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CN105978288B - 线性电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种线性电机系统，其包括线性电机和用于驱动所述线性电机振动的驱动模块，所述线性电机包括具有收容空间的壳体、收容于所述收容空间的振动模块和用于将所述振动模块弹性支撑于所述收容空间内的弹性件，所述驱动模块包括用于驱动所述振动模块振动的驱动单元和用于调节所述振动模块谐振频率的调节单元。本发明的线性电机系统可以满足多样化的应用程序及场景的振动要求。

Description

线性电机系统
【技术领域】
本发明涉及线性电机驱动技术领域，尤其涉及一种线性电机系统。
【背景技术】
随着电子技术的发展，便携式消费性电子产品越来越受人们的追捧，如手机、掌上游戏机、导航装置或掌上多媒体娱乐设备等。振动反馈，作为便携式电子产品的一种反馈形式，其应用范围已从最初的仅提供最基本的来电提醒等功能逐步扩展到提供与应用程序及场景相关联的触觉反馈等功能。而电机是移动设备中提供振动反馈的基本原件，通常包括旋转电机、压电电机以及线性电机等。其中线性电机以其体积小，寿命长、功耗低和响应时间快等优点，在提供与应用程序及场景相关的触觉反馈功能方面有着绝对的有优势。
线性电机的基本工作原理是利用通电线圈在磁场中受到的安培力来驱动振动块进行振动。相关技术中，线性电机中振动块的谐振频率为固有频率，由振动系统的弹性系数及质量所决定，而弹簧系数和质量在产品完成后即确定且无法改变，所以导致线性电机的谐振频率单一且不可调，无法满足其在不同的应用场景的要求。
因此，有必要提供一种线性电机系统来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种满足多样应用程序及场景振动要求的线性电机系统。
本发明的技术方案如下：
一种线性电机系统，其包括线性电机和用于驱动所述线性电机振动的驱动模块，所述线性电机包括具有收容空间的壳体、收容于所述收容空间的振动模块和用于将所述振动模块弹性支撑于所述收容空间内的弹性件，所述驱动模块包括用于驱动所述振动模块振动的驱动单元和用于调节所述振动模块谐振频率的调节单元，所述调节单元产生符合如下公式的调节信号：F'＝k'x；此时线性电机系统的振动方程为：mx”+cx'+kx＝F0cosω't+F'；根据上述公式可推导出：k'＝k-ω'2m；
其中，m为所述振动模块的质量；
c为所述振动模块的阻尼系数；
k和k'分别对应为所述振动模块的弹力系数和所述调节信号改变的弹力系数；
ω'为改变所述振动模块弹力系数后所述振动模块的谐振频率；
F0和F'分别对应为改变所述振动模块弹力系数前所述振动模块所受的安培力和改变所述振动模块弹力系数后所述振动模块所受的安培力；
x、x'和x”分别对应为谐振位移、谐振位移的一阶导数和二阶导数。
优选的，所述调节单元为第一信号发生器，所述第一信号发生器产生所述调节信号，并将所述调节信号发送至所述驱动单元。
优选的，所述调节单元包括第二信号发生器、设置于所述振动模块的振动方向上的电磁铁及调节磁钢，所述调节磁钢固定于所述振动模块一端并与所述电磁铁相对设置，所述第二信号发生器产生所述调节信号并将所述调节信号发送至所述电磁铁，所述电磁铁产生电磁场改变所述调节磁钢的谐振频率。
优选的，所述驱动单元产生驱动信号以驱动所述振动模块振动，所述驱动信号为简谐信号。
优选的，所述振动模块包括质量块及嵌设于所述质量块的振动磁钢，所述弹性件一端与所述质量块连接，其另一端与所述壳体连接。
优选的，所述弹性件的数量为二个，二所述弹性件分设于所述振动模块振动方向的两端。
本发明的有益效果在于：提供一种线性电机，通过提供驱动单元驱动振动模块振动，并结合调节单元调节所述振动模块谐振频率来实现线性电机谐振频率可调的功能，从而使线性电机能满足在不同的应用程序及场景下的振动要求，大大拓宽了线性电机的应用途径。
【附图说明】
图1为本发明线性电机系统实施例一的结构示意图；
图2为图1中所示实施例一沿A-A线的剖视图；
图3为本发明线性电机系统实施例二的结构示意图；
图4为图3中所示实施例二的立体结构分解图；
图5为图3中所示实施例二沿B-B线的剖视图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一：
请同时参阅图1和图2，其中图1为本发明线性电机系统实施例一的结构示意图；图2为图1中所示实施例一沿A-A线的剖视图。所述线性电机系统1包括线性电机11及用于驱动所述线性电机11振动的驱动模块13。此时，所述线性电机系统1的谐振频率为第一谐振频率。经过所述谐振频率调整后所述线性电机系统1的所述谐振频率为第二谐振频率。
所述线性电机11具有收容空间(未标示)的壳体111、收容于所述收容空间的振动模块113和用于弹性支撑于所述收容空间内的弹性件115。所述弹性件115数量为二个，二所述弹性件115分别设置于所述振动模块113振动方向的两端，用于在所述振动模块113振动时减缓冲击，保护所述振动模块113。
所述壳体111包括基板1111及盖设于所述基板1111的盖板1113，所述盖板1113和所述基板1111匹配卡合共同形成所述收容空间。
所述振动模块113包括质量块1131及嵌设于所述质量块1131的振动磁钢1133。所述弹性件115一端与所述质量块1131连接，其另一端与所述壳体111连接。
所述驱动模块13包括驱动所述振动模块113振动的驱动单元131及用于调节所述振动模块113谐振频率的调节单元133。所述驱动信号为简谐信号，符合如下公式：mx”+cx'+kx＝F0cosωt；所述调节单元133产生符合如下公式的调节信号：F'＝k'x；此时线性电机系统1的振动方程为：mx”+cx'+kx＝F0cosω't+F'；根据上述公式可推导出：可知加入所述调节信号等效于改变所述振动模块113的整体弹力系数，从而改变所述振动模块113谐振频率，实现所述谐振频率可调的功能。根据上述公式可推导出：k'＝k-ω'2m，在确定所述第二谐振频率ω'后，因为k和m为已知因素，即可得出k'，再根据所述调节信号公式即可得出所述调节信号的安培力F'。
其中，m为所述振动模块的质量；
c为所述振动模块的阻尼系数；
k和k'分别对应为所述振动模块的弹力系数和所述调节信号改变的
弹力系数；
ω和ω'分别为所述第一谐振频率和所述第二谐振频率；
F0和F'分别对应为所述振动模块谐振频率为所述第一谐振频率时
所受的安培力和所述振动模块谐振频率从所述第一谐振频率转换为所
述第二谐振频率时所受的安培力；
x、x'和x”分别对应为谐振位移、谐振位移的一阶导数及其二阶
导数。
所述驱动单元131包括用于产生驱动信号的驱动信号发生器1311及用于接收所述驱动信号并驱动所述振动模块113振动的驱动线圈1313。所述驱动线圈1313收容于所述收容空间内，且与所述振动磁钢1133相对间隔设置，具体的，所述驱动线圈1313驱动所述振动磁钢1133振动，所述振动磁钢1133振动从而带动所述质量块1131及弹性件115一并振动，实现所述振动模块113整体振动。所述振动模块113的谐振频率取决于所述弹性件115的弹性系数与所述质量块1131的比值。所述振动模块113的谐振频率与所述驱动信号无关。
所述调节单元133包括用于产生所述调节信号的第一信号发生器1331，所述调节信号为安培力值确定且可调的信号，通过叠加于所述驱动信号调节所述振动模块113谐振频率。
实施例二：
请同时参阅图3至图5，其中，图3为本发明线性电机系统实施例二结构示意图；图4为图3中所示实施例二的立体结构分解图；图5为图3中所示实施例二沿B-B线的剖视图。所述线性电机系统2包括线性电机21及用于驱动所述线性电机21振动的驱动模块23。此时，所述线性电机系统2的谐振频率为第一谐振频率。经过所述谐振频率的调整后所述线性电机系统2的所述谐振频率为第二谐振频率。
所述线性电机21具有收容空间(未标示)的壳体211、收容于所述收容空间的振动模块213和用于弹性支撑于所述收容空间内的弹性件215。所述弹性件215数量为二个，二所述弹性件215分别设置于所述振动模块213振动方向的两端，用于在所述振动模块213振动时减缓冲击，保护所述振动模块213。
所述壳体211包括基板2111及盖设于所述基板2111的盖板2113，所述盖板2113和所述基板2111匹配卡合共同形成所述收容空间。
所述振动模块213包括质量块2131及嵌设于所述质量块2131的振动磁钢2133。所述弹性件215一端与所述质量块2131连接，其另一端与所述壳体211连接。
所述驱动模块23包括驱动所述振动模块213振动的驱动单元231及用于调节所述振动模块213谐振频率的调节单元233。所述驱动信号为简谐信号，符合如下公式：mx”+cx'+kx＝F0cosωt；所述调节单元233产生符合如下公式的调节信号：F'＝k'x；此时线性电机系统2的振动方程为：mx”+cx'+kx＝F0cosω't+F'；根据上述公式可推导出：可知加入所述调节信号等效于改变所述振动模块213的整体弹力系数，从而改变所述振动模块213谐振频率，实现所述谐振频率可调的功能。根据上述公式可推导出：k'＝k-ω'2m，在确定所述第二谐振频率ω'后，因为k和m为已知因素，即可得出k'，再根据所述调节信号公式即可得出所述调节信号的安培力F'。
所述驱动单元231包括用于产生驱动信号的驱动信号发生器2311及用于接收所述驱动信号并驱动所述振动模块213振动的驱动线圈2313。所述驱动线圈2313收容于所述收容空间内，且与所述振动磁钢2133相对间隔设置，具体的，所述驱动线圈2313驱动所述振动磁钢2133振动，所述振动磁钢2133振动从而带动所述质量块2131及弹性件215一并振动，实现所述振动模块213整体振动。所述振动模块213的谐振频率取决于所述弹性件215的弹性系数与所述质量块2131的比值。所述振动模块213的谐振频率与所述驱动信号无关。
所述调节单元233包括用于产生所述调节信号的第二信号发生器2333、设置于所述振动模块213振动方向上的电磁铁2335及调节磁钢2337。所述调节磁钢233固定于所述振动模块213的一端，并与所述电磁铁2335相对设置。所述第二信号发生器2333产生所述调节信号，并将所述调节信号发送至所述电磁铁2335使所述电磁铁2335产生电磁场，所述电磁场对所述调节磁钢2337施加安培力改变所述调节磁钢2337的谐振频率。所述调节磁钢2337的谐振频率与所述振动模块213的谐振频率相同。
本发明的有益效果在于：提供一种线性电机，通过提供驱动单元驱动振动模块振动，并结合调节单元调节所述振动模块谐振频率来实现线性电机谐振频率可调的功能，从而使线性电机能满足在不同的应用程序及场景下的振动要求，大大拓宽了线性电机的应用途径。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种线性电机系统，其包括线性电机和用于驱动所述线性电机振动的驱动模块，其特征在于，所述线性电机包括具有收容空间的壳体、收容于所述收容空间的振动模块和用于将所述振动模块弹性支撑于所述收容空间内的弹性件，所述驱动模块包括用于驱动所述振动模块振动的驱动单元和用于调节所述振动模块谐振频率的调节单元，所述调节单元产生符合如下公式的调节信号：F'＝k'x；此时线性电机系统的振动方程为：mx”+cx'+kx＝F0cosω't+F'；根据上述公式可推导出：k'＝k-ω'2m；
其中，m为所述振动模块的质量；
c为所述振动模块的阻尼系数；
k和k'分别对应为所述振动模块的弹力系数和所述调节信号改变的弹力系数；
ω'为改变所述振动模块弹力系数后所述振动模块的谐振频率；
F0和F'分别对应为改变所述振动模块弹力系数前所述振动模块所受的安培力和改变所述振动模块弹力系数后所述振动模块所受的安培力；
x、x'和x”分别对应为谐振位移、谐振位移的一阶导数及其二阶导数。
2.根据权利要求1所述的线性电机系统，其特征在于，所述调节单元为第一信号发生器，所述第一信号发生器产生所述调节信号，并将所述调节信号发送至所述驱动单元。
3.根据权利要求1所述的线性电机系统，其特征在于，所述调节单元包括第二信号发生器、设置于所述振动模块的振动方向上的电磁铁及调节磁钢，所述调节磁钢固定于所述振动模块一端并与所述电磁铁相对设置，所述第二信号发生器产生所述调节信号并将所述调节信号发送至所述电磁铁，所述电磁铁产生电磁场改变所述调节磁钢的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的线性电机系统，其特征在于，所述驱动单元产生驱动信号以驱动所述振动模块振动，所述驱动信号为简谐信号。
5.根据权利要求1所述的线性电机系统，其特征在于，所述振动模块包括质量块及嵌设于所述质量块的振动磁钢，所述弹性件一端与所述质量块连接，其另一端与所述壳体连接。
6.根据权利要求1所述的线性电机系统，其特征在于，所述弹性件的数量为二个，二所述弹性件分设于所述振动模块振动方向的两端。
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