[發明專利]二維電磁激勵器

在審

• 申請號: 201710495866.8
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107482872A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 何聞;李勁林;賈叔仕
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02K41/035
• 分類號: H02K41/035
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司33246
• 代理人: 黃芳

技術領域

本發明涉及一種二維電磁激勵器。

技術背景

音圈電機（也稱電磁激勵器）是一種將電能轉化為機械能的裝置，并實現直線型及有限擺角的運動。它利用通電線圈在磁場中產生安培力的原理來將電流轉換為作用力輸出，主要應用在醫療、半導體、航空、汽車等領域，包括閥門制動器，小型精密替換測量儀，振動平臺以及主動式減振系統等眾多方面。

目前實際工況中所用的平板音圈電機多采用漆包線繞制的形式。如圖1所示的傳統漆包線形式的單線圈平板音圈電機二維截面圖，其出力方向為X軸向。圖中105是利用漆包線繞制的線圈，圖中的⊙代表電流的流向為沿Y軸垂直紙面向外，表示電流的流向為沿Y軸垂直紙面向里。圖中101、102及106共同構成閉合磁路，在線圈處其磁力線方向向上，在⊙處其磁力線方向向下。圖中的103和104僅用于增強上述閉合磁路。根據左手定則，當線圈通入圖中所示的電流時，線圈105會產生X軸正向的力；當線圈通入與圖中所示電流方向相反的電流時，線圈會產生X軸負向的力。CN201410110000.7披露了一種平板型音圈電機，其線圈板由PCB印刷電路板組成。該平板型音圈電機的二維截面圖及磁鐵的充磁方向如圖2所示。圖中的箭頭代表磁力線方向，⊙代表此處線圈的電流流向為沿Y軸垂直紙面向外，表示此處線圈的電流流向為沿Y軸垂直紙面向里。圖1所示的漆包線繞制式平板音圈電機與圖2所示的PCB式平板音圈電機的線圈都同時存在流向沿Y軸垂直紙面向外和沿Y軸垂直紙面向內的電流，電流流向向外的導線受向下的磁力線作用，電流流向向內的導線受向上的磁力線作用。如此，電流方向相反的線圈處于不同方向的磁力線中，才能使整個線圈產生同向的力。這種音圈電機（或稱電磁激勵器）的缺點在于：只能輸出沿X軸單個方向的激勵力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠同時輸出X向及Y向二維激勵力的二維電磁激勵器。

二維電磁激勵器，包含永磁體、磁軛和線路板，線路板上有線圈，線路板為PCB印刷電路板；永磁體和磁軛形成閉合磁路；線圈位于閉合磁路內；

其特征在于：線圈區域內的所有磁力線同向，線圈包含X向安培力發生部和Y向安培力發生部，X向安培力發生部與Y向安培力發生部相互獨立；X向安培力發生部和Y向安培力發生部位于工作氣隙內；X向安培力發生部中的所有導線的電流流向相同，Y向安培力發生部中的所有導線的電流流向相同。

所謂安培力發生部，是指在磁場中產生安培力的通電線圈部位， X向安培力發生部的導線在閉合磁路中沿Y向排列，通電后產生X向作用力Fx；Y向安培力的導線在閉合磁路中沿X向排列，通電后產生Y向作用力Fy。X向安培力發生部與Y向安培力發生部相互獨立是指這兩個安培力發生部的導線沒有電連接關系。

磁軛的形狀可以是U形、C形等，磁軛有且僅有一個缺口，線圈位于該缺口內。

進一步，永磁體的安裝方式有以下幾種情況：1、永磁體由第一磁鋼和第二磁鋼組成，第一磁鋼和第二磁鋼相對安裝于該缺口處。2、永磁體由第一磁鋼和第二磁鋼組成，第一磁鋼和第二磁鋼分別安裝于磁軛的兩臂上。3、一塊永磁體安裝于磁軛的中部。4、一塊永磁體安裝于缺口的任意一側。

進一步，磁軛由軟磁材料制成，磁軛的頂部設置數個螺紋孔，方便使用中進行安裝。

進一步，磁鋼由永磁材料制成，為長方體結構，且寬度與磁軛的寬度相等。由磁鋼及U型磁軛共同構成閉合磁路。

進一步，X向安培力發生部包含多個Y向繞組層，Y向安培力發生部包含多個X向繞組層，X向繞組層和Y向繞組層間隔分布，且各向不同繞組層通過過孔、盲孔或者埋孔進行連接。

進一步，各層X向安培力發生部和Y向安培力發生部分別由平行布置的導線組組成，導線組中的導線并聯，導線組中每一根導線均屬于同向繞組的一部分，當該繞組通入電流后，繞組中的所有導線的電流流向均相同。其次要產生相互垂直正交的X向安培力和Y向安培力，X向安培力發生部和Y向安培力發生部必然垂直正交布置。

或者，線圈包含各導線串聯的X向繞組和Y向繞組。其中X向繞組中位于磁場中等距離分布的多匝導線段形成Y向安培力發生部，X向繞組中位于磁場外的導線段作為連接導線段；Y向繞組中位于磁場中的等距離分布的多匝導線段形成X向安培力發生部，Y向繞組位于磁場外的導線段作為連接導線段。要產生垂直正交的X向安培力和Y向安培力，X向安培力發生部與Y向安培力發生部也必然垂直正交。