專利名稱：多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器的制作方法
多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域，特別涉及為防治肌肉萎縮的科學(xué)研究或醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供的一種筆形高頻振動(dòng)器。
背景技術(shù)：
高頻振動(dòng)肌肉刺激能夠促進(jìn)肌肉張力增加、神經(jīng)沖動(dòng)增強(qiáng)，從而加強(qiáng)肌纖維的營(yíng)養(yǎng)，可防治肌肉萎縮或提高肌肉體積和力量。肌肉高頻振動(dòng)器要求達(dá)到較高頻響(振動(dòng)頻率 100Hz-300Hz)、較大行程(振動(dòng)幅值200 μ m-300 μ m)、較大負(fù)載(輸出壓強(qiáng)400毫巴)的振動(dòng)輸出，且要求類似于筆形的特殊尺寸結(jié)構(gòu)，并滿足安全性、操作方便性等特殊需求。
為實(shí)現(xiàn)較高頻率和較長(zhǎng)行程的激振機(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外研究者開(kāi)展了開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究工作?？煽厥郊ふ駲C(jī)構(gòu)從原理上可歸納為壓電驅(qū)動(dòng)、磁致伸縮驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)三種。但現(xiàn)有公開(kāi)的可控式激振機(jī)構(gòu)難于滿足上述高頻振動(dòng)器的性能和使用要求。這是因?yàn)?壓電陶瓷致動(dòng)器在有限尺寸內(nèi)行程難以達(dá)到300 μ m，而且驅(qū)動(dòng)電源要采用較高電壓，具有不安全隱患。 磁致伸縮原理致動(dòng)器難于同時(shí)達(dá)到要求的頻率帶寬(300Hz)和振動(dòng)幅值(300 μ m)?，F(xiàn)有的洛倫茲力原理的電磁致動(dòng)器雖然能實(shí)現(xiàn)較大行程，但其響應(yīng)頻率目前還無(wú)法達(dá)到300Hz。并且，作為最新型結(jié)構(gòu)的音圈電機(jī)也難于實(shí)現(xiàn)類似于筆形小巧尺寸結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的麥克斯韋原理的電磁驅(qū)動(dòng)器難于同時(shí)獲得可控的較大響應(yīng)頻率(300Hz)和較大行程(300 μ m)的要求， 而且形狀尺寸也難于實(shí)現(xiàn)類似于筆形小巧結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器。利用高頻交變電信號(hào)驅(qū)動(dòng)多組電磁線圈產(chǎn)生耦合交變磁場(chǎng)NS級(jí)與永磁體動(dòng)子磁場(chǎng)NS級(jí)作用的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)肌肉高頻振動(dòng)激振器所要求的可控性能。
本發(fā)明的技術(shù)特征包括如下方面:
1、多組電磁線圈產(chǎn)生的電磁極性效應(yīng)合力作為高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。
2、通過(guò)綜合控制線圈通電組數(shù)及交流驅(qū)動(dòng)電信號(hào)(方波或正弦波)的幅值，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)幅值和作用力的可控輸出。
3、通過(guò)同時(shí)控制多組線圈的交流電源驅(qū)動(dòng)電信號(hào)(方波或正弦波)的頻率，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率可控輸出。
4、通過(guò)設(shè)計(jì)每組 線圈不同的繞線匝數(shù)和線徑，以獲得每組線圈不同的電阻阻值， 通過(guò)多組線圈通斷的不同配置，實(shí)現(xiàn)在足夠驅(qū)動(dòng)合力條件下的低壓電信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
5、多組電磁線圈采用沿軸線并排布置方式，實(shí)現(xiàn)類似于筆形的細(xì)長(zhǎng)小巧尺寸結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是:
1、采用多組電磁線圈同時(shí)驅(qū)動(dòng)方式，可以通過(guò)控制線圈的通電組數(shù)，線性控制輸出力的大小和倍數(shù)，使輸出力控制方便。
2、通過(guò)采用交流驅(qū)動(dòng)信號(hào)可調(diào)(方波或正弦波)的幅值和頻率的電源，可以有效調(diào)節(jié)輸出頻率和振動(dòng)幅值，適應(yīng)各種使用條件下的要求。3、通過(guò)每組線圈的不用繞線匝數(shù)和線徑的組合，實(shí)現(xiàn)多組線圈電阻阻值的調(diào)節(jié)，易于達(dá)到振動(dòng)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(dòng)器尺寸小且特殊結(jié)構(gòu)(類似于筆形)的需求。


圖1為本發(fā)明的分組多線圈電磁驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器原理結(jié)構(gòu)示意圖；其中:(a)為致動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為電磁驅(qū)動(dòng)原理示意圖，(C)為振動(dòng)控制信號(hào)示意圖；圖中，1-振動(dòng)輸出桿；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(fā)明的多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-振動(dòng)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(nèi)支撐彈簧片；8_橡膠墊圈；9_分組勵(lì)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(shí)施例方式本發(fā)明提出的多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下:本發(fā)明的筆形高頻振動(dòng)器原理結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)部件，用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，并與永磁鐵III作用產(chǎn)生高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電源相連，定鐵芯與固定外殼IV固連；主要由振動(dòng)輸出桿1、彈性簧片I1、永磁鐵III組成的運(yùn)動(dòng)部件，用于將高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為高頻的機(jī)械振動(dòng)輸出；其中振動(dòng)輸出桿I與永磁鐵III固連，并通過(guò)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，用于支撐和固定其它部件，且用于手持。所述多組線圈中的各組線圈具有不同的繞線匝數(shù)和線徑，以獲得各組線圈不同的電阻阻值，實(shí)現(xiàn)低壓電信號(hào)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)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(qū)動(dòng)致動(dòng)器，基于單線圈電磁驅(qū)動(dòng)原理(圖lb)。當(dāng)線圈通入電流時(shí)，將產(chǎn)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(yīng)電磁場(chǎng)，通過(guò)改變電流方向可以更換感應(yīng)電磁場(chǎng)NS極的方向?；诖嗽?，向電磁線圈通入方波或正弦波的交流電信號(hào)(圖lc)，產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)將會(huì)以交變電流頻率更換NS極方向。各組電場(chǎng)線圈同時(shí)通入交流電信號(hào)，產(chǎn)生的耦合交變磁場(chǎng)NS與永磁體NS相互吸引或推開(kāi)作用，以產(chǎn)生高頻激振器的交變驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)各組電磁線圈通斷及調(diào)節(jié)電源交流驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的幅值，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)幅值和作用力的可控輸出；通過(guò)控制交流電源驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率可控輸出；通過(guò)設(shè)計(jì)各組線圈不同的繞線匝數(shù)和線徑，可以獲得各組線圈不同的電阻阻值，即可實(shí)現(xiàn)低壓電信號(hào)驅(qū)動(dòng)(與本發(fā)明的各組電磁線圈的通斷開(kāi)關(guān)及可調(diào)幅值、頻率的交流電源及控制器均為常規(guī)技術(shù)，不屬于本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容)。
本發(fā)明給出一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該實(shí)施例的筆形高頻激振器主要由驅(qū)動(dòng)部分、運(yùn)動(dòng)部分、筆形外殼體、輔助部件等組成。
本實(shí)施例各部分的具體結(jié)構(gòu)分別說(shuō)明如下:
本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)部分主要由10組勵(lì)磁線圈9和電磁定鐵芯11組成。每組勵(lì)磁線圈9由100阻分組小線圈按照相同方向繞制構(gòu)成；電磁定鐵芯11由軟磁材料1J50、直徑為 4mm的細(xì)長(zhǎng)軸構(gòu)成，用于安裝勵(lì)磁線圈9 ;在電磁定鐵芯11下端，鉆有4個(gè)通孔11_1，作為勵(lì)磁線圈9的導(dǎo)線通道；電磁定鐵芯11底部為凸臺(tái)狀11_2(直徑為Φ20_,長(zhǎng)15mm),用于與筆形外殼體的固定外殼6過(guò)盈配合定位,并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，并且底座13內(nèi)螺紋處設(shè)有彈性的螺紋防松墊圈14，起到螺紋配合防松的作用，實(shí)現(xiàn)電磁定鐵芯11與固定外殼6相對(duì)定位和緊固連接；電磁定鐵芯11上端通過(guò)粘接方式固連有橡膠墊圈8，用以減緩運(yùn)動(dòng)部件永磁鐵5與電磁定鐵芯11的運(yùn)動(dòng)沖擊。
運(yùn)動(dòng)部分主要由振動(dòng)輸出塊1、外支撐彈簧環(huán)片2、永磁鐵5、內(nèi)支撐彈簧環(huán)片7組成。振動(dòng)輸出塊I通過(guò)強(qiáng)膠固連在永磁鐵5上；振動(dòng)輸出塊I底端為階梯結(jié)構(gòu)(底端中部設(shè)一薄凸臺(tái))，階梯結(jié)構(gòu)與外支撐彈簧環(huán)片2定位接觸；永磁鐵5底端也為階段結(jié)構(gòu)(底端中部設(shè)一薄凸臺(tái))，階梯結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐彈簧環(huán)片7定位接觸；這樣振動(dòng)輸出塊I與永磁鐵5卡在外支撐彈簧片2和內(nèi)支撐彈簧片7之間，保證振動(dòng)方向(軸向)的定位輸出，防止運(yùn)動(dòng)部件的徑向跳動(dòng)。
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(zhǎng) 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(guò)螺紋連接緊固；固定外殼6與底座13也通過(guò)螺紋連接緊固，便于機(jī)構(gòu)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 用于將外支撐彈簧片2與輸出端外殼4緊固連接；線圈骨架10用于分組勵(lì)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(kāi)有一通孔15-1，用于多組勵(lì)磁線圈9的各組線圈驅(qū)動(dòng)交流電信號(hào)導(dǎo)線通過(guò)電磁定鐵芯11下端的4個(gè)通孔1 1-1與電源連接引入。
權(quán)利要求
1.一種多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器，其特征在于，該高頻振動(dòng)器包括 主要由多組電磁線圈和定鐵芯組成的驅(qū)動(dòng)部件，用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，并與永磁鐵作用產(chǎn)生高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電源相連，定鐵芯與固定外殼固連； 主要由振動(dòng)輸出桿、彈性簧片、永磁鐵組成的運(yùn)動(dòng)部件，用于將高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為高頻的機(jī)械振動(dòng)輸出；其中振動(dòng)輸出桿與永磁鐵固連，并通過(guò)彈性簧片支撐，連接到固定外殼上; 筆形外殼體，用于支撐和固定其它部件，且用于手持。
2.如權(quán)利要求I所述高頻振動(dòng)器，其特征在于，所述多組線圈中的各組線圈具有不同的繞線匝數(shù)和線徑，以獲得各組線圈不同的電阻阻值，實(shí)現(xiàn)低壓電信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多組線圈電磁驅(qū)動(dòng)的筆形高頻振動(dòng)器，屬于生物醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域。該振動(dòng)器包括主要由多組電磁線圈和定鐵芯組成的驅(qū)動(dòng)部件，主要由振動(dòng)輸出桿、彈性簧片、永磁鐵組成的運(yùn)動(dòng)部件，用于支撐和固定其它部件的筆形外殼體。利用多組電磁線圈產(chǎn)生的耦合交變磁場(chǎng)NS級(jí)與永磁體動(dòng)子NS級(jí)的相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力；通過(guò)控制線圈通電組數(shù)及交流驅(qū)動(dòng)電信號(hào)(方波或正弦波)的幅值和頻率，調(diào)節(jié)輸出振動(dòng)頻率、幅值和作用力；通過(guò)設(shè)計(jì)每組線圈的繞線匝數(shù)和線徑，調(diào)節(jié)每組線圈電阻阻值，達(dá)到低壓驅(qū)動(dòng)的安全性要求。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)較高頻響、較大行程、較大負(fù)載的振動(dòng)輸出，多組線圈沿軸線布置方式滿足類似于筆形的尺寸結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H02K33/18GK103252312SQ20131011686
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者佟浩, 李勇, 劉辛軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)