本發(fā)明涉及機(jī)械振動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器。

背景技術(shù)：

振動激勵器(簡稱激振器，又稱作動器)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的振動激勵裝置，在輸入信號的驅(qū)動下，以輸出力的方式激勵目標(biāo)產(chǎn)生預(yù)期的振動。隨著技術(shù)進(jìn)步，在科研、軍事、汽車、娛樂等各個領(lǐng)域，隨著人們對振動產(chǎn)生或控制的需求日益強(qiáng)烈，激振器的應(yīng)用也越來越廣泛。

根據(jù)換能器件的不同，激振器可分為電磁式、壓電式、磁致伸縮式、液壓式等種類。其中壓電式、磁致伸縮式激振器自身力阻抗較大、容許位移較低，一般適合于中高頻率的激振；液壓式激振器需附加外部液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且容許位移較低，但力值較大；而電磁式激振器附加阻抗小、容許位移大，是需求低頻激振場合的一般選擇。

根據(jù)結(jié)構(gòu)和安裝方式的不同，激振器又可分為普通激振器和慣性式激振器。普通激振器一般由底座和力輸出端構(gòu)成，安裝時要分別將底座和力輸出端進(jìn)行固定，其安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜且對安裝精度要求較高，但力輸出端處附加阻抗很小，并且激振器下限工作頻率較低，一般應(yīng)用于科研等需求精密測試的場合。與普通激振器不同，慣性式激振器不存在力輸出端，僅需將底座固定即可正常工作，故安裝簡易、應(yīng)用更為廣泛，但其下限工作頻率一般要高于普通激振器。

隨著激振器應(yīng)用需求的增長，人們對其性能指標(biāo)提出了更高的要求。如何在不增加體積、重量的條件下提高激振器的力輸出能力是目前激振器設(shè)計的主要目的。增大線圈電流是最直接的方法，但此時線圈熱功率同樣增加，這對激振器的散熱性能提出了更高的要求。目前，多數(shù)激振器中，線圈與外殼間通過膠水、膠木彈片等導(dǎo)熱性能不佳的材料進(jìn)行連接，而且接觸面積小，線圈產(chǎn)生的熱量難以有效傳導(dǎo)至外殼上，從而使線圈在大電流下容易積累熱量產(chǎn)生高溫。也有一些激振器通過向內(nèi)部注入冷空氣來降低線圈溫度，但該方法需要復(fù)雜的輔助設(shè)備，并不實用。因此，如何提高有效激振器的散熱性能、抑制線圈的溫度是激振器設(shè)計的重要問題，可直接提升其輸出能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的激振器散熱性能差、能量密度低、安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，提供一種新型的一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，利用該慣性式激振器能夠提升激振器的散熱能力，提高其長時間、大功率工作的可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，具有雙線圈和單動磁體結(jié)構(gòu)，是一種動鐵式激振器，包括：動磁體、外殼、板簧、上線圈和下線圈。所述的板簧呈圓環(huán)板狀彈性結(jié)構(gòu)，用于將動磁體支撐于外殼內(nèi)，并限制動磁體的非軸向位移，所述動磁體的兩端呈對稱設(shè)置的環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)，使得動磁體產(chǎn)生的磁場沿環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的管壁構(gòu)成回路，在每一環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)端面上均設(shè)有一環(huán)形孔，用于放置線圈，所述的環(huán)形孔將環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔與外界貫通，所述的上線圈、下線圈與外殼呈一體化結(jié)構(gòu)，該上線圈和下線圈的一端對稱設(shè)置于外殼內(nèi)的兩端，其另一端對稱的位于兩個環(huán)形孔內(nèi)，當(dāng)兩線圈通入反向交變電流后，該上線圈、下線圈與動磁體間將產(chǎn)生同向的電磁激勵力，使動磁體和外殼間產(chǎn)生相對運(yùn)動形成振動的激勵。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的動磁體包括：鐵芯、上永磁體、下永磁體、上軛鐵、下軛鐵；所述的鐵芯呈中空的筒狀結(jié)構(gòu)，其上、下兩端的外壁上均設(shè)有一環(huán)形支架，兩個環(huán)形支架之間沿周向開設(shè)有環(huán)形凹槽；所述的上永磁體安裝于一個環(huán)形支架與上軛鐵之間，使得鐵芯上端、上永磁體和上軛鐵組合后形成一個環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)；所述的下永磁體固定于另一個環(huán)形支架與下軛鐵之間，使得鐵芯下端、下永磁體和下軛鐵組合后形成另一個環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的外殼包括：上蓋板、下蓋板及殼體，所述的上蓋板和下蓋板分別覆蓋于殼體的上端口和下端口；該上蓋板和下蓋板的中央均設(shè)有一環(huán)形筒，分別作為纏繞上線圈的線圈骨架和下線圈的線圈骨架，所述上線圈和下線圈分別纏繞于環(huán)形筒的末端。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的環(huán)形筒與外殼的連接處有弧形倒角，以增加環(huán)形筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及散熱功能。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鐵芯上端的外壁與上軛鐵之間設(shè)有的間隙形成一個環(huán)形孔，該鐵芯下端的外壁與下軛鐵之間設(shè)有的間隙形成另一個環(huán)形孔。此時上線圈、下線圈的主體分別位于由上軛鐵和鐵芯、下軛鐵和鐵芯形成的磁隙中。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述板簧的數(shù)量為兩個；所述的兩個板簧均為圓環(huán)板狀彈性結(jié)構(gòu)，用于支撐動磁體的重量，其中一個板簧的外緣固定于上蓋板和殼體之間，其內(nèi)緣則固定于上軛鐵的外壁上，另一個板簧的外緣固定于下蓋板與 殼體之間，其內(nèi)緣固定于下軛鐵的外壁上。所述的上蓋板和下蓋板均可通過其邊緣設(shè)置的凸緣將兩個板簧固定于殼體上。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的上永磁體、下永磁體沿軸向極化，并利用膠水與鐵芯及上軛鐵、下軛鐵固定，并且安裝于鐵芯上后其相對的一面具有相同的極性。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的鐵芯、上軛鐵、下軛鐵均利用軟磁材料整體加工成型。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的上永磁體、下永磁體均利用永磁材料整體加工成環(huán)形結(jié)構(gòu)，或采用永磁材料加工成若干扇形結(jié)構(gòu)，并拼接成圓環(huán)。

本發(fā)明的一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器優(yōu)點在于：

本發(fā)明慣性式激振器中的線圈與外殼進(jìn)行一體化設(shè)計，使得線圈產(chǎn)生的熱量能夠有效傳導(dǎo)至外殼上，線圈的發(fā)熱可直接經(jīng)外殼傳遞至外界，使激振器的散熱性能大大加強(qiáng)，提高其大功率、長期工作的可靠性；將動磁體的兩端設(shè)置呈環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)，使得動磁體產(chǎn)生的磁場沿環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的管壁構(gòu)成回路，使得磁場絕大部分約束于該回路內(nèi)部，從而極大增強(qiáng)環(huán)形孔內(nèi)的磁場，使通電線圈產(chǎn)生更強(qiáng)的力，配合設(shè)置的雙線圈結(jié)構(gòu)，使激振器在相同體積、重量下具有更高的力輸出能力，能夠激勵更強(qiáng)的振動；同時該慣性式激振器可在任意安裝角度下工作，提高了適用范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中的一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器的剖面視圖。

附圖標(biāo)識：

1、動磁體 2、外殼 3、鐵芯

4、上永磁體 5、下永磁體 6、上軛鐵

7、下軛鐵 8、上板簧 9、下板簧

10、上蓋板 11、下蓋板 12、殼體

13、上線圈 14、下線圈 15、環(huán)形支架

16、環(huán)形筒 17、環(huán)形孔 18、環(huán)形凹槽

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激 振器進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于一體化雙線圈結(jié)構(gòu)的慣性式激振器包括：動磁體1、外殼2、上板簧8、下板簧9、上線圈13、下線圈14。所述的上板簧和下板簧9均呈圓環(huán)板狀彈性結(jié)構(gòu)，用于將動磁體1支撐于外殼2內(nèi)，并限制動磁體1的非軸向位移，所述動磁體1的兩端呈對稱設(shè)置的環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)，使得動磁體1產(chǎn)生的磁場沿環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的管壁構(gòu)成回路，在每一環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)端面上均設(shè)有一環(huán)形孔17，用于放置線圈，所述的環(huán)形孔17將環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔與外界貫通，所述的上線圈13、下線圈14與外殼2呈一體化結(jié)構(gòu)，該上線圈13和下線圈14的一端對稱設(shè)置于外殼2內(nèi)的兩端，其另一端對稱的位于兩個環(huán)形孔17內(nèi)，當(dāng)通入反向交變電流后，該上線圈13、下線圈14與動磁體1間將產(chǎn)生同向的電磁激勵力，使動磁體1和外殼2間產(chǎn)生相對運(yùn)動形成振動的激勵。所述上線圈13、下線圈14通以反向電流，可采用級聯(lián)或并聯(lián)方式利用外部功放進(jìn)行驅(qū)動。

基于上述結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，如圖1所示，在本實施例中，所述動磁體1包括：鐵芯3、上永磁體4、下永磁體5、上軛鐵6、下軛鐵7；所述鐵芯3是一次加工成型的特殊旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其包括中央的筒狀結(jié)構(gòu)和在該鐵芯上、下兩端的外壁上設(shè)置的兩個環(huán)形支架15；所述上永磁體4、下永磁體5體均可設(shè)計為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，分別安裝于上述兩個環(huán)形支架15上；所述上軛鐵6和下軛鐵7為特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別安裝于上永磁體4和下永磁體5上。在本實施例中，所述動磁體1可由鐵芯3、上永磁體4、下永磁體5、上軛鐵6、下軛鐵7組合粘接而成，使得鐵芯3上端、上永磁體4和上軛鐵6組合后形成一個環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)，鐵芯3下端、下永磁體5和下軛鐵7組合后形成另一個環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)，為動磁體1產(chǎn)生的磁場提供磁路傳輸介質(zhì)。所述的上永磁體4、下永磁體5相對的一面應(yīng)具有相同的極性，若是相反極性，則原本兩個獨立的閉合磁路會產(chǎn)生耦合，影響線圈處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。另外，在兩個環(huán)形支架15之間沿周向可開設(shè)有環(huán)形凹槽18，使得兩個環(huán)形管路相分離，以避免兩個環(huán)形管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁場相互干擾。所述鐵芯3上端的外壁與上軛鐵6之間設(shè)有的間隙形成一個環(huán)形孔17，該鐵芯3下端的外壁與下軛鐵7之間設(shè)有的間隙形成另一個環(huán)形孔17，此時上線圈13、下線圈14的主體分別位于由上軛鐵6和鐵芯3上端、下軛鐵7和鐵芯下端形成的磁隙中。在本實施例中，所述上永磁體4、下永磁體5可利用永磁材料整體加工成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其他實施例中，也可分割成若干扇形部分進(jìn)行加工制作，并在安裝時拼接成整體圓環(huán)。所述的鐵芯、上軛鐵、下軛鐵均利用軟磁材料整體加工成型。由于永磁鐵的兩極均與軟磁材料接觸，使得其產(chǎn)生的磁場絕大部分約束于由軟磁材料構(gòu)成的回路內(nèi)部，從而極大增強(qiáng)環(huán)形孔內(nèi)的磁場，使通電線圈產(chǎn)生更強(qiáng) 的力。

所述外殼2可包括：上蓋板10、下蓋板11及殼體12；所述上蓋板10、下蓋板11均可設(shè)計為圓形板狀結(jié)構(gòu)，該上蓋板10和下蓋板11分別覆蓋于殼體12的上端口和下端口，其中部均設(shè)有環(huán)形筒16；分別作為纏繞上線圈的線圈骨架和下線圈的線圈骨架，該環(huán)形筒16對稱的設(shè)置于上蓋板10和下蓋板11內(nèi)的兩端，并與上蓋板10、下蓋板11呈一體結(jié)構(gòu)，所述上線圈13和下線圈14分別纏繞于上述環(huán)形筒16的末端。外殼2的各部件可由輕質(zhì)金屬材料加工而成，以進(jìn)一步減輕激振器的整體重量。

在本實施例中，所述上蓋板10、下蓋板11均使用鎂鋁合金材料一體加工成型，其重量輕、導(dǎo)熱性能較好。在其他實施例中，所述上蓋板10、下蓋板11也可使用其他材料一體加工成型或焊接成型，具體材料和加工方式需要根據(jù)實際的重量和散熱需求確定。所述的環(huán)形筒16與外殼2的連接處可設(shè)計為弧形倒角結(jié)構(gòu)，以增加環(huán)形筒16的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及散熱功能。

所述的上板簧8、下板簧9均為圓環(huán)板狀彈性結(jié)構(gòu)，上板簧8的外緣固定于上蓋板10和殼體12之間，其內(nèi)緣則固定于上軛鐵6的外壁上，下板簧9的外緣固定于下蓋板11與殼體12之間，其內(nèi)緣固定于下軛鐵7的外壁上，用于支撐動磁體1的重量，同時由于上板簧8、下板簧9具有軸向剛度低、徑向剛度高的特點，可極大約束動磁體1的非軸向位移，保證激振器可沿任意角度工作。

另外，慣性式激振器中由板簧和動磁體構(gòu)成的振動系統(tǒng)存在共振頻率，只有在此頻率以上的頻帶內(nèi)，慣性式激振器才能夠有效的輸出力激勵振動。因此，為了擴(kuò)展激振器的工作頻帶，上述共振頻率應(yīng)該越低越好。但該頻率越低，彈簧就越軟，在質(zhì)量的重力作用下靜態(tài)位移也就越大。當(dāng)靜態(tài)位移超過一定限度后，不僅線圈會跳出強(qiáng)磁場的作用范圍，板簧也容易由于過大的位移而損壞。因此，固有頻率不可能無限降低，其最低值與能夠容忍的最大靜態(tài)位移相關(guān)。一般來講，激振器整體的尺寸越大，動磁體和外殼間振動的最大幅度越大，所能容忍的最大靜態(tài)位移也就越大，固有頻率相應(yīng)越低。在本實施例中，慣性式激振器總體高度設(shè)計為100mm，動磁體1相對于外殼2振動的最大幅度為5mm，由動磁體1和上板簧8、下板簧9構(gòu)成的簡諧振子固有頻率為20Hz，此時動磁體1的靜態(tài)位移約0.6mm，具有上述參數(shù)的慣性式激振器能夠滿足絕大部分聲頻的應(yīng)用需求。在其他實施例中，慣性式激振器的尺寸可以擴(kuò)大或縮小，最大振動幅度以及固有頻率也可根據(jù)實際需求進(jìn)行擴(kuò)大或縮小。

在其他實施例中，所述動磁體1及其各組成部分也可以是方形或其他形狀的柱狀結(jié)構(gòu)，此時上線圈13、下線圈14以及上板簧8、下板簧9也可具有相對應(yīng)的形狀。 所述外殼2及其各組成部分也可以是方形或其他形狀的柱狀結(jié)構(gòu)，其表面也可通過穿孔、刻槽、粘貼散熱器等方式改善激振器的散熱性能。

最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。