的两侧且两者的磁极方向相反，因此两个充磁钢与定子铁芯之间的Y向磁性耦合力大小相等、方向相反，从而能够使与两个充磁钢连接的质量框的Y向受力相互抵消，在此基础上，两个充磁钢Y向对齐的充磁区域与定子铁芯端部之间的X向磁性耦合力则为大小相等、方向一致的状态，因此定子铁芯同时驱动两个充磁钢向同一方向运动，使质量框的X向受力为两个充磁钢的叠加受力，交变电流引起定子铁芯两端的磁极性交替变化配合上质量框两端的弹性元件所提供的弹性回复力，实现质量框在X向的往复振动。质量框在振动过程中不受定子铁芯与两个磁钢之间的Y向磁性耦合力的影响，因此能够提高振动稳定性，而且利用定子铁芯对电磁线圈的磁场引导汇聚作用，能够提高磁场利用率，无需增加线圈即可提高电机动力性能，从而能够降低带铁芯线性电机的成本和体积，进而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带铁芯线性电机，包括上述线性振动装置。

本实用新型提供的带铁芯线性电机与现有技术相比，采用了上述线性振动装置，通过使两个充磁钢对称分布在定子铁芯的两侧，能够使两个充磁钢与定子铁芯之间的Y向磁性耦合力相互抵消，从而避免铁芯与充磁钢之间的磁性耦合力影响质量框沿X向的线性振动，确保动力输出稳定；利用定子铁芯的导磁作用而提高磁场利用率，从而提升产品动力性能，降低成本和整体体积。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的线性振动装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的线性振动装置在电磁线圈通入正向电流时的磁极分布示意图；

图3为本实用新型实施例提供的线性振动装置在电磁线圈通入反向电流时的磁极分布示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的线性振动装置在电磁线圈通入正向电流时的磁极分布示意图；

图5为本实用新型实施例所采用的充磁钢的磁极分布示意图。

图中：10、定子铁芯；11、绕线芯柱；12、端板；20、电磁线圈；30、质量框；40、充磁钢；400、充磁区域；50、导磁板；60、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”、“左”、“右”、“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。

请一并参阅图1至图5，现对本实用新型提供的线性振动装置进行说明。所述线性振动装置，包括定子铁芯10、电磁线圈20、质量框30，以及两个充磁钢40；定子铁芯10用于固定连接在电机壳内；电磁线圈20缠绕于定子铁芯10上，用于通入交变电流以使定子铁芯10的两端汇聚交替变化的磁极性；质量框30环套于定子铁芯10的外围，质量框30的X向两端分别与电机壳通过弹性元件60连接；两个充磁钢40对称分布于定子铁芯10的Y向两侧，且分别与质量框30的两个相对侧内壁连接，每个充磁钢40均沿X向依次分布有多段充磁区域400，每段充磁区域400均沿Y向充磁且相邻段充磁区域400的磁极性相反，两个充磁钢40上的各段充磁区域400沿Y向一一对齐且磁极性相反；其中，充磁钢40上相邻段充磁区域400的交界位置与定子铁芯10的其中一端沿Y向对齐，以使两个充磁钢40与定子铁芯10之间形成X向相等且同向、Y向相等且反向的磁性耦合力。

应当理解的是，本实施例中缠绕在定子铁芯10上的电磁线圈20通入交变电流时，如图2所示，定子铁芯10的上端汇聚磁力线获得磁极性N、下端获得磁极性S，电流方向相反时上端磁极性变为S，下端变为N；两个充磁钢40上均设置三段充磁区域400，三段充磁区域400均为Y向充磁，且相邻的充磁区域400的磁极性相反，从而使两个充磁钢40朝向定子铁芯10的一侧磁极分布自上而下依次为N极、S极、N极(也可以是S极、N极、S极)；而两个充磁钢40的各段充磁区域400在Y向上一一对应，因此，两个充磁钢40与定子铁芯10之间形成的Y向磁性耦合力大小相等、方向相反，X向磁性耦合力大小相等、方向相同。

具体的，参见图2，当电磁线圈20通入正向电流时，定子铁芯10的上端磁极性为N，两个充磁钢40上部的充磁区域400均为N极，因此上部左右两个充磁区域400与定子铁芯10上端在X向和Y向均为相斥；中部左右两个充磁区域400与定子铁芯10的上端在X向和Y向均为相吸、与定子铁芯10的下端在X向和Y向均为相斥；下部左右两个充磁区域400与定子铁芯10的下端在X向和Y向均为相吸；基于以上磁性耦合力，由于两个充磁钢40对称分布在定子铁芯10的Y向两侧，同时中上两段充磁区域400的交界位置与定子铁芯10的上端Y向对齐、中下两段充磁区域400的交界位置与定子铁芯10的下端Y向对齐，因此，定子铁芯10对两个充磁钢40的Y向磁性耦合力相互抵消，X向磁性耦合力相互叠加促使两个充磁钢40带动质量框30沿X向向上运动；当电磁线圈20的电流反向时，如图3所示，定子铁线两端的磁极性互换，之前两个充磁钢40与定子铁芯10的两端之间的相吸转为相斥、相斥转为相吸，因此在Y向仍然能够相互抵消，而在X向转换为驱动质量框30向下运动，X向磁性耦合力的变化配合上弹性元件60对质量框30提供的弹性回复力使质量框30形成沿X向的线性振动。

应当理解的是，在上述过程中是一个缠绕有电磁线圈20的定子铁芯10对应每个充磁钢40的三段充磁区域400；当对于振动性能要求较高时，也可以是沿X向设置两个定子铁芯10，相应的将充磁钢40设置为五段充磁区域400，进一步，三个定子铁芯10可对应设置七段充磁区域400，依次类推，即可基于同样的原理而实现振动性能的变化，进而满足不同需求的产品应用。

本实施例提供的线性振动装置，与现有技术相比，电磁线圈20缠绕在定子铁芯10上能够在通电产生磁场后使定子铁芯10的两端分别汇聚两种磁极性，在此基础上，由于两个充磁钢40对称分布在定子铁芯10的两侧且两者的磁极方向相反，因此两个充磁钢40与定子铁芯10之间的Y向磁性耦合力大小相等、方向相反，从而能够使与两个充磁钢40连接的质量框30的Y向受力相互抵消，在此基础上，两个充磁钢40Y向对齐的充磁区域400与定子铁芯10端部之间的X向磁性耦合力则为大小相等、方向一致的状态，因此定子铁芯10同时驱动两个充磁钢40向同一方向运动，使质量框30的X向受力为两个充磁钢40的叠加受力，交变电流引起定子铁芯10两端的磁极性交替变化配合上质量框30两端的弹性元件60所提供的弹性回复力，实现质量框30在X向的往复振动。质量框30在振动过程中不受定子铁芯10与两个磁钢之间的Y向磁性耦合力的影响，因此能够提高振动稳定性，而且利用定子铁芯10对电磁线圈20的磁场引导汇聚作用，能够提高磁场利用率，无需增加线圈即可提高电机动力性能，从而能够降低带铁芯线性电机的成本和体积，进而提升产品市场竞争力。

在一些实施例中，参见图1至图3，充磁钢40朝向或背离定子铁芯10的侧壁上贴附有导磁板50。具体的，导磁板50位于充磁钢40与质量框30的内壁之间，且导磁板50的两侧板面分别与充磁钢40和质量框30的内壁粘接固定。通过设置导磁板50能够使充磁钢40的磁力分布更加均匀，从而确保两个充磁钢40相对于定子铁芯10沿X向往复运动过程中与定子铁芯10之间的磁性耦合力能够保持平稳，从而提高动力输出稳定性，同时还有利于降低运行噪音。

需要说明的是，在本实施例中，充磁钢40的X向两端分别与质量框30的内壁抵接并粘接固定。由于质量框30进行振动的驱动源为两个充磁钢40与铁芯之间的磁性耦合力，因此充磁钢40与质量框30之间主要承受X向相互作用力，在此将充磁钢40的两端分别抵接在质量框30的X向两内侧壁上，从而能够提升充磁钢40与质量框30的X向连接可靠性，避免出现充磁钢40从质量框30上振动脱落的现象。

作为上述定子铁芯10的一种具体实施方式，请参阅图1，定子铁芯10包括绕线芯柱11和两个分别连接于绕线芯柱11两端的端板12；其中，电磁线圈20缠绕于绕线芯柱11上，端板12与相邻两段充磁区域400的交界位置沿Y向对齐。

绕线芯柱11与两个端板12组成工字型结构，一方面能够将电磁线圈20夹持在两个端板12之间，避免电磁线圈20散乱，另一方面绕线芯柱11两端的磁极导磁至两个端板12上汇聚，从而能够使电磁线圈20的同一磁极性与两个充磁钢40上相应的充磁区域400同时产生磁性耦合力，保证两个充磁钢40的受力均衡性，从而提升动力输出稳定性。

可选地，请参阅图2至图4，质量框30的X向两端分别设有两个弹性元件60，且每端的两个弹性元件60分别对称分布于定子铁芯10的两侧。具体的，弹性元件60为V型或U型的弹簧片。两个弹簧片背靠背或者面对面设置，能够保证对质量框30施加的弹性力在X轴方向上相互叠加，在Y轴方向上相互抵消，从而确保质量框30承受的弹性回复力完全处于X轴方向上，从而提高振动稳定性。

一些可能的实现方式中，定子铁芯10沿X向间隔设置有m个，充磁钢40沿X向依次分布有2m+1段充磁区域400；其中，m≥1。如图2所示，一个定子铁芯10可对应设置具有三段充磁区域400的充磁钢40，若两个定子铁芯10则对应选择如图4所示的具有五段充磁区域400的充磁钢40，从而能够针对产品对于振动输出强度和安装允许空间而选择相应数量的定子铁芯10，形成同类型系列化产品以满足市场需求。

进一步的，m≥2，相邻定子铁芯10的X向间距与充磁区域400的X向长度相等，且各个定子铁芯10上的电磁线圈20的缠绕方向一致。当定子铁芯10的数量为两个或更多时，为保证振动稳定性，应当通过设计合理的间隔和充磁区域400的长度，从而确保每个定子铁芯10的两端均能够对应依次相邻的两段充磁区域400的交界位置，从而保证两个充磁钢40在其整个X向长度范围内均能够均衡受力，有利于提高振动输出稳定性。

基于同一发明构思，结合图1至图5理解，本申请实施例还提供一种带铁芯线性电机，包括上述线性振动装置。

本实用新型提供的带铁芯线性电机与现有技术相比，采用了上述线性振动装置，通过使两个充磁钢40对称分布在定子铁芯10的两侧，能够使两个充磁钢40与定子铁芯10之间的Y向磁性耦合力相互抵消，从而避免铁芯与充磁钢40之间的磁性耦合力影响质量框30沿X向的线性振动，确保动力输出稳定；利用定子铁芯10的导磁作用而提高磁场利用率，从而提升产品动力性能，降低成本和整体体积。

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.线性振动装置，其特征在于，包括：

定子铁芯，用于固定连接在电机壳内；

电磁线圈，缠绕于所述定子铁芯上，用于通入交变电流以使所述定子铁芯的两端汇聚交替变化的磁极性；

质量框，环套于所述定子铁芯的外围，所述质量框的X向两端分别与所述电机壳通过弹性元件连接；

两个充磁钢，对称分布于所述定子铁芯的Y向两侧，且分别与所述质量框的两个相对侧内壁连接，每个所述充磁钢均沿X向依次分布有多段充磁区域，每段所述充磁区域均沿Y向充磁且相邻段所述充磁区域的磁极性相反，两个所述充磁钢上的各段所述充磁区域沿Y向一一对齐且磁极性相反；

其中，所述充磁钢上相邻段所述充磁区域的交界位置与所述定子铁芯的其中一端沿Y向对齐，以使两个所述充磁钢与所述定子铁芯之间形成X向相等且同向、Y向相等且反向的磁性耦合力。

2.如权利要求1所述的线性振动装置，其特征在于，所述充磁钢朝向或背离所述定子铁芯的侧壁上贴附有导磁板。

3.如权利要求2所述的线性振动装置，其特征在于，所述导磁板位于所述充磁钢与所述质量框的内壁之间，且所述导磁板的两侧板面分别与所述充磁钢和所述质量框的内壁粘接固定。

4.如权利要求1所述的线性振动装置，其特征在于，所述充磁钢的X向两端分别与所述质量框的内壁抵接并粘接固定。

5.如权利要求1所述的线性振动装置，其特征在于，所述定子铁芯包括绕线芯柱和两个分别连接于所述绕线芯柱两端的端板；其中，所述电磁线圈缠绕于所述绕线芯柱上，所述端板与相邻两段所述充磁区域的交界位置沿Y向对齐。

6.如权利要求1所述的线性振动装置，其特征在于，所述质量框的X向两端分别设有两个所述弹性元件，且每端的两个所述弹性元件分别对称分布于所述定子铁芯的两侧。

7.如权利要求6所述的线性振动装置，其特征在于，所述弹性元件为V型或U型的弹簧片。

8.如权利要求1-7任一项所述的线性振动装置，其特征在于，所述定子铁芯沿X向间隔设置有m个，所述充磁钢沿X向依次分布有2m+1段所述充磁区域；其中，m≥1。

9.如权利要求8所述的线性振动装置，其特征在于，m≥2，相邻所述定子铁芯的X向间距与所述充磁区域的X向长度相等，且各个所述定子铁芯上的所述电磁线圈的缠绕方向一致。

10.带铁芯线性电机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的线性振动装置。