[发明专利]一种磁悬浮电磁-机械换能器

说明书

本发明基于直线电机原理，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。本发明包括定子、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。本发明自身低频响应好，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。

技术领域

本发明涉及电磁-机械换能器技术领域，具体为一种磁悬浮电磁-机械换能器。

背景技术

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，人们发明了多种电磁-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。

本发明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。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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共同构成了本发明的轴向磁悬浮结构。

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。