多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器的製作方法

2023-05-15 01:03:26 3

專利名稱：多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器的製作方法
多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器技術領域
本發明屬於生物醫學儀器領域，特別涉及為防治肌肉萎縮的科學研究或醫學應用提供的一種筆形高頻振動器。
背景技術：
高頻振動肌肉刺激能夠促進肌肉張力增加、神經衝動增強，從而加強肌纖維的營養，可防治肌肉萎縮或提高肌肉體積和力量。肌肉高頻振動器要求達到較高頻響(振動頻率 100Hz-300Hz)、較大行程(振動幅值200 μ m-300 μ m)、較大負載(輸出壓強400毫巴)的振動輸出，且要求類似於筆形的特殊尺寸結構，並滿足安全性、操作方便性等特殊需求。
為實現較高頻率和較長行程的激振機構，國內外研究者開展了開發和應用研究工作。可控式激振機構從原理上可歸納為壓電驅動、磁致伸縮驅動、電磁驅動三種。但現有公開的可控式激振機構難於滿足上述高頻振動器的性能和使用要求。這是因為:壓電陶瓷致動器在有限尺寸內行程難以達到300 μ m，而且驅動電源要採用較高電壓，具有不安全隱患。 磁致伸縮原理致動器難於同時達到要求的頻率帶寬(300Hz)和振動幅值(300 μ m)。現有的洛倫茲力原理的電磁致動器雖然能實現較大行程，但其響應頻率目前還無法達到300Hz。並且，作為最新型結構的音圈電機也難於實現類似於筆形小巧尺寸結構。現有的麥克斯韋原理的電磁驅動器難於同時獲得可控的較大響應頻率(300Hz)和較大行程(300 μ m)的要求， 而且形狀尺寸也難於實現類似於筆形小巧結構。發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器。利用高頻交變電信號驅動多組電磁線圈產生耦合交變磁場NS級與永磁體動子磁場NS級作用的驅動力，實現肌肉高頻振動激振器所要求的可控性能。
本發明的技術特徵包括如下方面:
1、多組電磁線圈產生的電磁極性效應合力作為高頻振動驅動力。
2、通過綜合控制線圈通電組數及交流驅動電信號(方波或正弦波)的幅值，實現振動幅值和作用力的可控輸出。
3、通過同時控制多組線圈的交流電源驅動電信號(方波或正弦波)的頻率，實現振動頻率可控輸出。
4、通過設計每組 線圈不同的繞線匝數和線徑，以獲得每組線圈不同的電阻阻值， 通過多組線圈通斷的不同配置，實現在足夠驅動合力條件下的低壓電信號驅動。
5、多組電磁線圈採用沿軸線並排布置方式，實現類似於筆形的細長小巧尺寸結構。
本發明的有益效果是:
1、採用多組電磁線圈同時驅動方式，可以通過控制線圈的通電組數，線性控制輸出力的大小和倍數，使輸出力控制方便。
2、通過採用交流驅動信號可調(方波或正弦波)的幅值和頻率的電源，可以有效調節輸出頻率和振動幅值，適應各種使用條件下的要求。3、通過每組線圈的不用繞線匝數和線徑的組合，實現多組線圈電阻阻值的調節，易於達到振動器低壓控制的安全性需求。4、多組線圈沿軸線布置方式，能夠滿足振動器尺寸小且特殊結構(類似於筆形)的需求。


圖1為本發明的分組多線圈電磁驅動致動器原理結構示意圖；其中:(a)為致動器結構示意圖，(b)為電磁驅動原理示意圖，(C)為振動控制信號示意圖；圖中，1-振動輸出杆；I1-彈性簧片；II1-永磁鐵；IV-固定外殼；V-電磁線圈和定鐵芯；圖2為本發明的多組線圈電磁驅動致動器實施例結構示意圖。

圖中，1-振動輸出塊；2_外支撐彈簧片；3_緊固螺釘；4_輸出端外殼；5_永磁鐵；6-固定外殼；7_內支撐彈簧片；8_橡膠墊圈；9_分組勵磁線圈；10_線圈骨架；11_電磁定鐵芯；12_橡膠外套；13_底座；14_螺紋防松墊圈；15_電源輸入端座。
具體實施例方式本發明提出的多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器結合附圖及實施例詳細說明如下:本發明的筆形高頻振動器原理結構如圖1 (a)所示，包括:主要由多組電磁線圈和定鐵芯V組成的驅動部件，用於產生交變磁場，並與永磁鐵III作用產生高頻振動驅動力；其中多組電磁線圈繞在定鐵芯上，每組電磁線圈分別與交流驅動電源相連，定鐵芯與固定外殼IV固連；主要由振動輸出杆1、彈性簧片I1、永磁鐵III組成的運動部件，用於將高頻振動驅動力轉換為高頻的機械振動輸出；其中振動輸出杆I與永磁鐵III固連，並通過彈性簧片II支撐，連接到固定外殼IV上；筆形外殼體(固定外殼)IV，用於支撐和固定其它部件，且用於手持。所述多組線圈中的各組線圈具有不同的繞線匝數和線徑，以獲得各組線圈不同的電阻阻值，實現低壓電信號驅動。本發明筆形高頻激振器的工作原理如圖1 (b)，(C)所示，該多組線圈電磁驅動致動器，基於單線圈電磁驅動原理(圖lb)。當線圈通入電流時，將產生與電流I方向和線圈繞線方向符合右手定則的NS極感應電磁場，通過改變電流方向可以更換感應電磁場NS極的方向。基於此原理，向電磁線圈通入方波或正弦波的交流電信號(圖lc)，產生的感應電磁場將會以交變電流頻率更換NS極方向。各組電場線圈同時通入交流電信號，產生的耦合交變磁場NS與永磁體NS相互吸引或推開作用，以產生高頻激振器的交變驅動力。通過各組電磁線圈通斷及調節電源交流驅動電信號的幅值，可實現振動幅值和作用力的可控輸出；通過控制交流電源驅動電信號的頻率，可實現振動頻率可控輸出；通過設計各組線圈不同的繞線匝數和線徑，可以獲得各組線圈不同的電阻阻值，即可實現低壓電信號驅動(與本發明的各組電磁線圈的通斷開關及可調幅值、頻率的交流電源及控制器均為常規技術，不屬於本發明的技術內容)。
本發明給出一個實施例結構，如圖2所示，該實施例的筆形高頻激振器主要由驅動部分、運動部分、筆形外殼體、輔助部件等組成。
本實施例各部分的具體結構分別說明如下:
本實施例的驅動部分主要由10組勵磁線圈9和電磁定鐵芯11組成。每組勵磁線圈9由100阻分組小線圈按照相同方向繞制構成；電磁定鐵芯11由軟磁材料1J50、直徑為 4mm的細長軸構成，用於安裝勵磁線圈9 ;在電磁定鐵芯11下端，鑽有4個通孔11_1，作為勵磁線圈9的導線通道；電磁定鐵芯11底部為凸臺狀11_2(直徑為Φ20_,長15mm),用於與筆形外殼體的固定外殼6過盈配合定位,並由筆形外殼體的底座13壓緊；固定外殼6與底座13螺紋連接，並且底座13內螺紋處設有彈性的螺紋防松墊圈14，起到螺紋配合防松的作用，實現電磁定鐵芯11與固定外殼6相對定位和緊固連接；電磁定鐵芯11上端通過粘接方式固連有橡膠墊圈8，用以減緩運動部件永磁鐵5與電磁定鐵芯11的運動衝擊。
運動部分主要由振動輸出塊1、外支撐彈簧環片2、永磁鐵5、內支撐彈簧環片7組成。振動輸出塊I通過強膠固連在永磁鐵5上；振動輸出塊I底端為階梯結構(底端中部設一薄凸臺)，階梯結構與外支撐彈簧環片2定位接觸；永磁鐵5底端也為階段結構(底端中部設一薄凸臺)，階梯結構與內支撐彈簧環片7定位接觸；這樣振動輸出塊I與永磁鐵5卡在外支撐彈簧片2和內支撐彈簧片7之間，保證振動方向(軸向)的定位輸出，防止運動部件的徑向跳動。
筆形外殼體主要由輸出端外殼4、固定外殼6 (為圓管形，直徑為Φ28ι πι,長 135mm)、橡膠外套12、底座13組成。輸出端外殼4與固定外殼6通過螺紋連接緊固；固定外殼6與底座13也通過螺紋連接緊固，便於機構的拆裝；橡膠外套12套在輸出端外殼4和固定外殼6上，為與使用者手直接接觸的部件，主要作用是防滑。
輔助部件主要由緊固螺釘3、線圈骨架10、電源輸入端座15等組成。緊固螺釘3 用於將外支撐彈簧片2與輸出端外殼4緊固連接；線圈骨架10用於分組勵磁線圈9的繞線分組與線圈的支撐固定；電源輸入端座15開有一通孔15-1，用於多組勵磁線圈9的各組線圈驅動交流電信號導線通過電磁定鐵芯11下端的4個通孔1 1-1與電源連接引入。
權利要求
1.一種多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器，其特徵在於，該高頻振動器包括 主要由多組電磁線圈和定鐵芯組成的驅動部件，用於產生交變磁場，並與永磁鐵作用產生高頻振動驅動力；其中多組電磁線圈繞在定鐵芯上，每組電磁線圈分別與交流驅動電源相連，定鐵芯與固定外殼固連； 主要由振動輸出杆、彈性簧片、永磁鐵組成的運動部件，用於將高頻振動驅動力轉換為高頻的機械振動輸出；其中振動輸出杆與永磁鐵固連，並通過彈性簧片支撐，連接到固定外殼上; 筆形外殼體，用於支撐和固定其它部件，且用於手持。
2.如權利要求I所述高頻振動器，其特徵在於，所述多組線圈中的各組線圈具有不同的繞線匝數和線徑，以獲得各組線圈不同的電阻阻值，實現低壓電信號驅動。
全文摘要
本發明涉及多組線圈電磁驅動的筆形高頻振動器，屬於生物醫學儀器領域。該振動器包括主要由多組電磁線圈和定鐵芯組成的驅動部件，主要由振動輸出杆、彈性簧片、永磁鐵組成的運動部件，用於支撐和固定其它部件的筆形外殼體。利用多組電磁線圈產生的耦合交變磁場NS級與永磁體動子NS級的相互作用產生驅動力；通過控制線圈通電組數及交流驅動電信號(方波或正弦波)的幅值和頻率，調節輸出振動頻率、幅值和作用力；通過設計每組線圈的繞線匝數和線徑，調節每組線圈電阻阻值，達到低壓驅動的安全性要求。本發明可以實現較高頻響、較大行程、較大負載的振動輸出，多組線圈沿軸線布置方式滿足類似於筆形的尺寸結構。
文檔編號H02K33/18GK103252312SQ20131011686
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者佟浩, 李勇, 劉辛軍 申請人:清華大學