一种低频小体积电机式换能器
阅读说明：本技术 一种低频小体积电机式换能器 (Low-frequency small-volume motor type transducer ) 是由 黄东 马振 洪有财 于 2021-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低频小体积电机式换能器,涉及换能器领域,包括上壳体等,上壳体固定在下壳体上,支撑板设置在下壳体内,支撑板下表面固装有伺服电机,伺服电机的电机轴贯穿支撑板并连接带动小锥齿轮轴,大锥齿轮套装在大锥齿轮轴上；上壳体的顶部设有前盖板,前盖板底部的两侧各安装一只前盖板连接座,前盖板连接座上伸出一根连接轴,大锥齿轮轴的两端各安装一只主动轮,主动轮上背离大锥齿轮轴的一端设有偏心轴,连杆、前盖板在偏心轴带动下做上下往复运动。本发明占用空间小,而且整体是密闭的,带有压力补偿可以在不同水深下使用；采用电机驱动,传动结构简单,实际使用时只需要给变频器设定好频率启动即可,使用方便。(The invention discloses a low-frequency small-volume motor type transducer, which relates to the field of transducers and comprises an upper shell and the like, wherein the upper shell is fixed on a lower shell, a supporting plate is arranged in the lower shell, a servo motor is fixedly arranged on the lower surface of the supporting plate, a motor shaft of the servo motor penetrates through the supporting plate and is connected with a small bevel gear shaft, and a large bevel gear is sleeved on the large bevel gear shaft; the top of going up the casing is equipped with the front shroud, and a front shroud connecting seat is respectively installed to the both sides of front shroud bottom, stretches out a connecting axle on the front shroud connecting seat, and a action wheel is respectively installed at the both ends of big bevel gear axle, and the one end that deviates from big bevel gear axle on the action wheel is equipped with the eccentric shaft, and connecting rod, front shroud are reciprocating motion from top to bottom under the eccentric shaft drives. The invention has small occupied space, is totally closed, and can be used in different water depths with pressure compensation; adopt motor drive, transmission simple structure, during the in-service use only need set for the converter frequency start can, convenient to use.)
技术领域
本发明涉及换能器的领域，具体涉及一种低频小体积电机式换能器。
背景技术
电动式换能器是一种水下低频发射换能器。目前，电动式换能器按驱动方式可以分为两种，一种是电磁式，一种是电机式。电磁式换能器又称为动圈式换能器，该类换能器的线圈与辐射面固联，当有电流通过线圈时线圈会产生磁场，与固定磁铁发生作用，带动辐射面振动。电磁式换能器使用时一般需要信号源与功率放大器，系统组成复杂。电机式换能器是以电动机作为驱动方式的换能器，结构简单，这种换能器一般可以实现甚低频，大功率发射。
CN107731218A公开了一种往复式水下甚低频声源，该装置将电动冲击夯的下端替换为激振杆和活塞，利用电动冲击夯电机的曲轴、减速机构、弹簧等将电动机的旋转运动转化为激振杆和活塞的直线往复运动，推动活塞在水下周期性往复运动，从而产生甚低频的声波信号。整个装置电机和传动部分用一个外壳罩起来阻隔声音，外壳的底部有两个气囊，气囊产生的浮力使整个装置浮在水面，活塞放到水里，往复运动产生振动。虽然该装置的驱动方式是电机，但是其体积大，而且完全封闭，不能在水下不同水深工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种低频小体积电机式换能器，具有体积小、重量轻的优势。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种低频小体积电机式换能器，包括上壳体、下壳体、底部盖板、压力补偿气囊、伺服电机、支撑板和导向杆，所述上壳体固定在下壳体上，支撑板设置在下壳体内，支撑板下表面固装有伺服电机，伺服电机的电机轴贯穿支撑板并连接带动小锥齿轮轴，小锥齿轮轴用小锥齿轮支架支撑在支撑板上，套装在小锥齿轮轴上的小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动，大锥齿轮套装在大锥齿轮轴上，大锥齿轮轴用大锥齿轮轴支架支撑在支撑板上；上壳体的顶部设有前盖板，前盖板底部的两侧各安装一只前盖板连接座，前盖板连接座上伸出一根连接轴，大锥齿轮轴的两端各安装一只主动轮，主动轮上背离大锥齿轮轴的一端设有偏心轴，连杆的一端安装在连接轴上，连杆的另一端安装在偏心轴上，连杆、前盖板在偏心轴带动下做上下往复运动；导向杆的一端固定在前盖板的底部，导向杆的另一端滑动设置在直线轴承内，二者同轴心布置，保证前盖板始终沿直线做往复运动；下壳体的底部密封安装底部盖板，压力补偿气囊固定在底部盖板上，压力补偿气囊的出气口贯穿底部盖板并与下壳体的内腔连通，用于平衡换能器的内外压力，实现不同水深环境下的工作。
作为进一步的技术方案，上壳体的底部与下壳体的顶部之间通过O型橡胶圈A密封连接，下壳体底部与底部盖板之间通过O型密封圈B密封连接；上壳体顶部设有前盖板密封橡胶，将上壳体与前盖板密封。
作为进一步的技术方案，所述下壳体的内壁上设有环形台阶，支撑板通过螺纹固定在环形台阶上。
作为进一步的技术方案，所述下壳体的外壁上安装有电机反馈信号水密接插件和电机驱动信号水密接插件，驱动电机上也设有对应的信号插孔，用于电连接外部的伺服驱动器，实现对伺服电机的控制；下壳体的外壁上还设有充气阀门，充气阀门与压力补偿气囊的出气口连通，用于向压力补偿气囊内充气高压气体。
作为进一步的技术方案，所述底部盖板正下方设有底板，在底板与底部盖板之间沿圆周设置有若干保护杆，使得压力补偿气囊位于保护杆围成的空间内，形成保护。
作为进一步的技术方案，所述大锥齿轮与大锥齿轮轴通过平键B连接，并用锁止螺母锁止固定，防止周向转动；小锥齿轮与小锥齿轮轴通过平键A连接。
作为进一步的技术方案，所述大锥齿轮轴通过轴承B支承在大锥齿轮轴支架上，小锥齿轮轴通过轴承A支承在小锥齿轮支架上；伺服电机的电机轴通过弹性联轴器与小锥齿轮轴连接传动。
作为进一步的技术方案，所述主动轮与大锥齿轮轴通过键连接，并用挡板A挡止固定，防止周向转动。
作为进一步的技术方案，所述连杆的一端通过轴承C支承在偏心轴上，并用挡板B和挡止螺母固定；连杆的另一端通过轴承C支承在连接轴上。
作为进一步的技术方案，所述直线轴承底部固定在上支架上，上支架的两侧通过侧支架支撑在支撑板上。
本发明的有益效果为：占用空间小，而且整体是密闭的，带有压力补偿可以在不同水深下使用；采用电机驱动，传动结构简单，实际使用时只需要给变频器设定好频率启动即可，使用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图2的B-B剖视图。
图4为主动轮的结构主视图。
图5为主动轮的结构侧视图。
图6为前盖板连接座的结构主视图。
图7为前盖板连接座的结构侧视图。
附图标记说明：上壳体1、下壳体2、底部盖板3、O型橡胶圈A4、O型密封圈B5、前盖板密封橡胶6、压力补偿气囊7、电机反馈信号水密接插件8、电机驱动信号水密接插件9、充气阀门10、保护杆11、伺服电机12、支撑板13、小锥齿轮轴14、弹性联轴器15、轴承A16、小锥齿轮支架17、小锥齿轮18、平键A19、大锥齿轮20、大锥齿轮轴21、平键B22、锁止螺母23、大锥齿轮轴支架24、轴承B25、主动轮26、键27、挡板A28、偏心轴29、连杆30、轴承C31、挡止螺母32、挡板B33、前盖板连接座34、连接轴35、导向杆36、直线轴承37、上支架38、侧支架39、前盖板40、信号插孔41、底板42。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图1～7所示，这种低频小体积电机式换能器，包括上壳体1、下壳体2、底部盖板3、压力补偿气囊7、伺服电机12、支撑板13和导向杆36，所述上壳体1固定在下壳体2上，支撑板13设置在下壳体2内，下壳体2的内壁上设有环形台阶，支撑板13通过螺纹固定在环形台阶上。支撑板13下表面固装有伺服电机12，伺服电机12的电机轴贯穿支撑板13并连接带动小锥齿轮轴14，小锥齿轮轴14用小锥齿轮支架17支撑在支撑板13上，套装在小锥齿轮轴14上的小锥齿轮18与大锥齿轮20啮合传动，大锥齿轮20套装在大锥齿轮轴21上，大锥齿轮轴21用大锥齿轮轴支架24支撑在支撑板13上；大锥齿轮20与大锥齿轮轴21通过平键B22连接，并用锁止螺母23锁止固定，防止周向转动，小锥齿轮18与小锥齿轮轴14通过平键A19连接。优选地，大锥齿轮轴21通过轴承B25(深沟球轴承)支承在大锥齿轮轴支架24上，小锥齿轮轴14通过轴承A16(圆锥滚子轴承)支承在小锥齿轮支架17上；伺服电机12的电机轴通过弹性联轴器15与小锥齿轮轴14连接传动。
上壳体1的顶部设有前盖板40，前盖板40底部的两侧各安装一只前盖板连接座34，前盖板连接座34上伸出一根连接轴35，大锥齿轮轴21的两端各安装一只主动轮26，主动轮26与大锥齿轮轴21通过键27连接，并用挡板A28挡止固定，防止周向转动。主动轮26上背离大锥齿轮轴21的一端设有偏心轴29，连杆30的一端安装在连接轴35上，连杆30的另一端安装在偏心轴29上，连杆30、前盖板40在偏心轴29带动下做上下往复运动；导向杆36的一端固定在前盖板40的底部，导向杆36的另一端滑动设置在直线轴承37内，二者同轴心布置，保证前盖板40始终沿直线做往复运动；直线轴承37底部固定在上支架38上，上支架38的两侧通过侧支架39支撑在支撑板13上。优选地，连杆30的一端通过轴承C31(深沟球轴承)支承在偏心轴29上，并用挡板B33和挡止螺母32固定；连杆30的另一端通过轴承C31支承在连接轴35上。
下壳体2的底部密封安装底部盖板3，压力补偿气囊7固定在底部盖板3上，压力补偿气囊7的出气口贯穿底部盖板3并与下壳体2的内腔连通，用于平衡换能器的内外压力，实现不同水深环境下的工作。优选地，底部盖板3正下方设有底板42，在底板42与底部盖板3之间沿圆周设置有若干保护杆11，使得压力补偿气囊7位于保护杆11围成的空间内，形成保护。
优选地，上壳体1的底部与下壳体2的顶部之间通过O型橡胶圈A4密封连接，下壳体2底部与底部盖板3之间通过O型密封圈B5密封连接；上壳体1顶部设有前盖板密封橡胶6，将上壳体1与前盖板40密封。
优选地，下壳体2的外壁上安装有电机反馈信号水密接插件8和电机驱动信号水密接插件9，驱动电机12上也设有对应的信号插孔41，用于电连接外部的伺服驱动器，实现对伺服电机12的控制；下壳体2的外壁上还设有充气阀门10，充气阀门10与压力补偿气囊7的出气口连通，用于向压力补偿气囊7内充气高压气体。
本发明的工作原理：工作时，伺服电机12转动带动小锥齿轮18转动，小锥齿轮18带动大锥齿轮20转动，小锥齿轮18与大锥齿轮20的减速比为2:1。大锥齿轮20转动带动大锥齿轮轴21转动进而驱动大锥齿轮轴21两端的主动轮26转动。由于主动轮26上的轴是偏心轴29，主动轮26转动会驱动连杆30做周期往复运动。连杆30的另一端连接前盖板40，从而带动前盖板40做上下位移的周期运动，产生声波，声波的频率为0-60Hz。前盖板40的位移幅度为正负11mm。前盖板40在导向杆36、直线轴承37、上支架38、侧支架39组成的导向机构的限制下做直线运动。下壳体2上安装有电机驱动信号水密接插件9和电机反馈信号水密接插件8，与水面上的伺服驱动器连接，实现伺服电机12的控制。下壳体2上安装有充气阀门10，底部盖板3中心开气孔，与压力补偿气囊7连接。保护杆11起保护压力补偿气囊7的作用。根据换能器工作的水深，通过充气阀门10向换能器充特定的压力，实现压力补偿，使换能器能够在不同的水深工作。
以工作频率为20Hz至500Hz，声源级为164dB的电动式换能器为例。该换能器工作时线圈可提供洛伦兹力约为540N，辐射面直径约为200mm，最大行程为±11mm，重量约为35kg。如果用电机驱动，伺服电机功率2KW，额定转速3000r/min，额定扭矩6.4N·m，重量4KG，从功率角度计算，当电-机转换效率为90％，振动位移取1±11mm，则2000W电机可提供最大推力不小于1300N。从扭矩角度计算，对于额定6.4N·m的扭矩，当最大位移为±11mm时，可粗略计算20Hz情况下推力可达3000/1200*100*6.4＝1600N。从上述计算可以看出电机式的换能器在较小尺寸重量下有较大优势。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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