一种电磁换能器制造技术

本发明专利技术提供一种电磁换能器，包括筒体，电磁换能器还包括固定座、辐射件、张力结构、K个永磁体；固定座一侧或两侧设置有辐射件；辐射件朝向固定座一侧固定设置有衔铁，固定座朝向辐射件每一侧固定设置有励磁结构，励磁结构具有E形结构或整体为E形结构，E形结构开口朝向衔铁且由基座、第一凸起部分、第二凸起部分、第三凸起部分形成，第二凸起部分绕设有驱动线圈；K个永磁体关于E形结构的轴线对称分布，每个永磁体均设置在穿过该永磁体第一磁力线经过的路径上，永磁体高度方向平行于穿过该永磁体的第一磁力线。通过设置永磁体，使得线圈电流不再需要建立偏置磁场，大幅削减电磁铁的匝数，降低损耗，提高换能效率。提高换能效率。提高换能效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁换能器


[0001]本专利技术涉及一种电磁换能器，尤其涉及一种用于水下远距离通讯、深海资源勘探、水声层析成像等领域的混合激励大功率低频电磁换能器。

技术介绍

[0002]海洋中具有极其丰富的资源，而对海洋资源的充分开发依赖于有效的勘测手段。相比于光波与无线电波，声波在水中传播时能量衰减小(其衰减率为电磁波的千分之一)，且声波的频率越低，在水中的传播距离就越远，故低频电磁换能器在海洋研究、深海资源勘探、水声层析成像等领域得到了广泛的应用。
[0003]电声换能器是一种能够将电能转换为声能的装置。在低频段，为满足大功率发射要求磁致伸缩换能器与压电换能器必然受限于造价高、体积大、质量大等因素，而动圈式、爆炸式超低频声源又存在稳定性不佳、功率小、连续性不佳等一系列问题。电磁式换能器结构简单、性能稳定，能够在较小体积与较轻重量的前提下实现较大的体积位移，进而实现低频大功率发射。现有电磁式换能器通常采用交流激励的形式。在这样的激励方式下，不论交流励磁电流的大小，换能器输出的声波频率都是电端频率的两倍，这是由该激励方式内在的非线性换能机理所决定的。这种由倍频换能特性引起的非线性会导致输出的声波中包含较大的谐波分量，换能效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对传统倍频激励电磁换能器输出谐波含量高、换能效率低的问题，提供一种电磁换能器。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种电磁换能器，包括筒体，所述筒体为旋转体结构，定义第一方向为筒体长度方向，所述电磁换能器还包括与筒体固定连接的固定座、在第一方向上与固定座相对设置的辐射件，所述辐射件与筒体之间连接有第一密封件；
[0006]在第一方向上所述固定座一侧设置有所述辐射件且固定座、筒体、第一密封件、辐射件围成封闭腔体，或在第一方向上所述固定座两侧均设置有所述辐射件且两个辐射件、筒体、第一密封件围成封闭腔体；
[0007]定义固定座与辐射件之间的初始距离为第一距离，所述电磁换能器还包括在固定座与辐射件之间的距离大于第一距离时带动辐射件朝向靠近固定座的方向运动和/或在固定座与辐射件之间的距离小于第一距离时带动辐射件朝向远离固定座的方向运动的张力结构；
[0008]每个辐射件朝向固定座一侧固定设置有衔铁，所述固定座朝向辐射件每一侧固定设置有励磁结构，所述励磁结构具有E形结构或整体为E形结构，所述E形结构的开口朝向衔铁，所述E形结构由基座、位于基座上且依次间隔设置的第一凸起部分、第二凸起部分、第三凸起部分形成，所述第二凸起部分绕设有驱动线圈，所述第一方向垂直于驱动线圈的线圈平面；所述电磁换能器还包括与励磁结构或衔铁固定连接的K个永磁体，K≥1，K个永磁体关
于E形结构的轴线对称分布；
[0009]定义第一磁力线为驱动线圈通电时产生的磁力线，定义永磁体的两个磁极位于永磁体高度方向上的两端，每个永磁体均设置在第一磁力线经过的路径上，且每个永磁体高度方向平行于穿过该永磁体的第一磁力线。
[0010]本专利技术中，衔铁和励磁结构根据同性相斥，异性相吸原理，衔铁受到电磁力的作用，可以向着靠近励磁结构的方向运动，而张力结构受到压缩后产生反作用力，带动辐射件向着远离固定座的方向运动，可使得衔铁带动辐射件在交变磁场的作用下受到电磁力和张力结构的张力的作用往复运动产生振动。本专利技术中，永磁体可以提供偏置磁场以消除倍频效应。永磁体的加入使得线圈电流不再需要建立直流偏置磁场，即仅需驱动线圈提供交流磁场，减少了换能环节，大幅削减了换能器电磁铁的匝数，降低了换能器的损耗，提高了换能效率。本专利技术中，利用嵌入磁路中的永磁体产生恒定的偏置磁场，利用交流线圈产生交变的驱动磁场，两者相叠加形成包含直流偏置量的交变磁场，在该交变磁场的作用下，励磁结构与衔铁之间产生动态电磁力，进而激发辐射件在第一方向上往复振动，从而在换能器所在介质(例如水)中产生声波向外辐射。采用混合激励的形式有效改善了以往倍频激励下的输出谐波问题与性能评估问题。
[0011]进一步地，定义第一区域由励磁结构外壁面轮廓线围成的区域、衔铁外壁面轮廓线围成的区域、励磁结构与衔铁之间的间隙区域组成，K个永磁体均位于第一区域内，每个永磁体的至少一个端面位于励磁结构与衔铁之间间隙的边缘。
[0012]本专利技术中，通过上述设置，可以使得永磁体仅受不可避免的气隙磁阻的影响，减小漏磁阻，从而尽可能减少空气磁阻，避免因磁场损失较大而增大永磁体尺寸的问题，使得装置的整体重量、体积尽可能小，使得本申请可以满足水下工作的要求。
[0013]进一步地，定义第二方向为衔铁长度方向，定义E形结构形成的两个凹槽分别为第一凹槽、第二凹槽；
[0014]K个永磁体包括：至少1个第一永磁体，和/或至少1个第二永磁体，和/或数量相同的第三永磁体、第四永磁体，和/或数量相同的第五永磁体、第六永磁体，和/或数量相同的第七永磁体、第八永磁体；
[0015]所述第一永磁体在第二方向上贯穿第二凸起部分；
[0016]所述第二永磁体位于第二凸起部分朝向衔铁的端面上；
[0017]所述第三永磁体、第四永磁体关于E形结构的轴线对称分布且分别在第二方向上贯穿第一凸起部分、第三凸起部分；
[0018]所述第五永磁体、第六永磁体关于E形结构的轴线对称分布且分别位于第一凸起部分朝向衔铁的端面上、第三凸起部分朝向衔铁的端面上；
[0019]所述第七永磁体、第八永磁体关于E形结构的轴线对称分布且分别在第一方向上贯穿基座，所述第七永磁体在第一方向上的一个端面位于第一凹槽边缘，所述第八永磁体在第一方向上的一个端面位于第二凹槽边缘。
[0020]进一步地，所述第一密封件为环状弹性密封件；所述第一密封件内侧、外侧分别与辐射件、筒体对应固定连接；所述电磁换能器还包括沿辐射件周向间隔布置的至少三个弹簧，所述弹簧两端分别与辐射件、固定座固定连接；所述第一密封件、弹簧构成所述张力结构。
[0021]在一种优选实施方式中，所述弹簧为螺旋压缩弹簧。
[0022]进一步地，所述筒体在第一方向上的端面上设置有第一环状法兰盘，所述电磁换能器还包括第二环状法兰盘、第三环状法兰盘；
[0023]所述辐射件外周开设有下沉台阶，所述第一密封件靠近内侧的部分夹持在下沉台阶与第二环状法兰盘之间且与下沉台阶、第二环状法兰盘固定连接；
[0024]所述第一密封件靠近外侧的部分夹持在第一环状法兰盘、第三环状法兰盘之间且与第一环状法兰盘、第三环状法兰盘固定连接。
[0025]进一步地，所述辐射件为膜式辐射件，所述膜式辐射件构成张力结构；
[0026]所述膜式辐射件由圆柱部和位于圆柱部外侧的圆环部相互连接形成一体结构，所述圆柱部轴线方向、圆环部轴线方向均与筒体轴线方向重合；所述圆柱部的高度大于圆环部的高度；所述膜式辐射件在筒体轴线方向上的最大尺寸不大于所述圆环部外径的一半；
[0027]所述圆柱部朝向固定座的端面上固定设置有所述衔铁；
[0028]所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件圆周间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁换能器，包括筒体（10），所述筒体（10）为旋转体结构，定义第一方向为筒体（10）长度方向，其特征在于：所述电磁换能器还包括与筒体（10）固定连接的固定座（6）、在第一方向上与固定座（6）相对设置的辐射件（4），所述辐射件（4）与筒体（10）之间连接有第一密封件（71）；在第一方向上所述固定座（6）一侧设置有所述辐射件（4）且固定座（6）、筒体（10）、第一密封件（71）、辐射件（4）围成封闭腔体，或在第一方向上所述固定座（6）两侧均设置有所述辐射件（4）且两个辐射件（4）、筒体（10）、第一密封件（71）围成封闭腔体；定义固定座（6）与辐射件（4）之间的初始距离为第一距离，所述电磁换能器还包括在固定座（6）与辐射件（4）之间的距离大于第一距离时带动辐射件（4）朝向靠近固定座（6）的方向运动和/或在固定座（6）与辐射件（4）之间的距离小于第一距离时带动辐射件（4）朝向远离固定座（6）的方向运动的张力结构；每个辐射件（4）朝向固定座（6）一侧固定设置有衔铁（1），所述固定座（6）朝向辐射件（4）每一侧固定设置有励磁结构（2），所述励磁结构（2）具有E形结构或整体为E形结构，所述E形结构的开口朝向衔铁（1），所述E形结构由基座（24）、位于基座（24）上且依次间隔设置的第一凸起部分（21）、第二凸起部分（22）、第三凸起部分（23）形成，所述第二凸起部分（22）绕设有驱动线圈（3），所述第一方向垂直于驱动线圈（3）的线圈平面；所述电磁换能器还包括与励磁结构（2）或衔铁（1）固定连接的K个永磁体，K≥1，K个永磁体关于E形结构的轴线对称分布；定义第一磁力线（31）为驱动线圈（3）通电时产生的磁力线，定义永磁体的两个磁极位于永磁体高度方向上的两端，每个永磁体均设置在第一磁力线（31）经过的路径上，且每个永磁体高度方向平行于穿过该永磁体的第一磁力线（31）。2.根据权利要求1所述的电磁换能器，其特征在于：定义第一区域由励磁结构（2）外壁面轮廓线围成的区域、衔铁（1）外壁面轮廓线围成的区域、励磁结构（2）与衔铁（1）之间的间隙区域组成，K个永磁体均位于第一区域内，每个永磁体的至少一个端面位于励磁结构（2）与衔铁（1）之间间隙的边缘。3.根据权利要求2所述的电磁换能器，其特征在于：定义第二方向为衔铁（1）长度方向，定义E形结构形成的两个凹槽分别为第一凹槽（251）、第二凹槽（252）；K个永磁体包括：至少1个第一永磁体（51），和/或至少1个第二永磁体（52），和/或数量相同的第三永磁体（53）、第四永磁体（54），和/或数量相同的第五永磁体（55）、第六永磁体（56），和/或数量相同的第七永磁体（57）、第八永磁体（58）；所述第一永磁体（51）在第二方向上贯穿第二凸起部分（22）；所述第二永磁体（52）位于第二凸起部分（22）朝向衔铁（1）的端面上；所述第三永磁体（53）、第四永磁体（54）关于E形结构的轴线对称分布且分别在第二方向上贯穿第一凸起部分（21）、第三凸起部分（23）；所述第五永磁体（55）、第六永磁体（56）关于E形结构的轴线对称分布且分别位于第一凸起部分（21）朝向衔铁（1）的端面上、第三凸起部分（23）朝向衔铁（1）的端面上；所述第七永磁体（57）、第八永磁体（58）关于E形结构的轴线对称分布且分别在第一方向上贯穿基座（24），所述第七永磁体（57）在第一方向上的一个端面位于第一凹槽（251）边缘，所述第八永磁体（58）在第一方向上的一个端面位于第二凹槽（252）边缘。
4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，陈泽坤，杨明智，汪柏松，李赟，罗安，李桥，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：