一种磁悬浮电磁-机械换能器制造技术

本实用新型专利技术基于直线电机原理，提出了一种新型的动铁结构的超低频电磁振动器——磁悬浮电磁‑机械换能器，可以还原零到几百赫兹的不同振幅的低频振动，用于表现音乐中超低频的振动效果，具有极强的表现力。本实用新型专利技术包括定子、动子和端盖三部分，定子与端盖将动子包围在内。定子与动子为同心结构，拥有共同的轴心线。动子在定子之内，沿轴心线作直线往复运动。本实用新型专利技术自身低频响应好，可以减少对于控制电路低频滤波性能的要求，甚至省去低频滤波环节，从而节约成本，结构简单，可靠性高，没有易损件，结实耐用，不易损坏，功率大，体积小，便于做成可穿戴产品，以及用于医疗保健，制造和维护成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮电磁-机械换能器
本技术涉及电磁-机械换能器
，具体为一种磁悬浮电磁-机械换能器。
技术介绍
电磁力定律表明，电流切割磁力线产生电磁力。交变电流作用于恒定磁场产生交变的作用力。据此，人们技术了多种电磁-机械换能器，广泛应用于需要往复运动和振动的场合。电磁扬声器便是其中的一种。市场上常见的扬声器大多结构复杂，且存在结构精细的易损件，如音圈、舌簧、弹波等，因而制造和维护成本较高。而用于低频表现的扬声器往往体积庞大，且难以表现20Hz上下的超低频和次声频段。为了提高声音表现力，对其驱动电路的要求较高，从而进一步推高了成本。本技术提出一种新型的电磁-机械换能器，由于采用了全新的结构，有效克服了上述换能器存在的不足，尤其适用于音乐低频的表现。
技术实现思路
为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种磁悬浮电磁-机械换能器，由定子1、动子2和端盖3三部分组成，定子1与端盖3将动子2包围在内。为保护和固定内部结构，在铁磁外壳1.1两端设置端盖3。定子1与动子2为同心结构，二者拥有共同的轴心线。动子2为永磁体2.1，两磁极沿轴心线方向放置。定子1为筒形结构，包括铁磁外壳1.1、线圈1.2、滑套1.3，三者同轴且沿纵轴线对齐。线圈1.2安装于铁磁外壳1.1内侧。滑套1.3固定于线圈1.2内侧。铁磁外壳1.1两端安装有端盖3。所述滑套1.3与动子2之间存在活动间隙。所述动子2的长度不大于其设计单向冲程的2倍。所述铁磁外壳1.1由软磁材料构成，永磁体2.1与铁磁外壳1.1之间的气隙长度不大于动子永磁体长度，以确保大部分磁力线穿过铁磁外壳1.1。悬浮的实现——动子2为永磁体2.1，两极顺筒形纵轴向放置，提供沿轴向的恒定磁场。其外周光滑耐磨，可以在定子1的滑套1.3内自由滑动。但由于其发出的磁力线主要通过定子1的铁磁外壳1.1传导，在定子1不动、线圈1.2不通电且无外部强烈磁场干扰时，它将被其与铁磁外壳1.1间形成的磁力约束在滑套1.3内纵轴向的中心位置，形成悬浮状态。如果动子2受到外力发生纵轴向位移，则磁力倾向于迫使动子2回到原来的中心位置。在一定范围内，动子2距中心位置偏移越大，则抗拒偏移的磁力越大。由此，同轴的铁磁外壳1.1、永磁体2.1与滑套1.3共同构成了本技术的轴向磁悬浮结构。所述滑套1.3为动子轴向运动的导向机构。滑套1.3为定子1的筒形内腔，用于容纳动子2。其周围内壁为光滑耐磨的润滑壁，且尺寸上与动子2之间存在间隙配合，使得动子2可以在其内沿筒形的纵轴向自由滑动。滑套1.3为非磁性材料，以免影响磁场分布。所述导向机构也可以是轴和轴承。所述动子2含有纵向轴心孔，孔内镶嵌直线轴承，轴承套在轴上。所述轴安放于定子纵轴线上，两端被所述端盖3固定。通过直线轴承，动子2可沿轴纵向自由活动。所述线圈1.2沿轴线分为两段，通过调整绕线方向或接线极性使该两段线圈1.2通电后产生相反方向的电磁场，为反向电磁场双线圈结构。这样，动子2处于线圈1.2中心位置时，其两极磁力线与两段线圈1.2中的电流垂直交叉时所产生的电磁作用力为同一方向，用以驱动动子2沿该方向运动。所述铁磁外壳1.1由软磁材料构成，沿筒形纵轴向开口，形成横向切面为C形的结构用以切断涡流。所述线圈1.2的出线从铁磁外壳1.1的C形开口中引出。调整所述动子2质量可以改变谐振频率，自身滤除高频。动子质量增加可以降低谐振频率，反之亦然。所述动子2永磁体2.1的长度不大于其设计单向冲程的2倍。振动的实现——对定子1的线圈1.2施加交变电流，则对动子2产生交变电磁力，驱动动子2在滑套1.3内发生往复运动。在忽略摩擦力的情况下，动子2运动的加速度与其承受的电磁力与铁磁外壳1.1和永磁体2.1间产生的力图恢复原位的阻抗力形成的合力成正比。其往复运动的幅度与电流的幅度相关，振动频率趋向与电流频率相同。由于存在反作用力，定子1也将随动子2的振动而发生振动。其振动的幅度亦与线圈电流的幅度相关，振动频率趋向一致。所述动子2质量增加可以降低谐振频率，自身滤除高频，可以减少对于控制电路低频滤波性能的要求，甚至省去低频滤波环节。本装置能够对电流所引起的振动起到“低通滤波”的作用。高于中心频率的振动将被自动削弱。对于用作音乐再现的换能器单元来说，适当增加动子2质量，可以得到更加深沉、纯净的低频振动效果。减小涡流的措施——所述铁磁外壳1.1沿筒形纵轴向开口，形成横向切面为C形的结构，可以切断铁磁外壳1.1中沿筒形周向形成的涡流，减少涡流造成的发热及其功耗。所述线圈1.2的出线从铁磁外壳1.1的C形开口中引出。参数的确定——动子2质量对谐振频率的影响：在其他条件不变的情况下，物体的谐振频率（中心频率）与物体的质量成反比。因此，要根据对振动频率范围（频段）的需要，设置动子2的质量。振动频率段越低，需要动子2质量越大。反之亦然。轴向尺寸对冲程的影响——动子2的纵轴向长度影响动子2的冲程。动子2在电磁力的驱动下沿纵轴向产生位移，当其与中心位置的偏量大于其纵向长度的1/2时，即其一端磁极越过两段线圈1.2的分界时，若电流方向不变，则该端磁极所受电磁力将改变方向，变成与阻抗力方向相同，迫使动子2返回中心位置。因此，单向冲程不小于动子2纵轴向长度的1/2，亦即永磁体2.1长度应不大于单向冲程的2倍。气隙对电磁力的影响——气隙为动子2发出的磁力线穿过线圈1.2到达定子1铁磁外壳1.1所经过的距离，长度为铁磁外壳1.1内半径与永磁体2.1外半径之差。永磁体2.1两个磁极旁边各存在一个气隙，故气隙总长度为两个气隙长度之和，为铁磁外壳1.1内直径与永磁体2.1外直径之差。气隙总长度不能大于永磁体2.1长度，否则漏磁严重，减弱电磁力。与现有技术相比，本技术的有益效果是：一种磁悬浮电磁-机械换能器，低频响应好，通过增加动子质量而容易地获取良好的低频响应，甚至超低频响应，可以轻松再现次声频段，从而扩展了音乐表现的范围；可以减少对于控制电路低频滤波性能的要求，甚至省去低频滤波环节，从而节约成本；低频再现更加纯净，有效消除滤波不净造成的高频段干扰，对于音乐再现具有独特价值。结构简单，省去弹性装置如弹波、舌簧等。可靠性高，没有易损件，结实耐用，不易损坏。功率大，体积小，便于做成可穿戴产品，以及用于医疗保健，如对准穴位进行振动等。制造和维护成本低。附图说明图1为本技术的结构剖面示意图；图2为本技术的铁磁外壳横向切面示意图；图3为本技术的线圈绕法示意图，中间圆柱并不存在。图中：1、定子；1.1、铁磁外壳；1.2、线圈；1.3、滑套；2、动子；2.1、永磁体；3、端盖。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁悬浮电磁-机械换能器，由定子、动子和端盖三部分组成，其特征在于：定子与端盖将动子包围在内；定子与动子为同心结构，二者拥有共同的轴心线；/n动子为永磁体，两极沿轴心线方向放置；定子为沿纵轴线对齐的同轴筒形结构，包括铁磁外壳、线圈、动子导向机构；线圈安装于铁磁外壳内侧，其轴线与外壳轴线重合；动子导向机构安装于线圈内部，用于引导动子沿定子轴向运动并约束其径向运动；铁磁外壳两端安装有端盖；动子永磁体磁极与铁磁外壳之间的气隙长度不大于动子永磁体长度，以确保大部分磁力线穿过铁磁外壳；/n同轴的铁磁外壳、永磁体与动子导向机构共同构成了轴向磁悬浮结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮电磁-机械换能器，由定子、动子和端盖三部分组成，其特征在于：定子与端盖将动子包围在内；定子与动子为同心结构，二者拥有共同的轴心线；
动子为永磁体，两极沿轴心线方向放置；定子为沿纵轴线对齐的同轴筒形结构，包括铁磁外壳、线圈、动子导向机构；线圈安装于铁磁外壳内侧，其轴线与外壳轴线重合；动子导向机构安装于线圈内部，用于引导动子沿定子轴向运动并约束其径向运动；铁磁外壳两端安装有端盖；动子永磁体磁极与铁磁外壳之间的气隙长度不大于动子永磁体长度，以确保大部分磁力线穿过铁磁外壳；
同轴的铁磁外壳、永磁体与动子导向机构共同构成了轴向磁悬浮结构。


2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电磁-机械换能器，其特征在于：所述动子导向机构为滑套；所述滑套为非磁性材料的筒形内腔，用于容纳动子；其周围内壁为光滑耐磨的润滑壁，且尺寸上与动子之间存在间隙配合，使得动子可以在其内沿筒形的纵轴向自由滑动。


3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮电磁-机械换能器，其特征在于：所述动子导向机构也可以是轴与轴承；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振华，
申请(专利权)人：孙振华，
类型：新型
国别省市：山东;37