本發(fā)明涉及機械振動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(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。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，提供一種采用磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，利用該慣性式激振器能夠加強激振器的散熱性能，提高線圈的壽命，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)明提供的基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，包括：動磁體、外殼、板簧、上線圈下線圈以及磁流體。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，所述的上線圈和下線圈均纏繞在一線圈骨架上，兩個線圈骨架的另一端對稱的固定于外殼兩端面內(nèi)側(cè)的中心位置，所述的上線圈和下線圈對稱的位于兩個環(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)生相對運動形成振動的激勵，所述的磁流體灌注于環(huán)形孔內(nèi)，用于將上線圈和下線圈產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至動磁體上進行散熱。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，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部均設(shè)有一環(huán)形凸緣，分別用于固定上線圈的線圈骨架、下線圈的線圈骨架。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的外殼還包括散熱裝置，該散熱裝置包括：離心風(fēng)機、若干上散熱片和若干下散熱片，所述的上散熱片和下散熱片分別固定于上蓋板的頂部和下蓋板的底部，所述上蓋板和下蓋板的兩個環(huán)形凸緣的中心均開設(shè)有與鐵芯的內(nèi)腔貫通的孔，作為空氣流動的入口和出口，所述的離心風(fēng)機設(shè)置于上蓋板的正上方，其通過電能驅(qū)動氣流從下散熱片流入慣性式激振器，并經(jīng)下蓋板、鐵芯的內(nèi)腔、上蓋板后從上散熱片流出慣性式激振器。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的上散熱片呈螺旋狀的分布于上蓋板的孔周圍，所述的下散熱片呈輻射狀的分布于下蓋板的孔周圍。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進，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)方案的進一步改進，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)方案的進一步改進，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)方案的進一步改進，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)方案的進一步改進，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)方案的進一步改進，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)明的基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(jié)構(gòu)的慣性式激振器優(yōu)點在于：

本發(fā)明慣性式激振器通過將磁流體灌注于環(huán)形孔內(nèi)，使得上線圈和下線圈產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至動磁體上進行散熱，使得線圈產(chǎn)生的熱量能夠有效傳導(dǎo)至外界，提高了激振器的散熱性能，降低了線圈溫度，且由于磁流體阻尼特性好，使得激振器的力輸出曲線更為平滑，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，從而極大增強環(huán)形孔內(nèi)的磁場，使通電線圈產(chǎn)生更強的力，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)明實施例中一種基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(jié)構(gòu)的慣性式激振器的剖面視圖。

圖2是本發(fā)明實施例中的上散熱片的橫向切面視圖。

圖3是本發(fā)明實施例中的下散熱片的橫向切面視圖。

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、上散熱片

16、下散熱片 17、離心風(fēng)機 18、遮板

19、底板 20、磁流體 21、線圈骨架

22、環(huán)形凸緣 23、環(huán)形孔 24、環(huán)形凹槽

25、環(huán)形支架

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(jié)構(gòu)的慣性式激振器進行詳細(xì)說明。

參考圖1，本發(fā)明提供的一種基于磁流體散熱的雙線圈單動磁體結(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和磁流體20。所述的上板簧8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23，用于放置線圈，所述的環(huán)形孔23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和下線圈14均纏繞在一線圈骨架21的一端，兩個線圈骨架21的另一端對稱的固定于外殼2兩端面內(nèi)側(cè)的中心位置，所述的上線圈13和下線圈14對稱的位于兩個環(huán)形孔23內(nèi)，當(dāng)兩線圈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)生相對運動形成振動的激勵，所述的磁流體20灌注于環(huán)形孔23內(nèi)，用于將上線圈13和下線圈14產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至動磁體1上進行散熱。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25；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25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，上、下永磁體5之間會存在磁力線，影響線圈處的磁感應(yīng)強度。另外，在兩個環(huán)形支架25之間沿周向可開設(shè)有環(huán)形凹槽24，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23，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23，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。在由上軛鐵6、下軛鐵7以及鐵芯3形成的磁隙中灌注以磁流體20，該磁流體20將受磁場作用被束縛于上述磁隙中。此時上線圈13、下線圈14通過具有較好導(dǎo)熱性能的磁流體20與動磁體1接觸，其產(chǎn)生的熱量將很快傳導(dǎo)至動磁體1上，降低線圈溫度，并通過流動的空氣將熱量傳遞至外界。因此，所述磁流體20有助于大幅提高激振器整體的散熱性能，上線圈13、下線圈14的溫度將得到降低。同時，由于磁流體20的粘滯性增加了激振器的阻尼，使其輸出特性更為平滑。

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，從而極大增強環(huán)形孔內(nèi)的磁場，使通電線圈產(chǎn)生更強的力。

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)形凸緣22；上蓋板10、下蓋板11位于中部的環(huán)形凸緣22分別用于固定上線圈13、下線圈14纏繞的線圈骨架21，該線圈骨架21可利用膠水粘接于上蓋板10、下蓋板11位于中部的環(huán)形凸緣22上。外殼2的各部件可由輕質(zhì)金屬材料加工而成，以進一步減輕激振器的整體重量。

基于上述結(jié)構(gòu)的慣性式激振器，如圖1所示，所述的外殼還包括散熱裝置，該散熱裝置包括：離心風(fēng)機17、若干上散熱片15、若干下散熱片16，該上散熱片15和下散熱片16均呈片狀結(jié)構(gòu)，該片狀結(jié)構(gòu)沿圓周方向均勻分布于一環(huán)形區(qū)域內(nèi)，上 述環(huán)形區(qū)域的外徑可與上蓋板10、下蓋板11相同，內(nèi)徑則略大于離心風(fēng)機17。

在本實施例中，所述的上散熱片15、下散熱片16其一側(cè)分別安裝在上蓋板10、下蓋板11的外側(cè)，另一側(cè)則分別安裝于遮板18和底板19上。所述的離心風(fēng)機17安裝于遮板18的中心，其位置對應(yīng)于上散熱片15中心處的圓形區(qū)域內(nèi)，并設(shè)置于上蓋板10的正上方。當(dāng)離心風(fēng)機工作后，外界空氣經(jīng)下散熱片16進入慣性式激振器，然后經(jīng)下蓋板11中心的孔、動磁體1、上蓋板10中心的孔進入離心風(fēng)機17，再由離心風(fēng)機17排出的空氣經(jīng)上散熱片15回到外界，完成風(fēng)冷散熱操作。所述的離心風(fēng)機17底部與上蓋板10間的縫隙不應(yīng)過大，否則將影響散熱性能。

另外，在本實施例中，所述上蓋板10和下蓋板11的兩個環(huán)形凸緣22的中心均開設(shè)有與鐵芯3的內(nèi)腔貫通的孔，作為空氣流動的入口和出口。所述的上散熱片15、下散熱片16的片狀結(jié)構(gòu)均有16片，如圖2所示，上散熱片15可呈螺旋狀的分布于上蓋板10的孔周圍，其長度方向上是沿離心風(fēng)機17外圓的切線方向；如圖3所示，下散熱片16可呈輻射狀的分布于下蓋板11的孔周圍，其長度方向上是沿離心風(fēng)機17的徑向。在其他實施例中，散熱片的片狀結(jié)構(gòu)也可以具有不同的數(shù)目，其分布也可以具有不同的形式。

在本實施例中，上散熱片15、下散熱片16分別與上蓋板10、下蓋板11結(jié)合并一體化加工成型。而在其他實施例中，也可通過導(dǎo)熱硅膠將上散熱片15、下散熱片16分別粘接于上蓋板10、下蓋板11上。

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)實際需求進行擴大或縮小。

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、粘貼散熱器等方式進一步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。