一种膜式电磁换能器制造技术

本发明专利技术提供一种膜式电磁换能器，包括围成水密空间的筒体、两个膜式辐射件、密封件；膜式辐射件由圆柱部和圆环部相互连接形成，圆柱部高度大于圆环部高度；筒体内壁上固定设置有隔板，隔板两侧面上均固定设置有绕设有驱动线圈的励磁结构，圆柱部朝向隔板的端面上固定设置有衔铁，位于同一个子空间内的衔铁、励磁结构在筒体轴线方向上相对设置；膜式电磁换能器还包括将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接的K个第一固定件，K≥3；在每个膜式辐射件外端面上均设置有加强件，加强件沿膜式辐射件外端面径向方向设置和/或加强件为以膜式辐射件外端面圆心为中心的对称结构，加强件与膜式辐射件固定连接或为一体结构。固定连接或为一体结构。固定连接或为一体结构。

【技术实现步骤摘要】
一种膜式电磁换能器


[0001]本专利技术涉及一种膜式电磁换能器，尤其涉及一种用于水下目标探测、水下通信、海洋温度监测、海底资源勘探的膜式电磁换能器装置。

技术介绍

[0002]随着人类对海洋探索的深入，电声换能器在海洋研究，资源开发，军事侦察等领域具有十分重要的应用价值。
[0003]声波在海中的传播距离与频率密切相关，声波的频率越低在水中传播的距离就越远。低频声波由于其良好的传输特性，在海洋研究，资源开发等领域具有十分重要的应用价值。因此对于大功率低频换能器的研制显得尤为重要。目前使用的有源材料（压电陶瓷材料和磁致伸缩材料）为核心的电声换能器要满足低频段、大功率的工作需求时具有体积大、质量重、造价昂贵的缺点。而动圈式、爆炸式超低频声源又存在着功率小、辐射弱、不稳定、连续性不佳等一系列问题。电磁式换能器具有电磁力大、结构紧凑等优点，较容易实现大的体积位移，在保证较小的体积和重量前提下，实现低频大功率发射。但是，如果希望达到一定的目标频率和高声源级，换能器的辐射面需达到一定厚度，但这样会明显增加换能器的质量，不方便实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是针对现有电磁式换能器在达到高声源级目标时会明显增加换能器质量的问题，提供一种膜式电磁换能器。
[0005]本专利技术提供一种膜式电磁换能器，包括两端开口的筒体，所述筒体为旋转体结构，还包括分别位于两端开口的两个膜式辐射件，所述膜式辐射件与筒体之间设置有密封件，所述筒体、密封件、两个膜式辐射件围成水密空间；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；所述筒体内壁上固定设置有隔板，所述隔板将所述水密空间分为沿筒体轴向方向相邻设置的两个子空间，所述隔板两侧面上均固定设置有励磁结构，所述励磁结构上绕设有驱动线圈，所述圆柱部朝向隔板的端面上固定设置有衔铁，位于同一个子空间内的衔铁、励磁结构在筒体轴线方向上相对设置，所述筒体轴线方向垂直于驱动线圈的线圈平面；所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件圆周均匀布置且将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接的K个第一固定件，K≥3；在每个膜式辐射件外端面上均设置有向远离隔板方向凸起的加强件，所述加强件沿膜式辐射件外端面径向方向设置和/或所述加强件为以膜式辐射件外端面圆心为中心的对称结构，所述加强件与膜式辐射件固定连接或为一体结构。
[0006]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，同时膜式辐射件受到其自身张力作用，可使得衔铁带动膜式辐射件在交变磁场的作用
下受到电磁力和自身张力的作用往复运动产生振动。加强件可采用刚性结构，且可实现一定程度的弯曲变形。加强件可采用与膜式辐射件相同的材料。由于加强件本身具有一定的刚度，与膜式辐射件本体的刚度相加，即可得到所需刚度。由于加强件与膜式辐射件的体积之和小于仅增加膜式辐射件厚度后的结构的体积，因此，本专利技术既可达到高声源级目标，又可明显减少换能器整体质量。通过设置第一固定件将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接，可以为膜式辐射件振动提供外边缘固定约束，即外边缘的振动位移为零。加强件与膜式辐射件是一体的，二者同时往上也同时往下运动。由于圆柱部的高度大于圆环部的高度，且衔铁固定在圆柱部的端面上，因此膜式辐射件靠近其中心的圆柱部较厚，而外围圆环区域较薄，这样有如下好处：（A）在衔铁的推动下，较厚的圆柱部在振动过程中是平动，即圆柱部各点振动位移相同，从而增大体积位移；（B）由于圆柱部厚度较大，方便衔铁固定，方便安装和防水；（C）为膜式辐射件提供内边界条件。
[0007]进一步地，所述加强件的厚度从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小。
[0008]加强件中心区域较厚，沿径向方向向外周，其厚度逐渐减小。申请人在研究时发现，由于膜式辐射件边缘与筒体通过第一固定件实现固定连接，即膜式辐射件边缘为固定约束，使得靠近边缘的膜式辐射件的位移相对于膜式辐射件的外端面中心位移很小。本专利技术中，通过令加强件的厚度从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小，使得加强件、膜式辐射件构成的整体结构的厚度可以从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小，即减小加强件、膜式辐射件构成的整体结构的边缘部分的厚度，从而减小其边缘部分的刚度，从而增大换能器工作时边缘部分的振动位移，可为膜式辐射件振动提供柔性边界，从而获得较大的声辐射功率。
[0009]进一步地，所述加强件为辅助膜式辐射件，所述辅助膜式辐射件为旋转体结构且具有相对设置的第一圆形端面、第二圆形端面，所述辅助膜式辐射件的轴线与筒体轴线重合；所述第一圆形端面的半径小于第二圆形端面的半径；所述辅助膜式辐射件的厚度从第一圆形端面的圆周所在位置到第二圆形端面圆周所在位置逐渐减小；所述第二圆形端面与膜式辐射件外端面连接，使得辅助膜式辐射件与膜式辐射件形成一体结构；所述辅助膜式辐射件、膜式辐射件的材质相同；所述膜式辐射件、辅助膜式辐射件在筒体轴线方向上的最大尺寸之和不大于所述圆环部外径的一半。
[0010]本专利技术中，通过设置辅助膜式辐射件，从而可以实现作为辐射面的膜式辐射件、辅助膜式辐射件的组合结构的厚度沿径向逐渐减小，即膜中心区域较厚，边缘薄，从而可在增加换能器刚度同时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，有助于换能器达到高声源级目标。
[0011]进一步地，所述加强件为沿膜式辐射件外端面径向方向设置的板簧；所述板簧与膜式辐射件为一体结构，或所述板簧与膜式辐射件固定连接。
[0012]本专利技术中，通过沿膜式辐射件径向方向设置板簧，可以在辐射件振动时提供一定的附加刚度，使换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，同时刚度的改变使得换能器的频率实现灵活调整。
[0013]进一步地，所述加强件包括位于膜式辐射件外端面圆心位置的接头部、在膜式辐
射件外端面径向方向上由接头部向外周延伸的至少M个肋条，M≥3，各个肋条沿膜式辐射件圆周均匀布置，所述接头部、肋条为一体结构。
[0014]本专利技术中，通过设置肋条，可以在辐射件振动时提供一定的附加刚度，使换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，同时刚度的改变使得换能器的频率实现灵活调整。
[0015]进一步地，在膜式辐射件4径向方向上，每个膜式辐射件的圆环部具有圆环子区段；所述圆环部在圆环子区段的厚度小于所述圆环部的其他部分的厚度。
[0016]申请人在研究时发现，由于膜式辐射件边缘与筒体通过第一固定件实现固定连接，即膜式辐射件边缘为固定约束，使得靠近边缘的膜式辐射件的位移相对于膜式辐射件的外端面中心位移很小。本专利技术中，通过设置在筒体轴线方向上的尺寸较小的圆环子区段，从而可以在靠近外周的位置令膜式辐射件的厚度较小，从而减小膜式辐射件边缘部分的厚度，从而减小其边缘部分的刚度，从而增大换能器工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜式电磁换能器，包括两端开口的筒体（9），所述筒体（9）为旋转体结构，其特征在于：还包括分别位于两端开口的两个膜式辐射件（4），所述膜式辐射件（4）与筒体（9）之间设置有密封件（17），所述筒体（9）、密封件（17）、两个膜式辐射件（4）围成水密空间；所述膜式辐射件（4）由圆柱部（401）和位于圆柱部（401）外侧的圆环部（402）相互连接形成一体结构，所述圆柱部（401）轴线方向、圆环部（402）轴线方向均与筒体（9）轴线方向重合；所述圆柱部（401）的高度大于圆环部（402）的高度；所述膜式辐射件（4）在筒体（9）轴线方向上的最大尺寸不大于所述圆环部（402）外径的一半；所述筒体（9）内壁上固定设置有隔板（10），所述隔板（10）将所述水密空间分为沿筒体（9）轴向方向相邻设置的两个子空间，所述隔板（10）两侧面上均固定设置有励磁结构（2），所述励磁结构（2）上绕设有驱动线圈（3），所述圆柱部（401）朝向隔板（10）的端面上固定设置有衔铁（1），位于同一个子空间内的衔铁（1）、励磁结构（2）在筒体（9）轴线方向上相对设置，所述筒体（9）轴线方向垂直于驱动线圈（3）的线圈平面；所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件（4）圆周均匀布置且将膜式辐射件（4）边缘部分与筒体（9）固定连接的K个第一固定件（14），K≥3；在每个膜式辐射件（4）外端面上均设置有向远离隔板（10）方向凸起的加强件，所述加强件沿膜式辐射件（4）外端面径向方向设置和/或所述加强件为以膜式辐射件（4）外端面圆心为中心的对称结构，所述加强件与膜式辐射件（4）固定连接或为一体结构。2.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述加强件的厚度从靠近筒体（9）轴线的位置向远离筒体（9）轴线的位置逐渐减小。3.根据权利要求1或2所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述加强件为辅助膜式辐射件（400），所述辅助膜式辐射件（400）为旋转体结构且具有相对设置的第一圆形端面（400a）、第二圆形端面（400b），所述辅助膜式辐射件（400）的轴线与筒体（9）轴线重合；所述第一圆形端面（400a）的半径小于第二圆形端面（400b）的半径；所述辅助膜式辐射件（400）的厚度从第一圆形端面（400a）的圆周所在位置到第二圆形端面（400b）圆周所在位置逐渐减小；所述第二圆形端面（400b）与膜式辐射件（4）外端面连接，使得辅助膜式辐射件（400）与膜式辐射件（4）形成一体结构；所述辅助膜式辐射件（400）、膜式辐射件（4）的材质相同；所述...

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