本發(fā)明涉及機械振動技術領域，特別涉及一種基于雙線圈單動磁體結構的慣性式激振器。

背景技術：

振動激勵器(簡稱激振器，又稱作動器)是一種將電能轉化為機械能的振動激勵裝置，在輸入信號的驅動下，以輸出力的方式激勵目標產生預期的振動。隨著技術進步，在科研、軍事、汽車、娛樂等各個領域，隨著人們對振動產生或控制的需求日益強烈，激振器的應用也越來越廣泛。

根據換能器件的不同，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)，結構復雜且容許位移較低，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。

根據結構和安裝方式的不同，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成，安裝時要分別將底座和力輸出端進行固定，其安裝結構復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。

隨著激振器應用需求的增長，人們對其性能指標提出了更高的要求。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計的主要目的。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，為解決現有的激振器體積大、能量密度低、安裝結構復雜的缺點，提供一種新型電磁慣性式激振器的設計結構，該慣性式激振器在相同體積、重量下具有更高的力輸出能力，能夠激勵更強的振動。

為實現上述目的，本發(fā)明提供的一種基于雙線圈單動磁體結構的慣性式激振器，具有雙線圈和單動磁體結構，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)板狀彈性結構，用于將動磁體支撐于外殼內，并限制動磁體的非軸向位移，所述動磁體的兩端呈對稱設置的環(huán)形管狀結構，使得動磁體產生的磁場沿環(huán)形管狀結構的管壁構成回路，在每一環(huán)形管狀結構的外側端面上均設有一環(huán)形孔，用于放置線圈，所述的環(huán)形孔將環(huán)形管狀結構的內腔與外界貫通，所述的上線圈和下線圈均纏繞在一線圈骨架的一端，兩個線圈骨架的另一端對稱的固定于外殼兩端面內側的中心位置，所述的上線圈和下線圈對稱的位于兩個環(huán)形孔內，當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生同向的電磁激勵力，使動磁體和外殼間產生相對運動形成振動的激勵。

作為上述技術方案的進一步改進，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構，其上、下兩端的外壁上均設有一環(huán)形支架，兩個環(huán)形支架之間沿周向開設有環(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)形管狀結構；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)形管狀結構。

作為上述技術方案的進一步改進，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。

作為上述技術方案的進一步改進，所述鐵芯上端的外壁與上軛鐵之間設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有的間隙形成另一個環(huán)形孔。所述上線圈、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環(huán)形孔中。

作為上述技術方案的進一步改進，所述板簧的數量為兩個；所述的兩個板簧均為圓環(huán)板狀彈性結構，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置的凸緣將兩個板簧固定于殼體上。

作為上述技術方案的進一步改進，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)形結構，或采用永磁材料加工成若干扇形結構，并拼接成圓環(huán)。

本發(fā)明的一種基于雙線圈單動磁體結構的慣性式激振器優(yōu)點在于：

本發(fā)明的慣性式激振器通過將動磁體的兩端設置呈環(huán)形管狀結構，使得動磁體產生的磁場沿環(huán)形管狀結構的管壁構成回路，使得磁場絕大部分約束于該回路內部，從而極大增強環(huán)形孔內的磁場，使通電線圈產生更強的力，配合設置的雙線圈結構，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)明實施例中的一種基于雙線圈單動磁體的慣性式激振器的剖面視圖。

附圖標識：

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、線圈骨架

16、環(huán)形凸緣 17、環(huán)形孔 18、環(huán)形凹槽

19、環(huán)形支架

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種基于雙線圈單動磁體的慣性式激振器進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于雙線圈單動磁體結構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)板狀彈性結構，用于將動磁體1支撐于外殼2內，并限制動磁體1的非軸向位移，所述動磁體1的兩端呈對稱設置的環(huán)形管狀結構，使得動磁體1產生的磁場沿環(huán)形管狀結構的管壁構成回路，在每一環(huán)形管狀結構的外側端面上均設有一環(huán)形孔17，所述的環(huán)形孔17將環(huán)形管狀結構的內腔與外界貫通，所述的上線圈13和下線圈14均纏繞在一線圈骨架15的一端，兩個線圈骨架15的另一端對稱的固定于外殼2兩端面內側的中心位置，所述的線圈13和下線圈14對稱的位于兩個環(huán)形孔17內，當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 將產生同向的電磁激勵力，使動磁體1和外殼2間產生相對運動形成振動的激勵。所述上線圈13、下線圈14可采用級聯或并聯方式利用外部功放進行驅動。

基于上述結構的慣性式激振器，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體結構，其包括中央的筒狀結構和在該鐵芯上、下兩端的外壁上設置的兩個環(huán)形支架19；所述上永磁體4、下永磁體5體均可設計為圓環(huán)結構，分別安裝于上述兩個環(huán)形支架19上；所述上軛鐵6和下軛鐵7為特殊的環(huán)狀結構，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)形管狀結構，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)形管狀結構，為動磁體1產生的磁場提供磁路傳輸介質。所述的上永磁體4、下永磁體5相對的一面應具有相同的極性，若是相反極性，則原本兩個獨立的閉合磁路會產生耦合，影響線圈處的磁感應強度。另外，在兩個環(huán)形支架19之間沿周向可開設有環(huán)形凹槽18，使得兩個環(huán)形管路相分離，以避免兩個環(huán)形管狀結構內的磁場相互干擾。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之間設有的間隙形成另一個環(huán)形孔17，所述上線圈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和鐵芯下端形成的環(huán)形孔17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)狀結構，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，使得其產生的磁場絕大部分約束于由軟磁材料構成的回路內部，從而極大增強環(huán)形孔內的磁場，使通電線圈產生更強的力。

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均可設計為圓形板狀結構，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，其中部均設有環(huán)形凸緣16；上蓋板10、下蓋板11位于中部的環(huán)形凸緣16分別用于固定上線圈13、下線圈14纏繞的線圈骨架15，該線圈骨架15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16上。外殼2的各部件可由輕質金屬材料加工而成，以進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實際的重量和散熱 需求確定。

所述的上板簧8、下板簧9均為圓環(huán)板狀彈性結構，上板簧8的外緣固定于上蓋板10和殼體12之間，其內緣則固定于上軛鐵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，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，上述共振頻率應該越低越好。但該頻率越低，彈簧就越軟，在質量的重力作用下靜態(tài)位移也就越大。當靜態(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。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，固有頻率相應越低。在本實施例中，慣性式激振器總體高度設計為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，具有上述參數的慣性式激振器能夠滿足絕大部分聲頻的應用需求。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構，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構，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。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。