一种双端辐射电机式换能器
阅读说明：本技术 一种双端辐射电机式换能器 (Double-end radiation motor type transducer ) 是由 马振 黄东 郝浩琦 于 2021-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双端辐射电机式换能器,涉及换能器领域,包括设于换能器中部的中间支撑筒,中间支撑筒的两端对称安装有壳体,在壳体的内壁与中间支撑筒的外壁之间嵌入安装有中间橡胶套,中间支撑筒两端的壳体上均安装有支撑板；连杆、辐射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辐射盖板上,导向杆的另一端滑动设置在直线轴承内,导向杆与直线轴承同轴心布置,保证辐射盖板始终沿直线做往复运动,产生声波辐射。本发明利用电机的大输出力和双端对称式结构,能够在小尺寸空间内实现大功率、低频率(0至50Hz)的声辐射,对称式结构能量损耗小,安装使用方便,共形的气囊结构使尺寸更小。(The invention discloses a double-end radiation motor type transducer, which relates to the field of transducers and comprises a middle supporting cylinder arranged in the middle of the transducer, wherein two ends of the middle supporting cylinder are symmetrically provided with a shell; the connecting rod and the radiation cover plate are driven by the eccentric shaft to reciprocate up and down; one end of the guide rod is fixed on the radiation cover plate, the other end of the guide rod is arranged in the linear bearing in a sliding mode, the guide rod and the linear bearing are arranged coaxially, the radiation cover plate is guaranteed to do reciprocating motion along a straight line all the time, and sound wave radiation is generated. The invention can realize high-power and low-frequency (0 to 50Hz) sound radiation in a small-size space by utilizing the large output force of the motor and the double-end symmetrical structure, the symmetrical structure has small energy loss and convenient installation and use, and the conformal air bag structure ensures that the size is smaller.)
技术领域
本发明涉及换能器的领域，具体涉及一种双端辐射电机式换能器。
背景技术
电动机作为常见的器件，是一种将电能转变为转子转动机械能的装置。配合其它不同形式传动器件，电子转子的转动可以变为不同形式的运动，其中就包括直线往复运动。电机电动的直线往复运动有频率低、位移大的优点。一般电机的转速不大于5000转/分钟，对应于水声换能器，相当于不大于83Hz，再次频段可用的换能器类型较少。电机配合相应的机构件，可实现厘米、分米甚至更大级别的往复运动，这是常规水声换能器难以企及的。从上述可以看出，电机推动的往复运动应用于低频水声辐射中是有一定优势的。换能器在推动水进行声辐射的同时，水也会给换能器一个反作用力，迫使换能器跟随振动，这使得换能器一大部分能量损失。双端对称的结构能够避免这种损失，提高换能器效率。
此外，作为最常用的电动式换能器，还存在以下不足：
1、为减小磁阻，线圈总圈数较少，导线长度较小，工作时输出力较小；
2、单端辐射的形式，盖板在推动水的同时，水给换能器反作用力，使得换能器反向振动，换能器能量损失，而且这种非对称的形式也使得换能器性能与安装、夹持方式有关，增大使用难度与性能的不稳定性；
3、在低于谐振点的频段范围内，换能器推动力会一大部分用于推动弹簧，使低于谐振点的频率范围内用于推动水介质的力较小，严重影响低频范围内性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种双端辐射电机式换能器，具有结构简单、使用方便、安全可靠的优势。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种双端辐射电机式换能器，采用对称结构，包括设于所述换能器中部的中间支撑筒，所述中间支撑筒的两端对称安装有壳体，在壳体的内壁与中间支撑筒的外壁之间嵌入安装有中间橡胶套，中间支撑筒两端的壳体上均安装有支撑板；双轴电机贯穿中间支撑筒布置，且双轴电机的两电机轴对应贯穿位于中间支撑筒两侧的支撑板，两电机轴分别连接带动一根小锥齿轮轴；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；壳体远离中间支撑筒的端部设有辐射盖板，辐射盖板底部的两侧各安装一只辐射盖板连接座，辐射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、辐射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辐射盖板上，导向杆的另一端滑动设置在直线轴承内，导向杆与直线轴承同轴心布置，保证辐射盖板始终沿直线做往复运动，产生声波辐射。
作为进一步的技术方案，所述中间支撑筒的外壁上设有若干测试架安装孔用于安装测试架；中间支撑筒的外壁上开设有充气嘴，用于向中间支撑筒及壳体内腔充入高压气体；中间支撑筒的外壁上设有水密连接器，双轴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，实现对双轴电机的控制。
作为进一步的技术方案，所述中间支撑筒与壳体之间沿圆周设置有若干保护杆，用于支撑、保护中间橡胶套。
作为进一步的技术方案，所述双轴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，所述小锥齿轮与小锥齿轮轴键连接，小锥齿轮轴通过轴承A支承在小锥齿轮支架上。
作为进一步的技术方案，所述大锥齿轮与大锥齿轮轴键连接，大锥齿轮轴通过轴承B支承在大锥齿轮支架上。
作为进一步的技术方案，所述主动轮与大锥齿轮轴键连接，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，所述辐射盖板顶部与壳体顶部之间通过密封橡胶套密封，辐射盖板的位移幅度为±11mm，产生声波的频率为0-40Hz。
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，上支架的两端通过侧支架固定在小锥齿轮支架上。
本发明的有益效果为：利用电机的大输出力和双端对称式结构，能够在小尺寸空间内实现大功率、低频率(0至50Hz)的声辐射，对称式结构能量损耗小，安装使用方便，共形的气囊结构使尺寸更小。
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为辐射盖板连接座的结构主视图。
图7为辐射盖板连接座的结构侧视图。
图8为盖板半径150mm时双端辐射电机式换能器声源级曲线。
图9为盖板半径325mm时双端辐射电机式换能器声源级曲线。
附图标记说明：信号插孔1、保护杆3、中间支撑筒4、测试架安装孔6、充气嘴7、水密连接器8、双轴电机9、弹性联轴器10、小锥齿轮轴11、轴承A12、小锥齿轮13、小锥齿轮支架14、支撑板15、螺钉16、大锥齿轮17、大锥齿轮轴18、大锥齿轮支架19、轴承B20、主动轮21、挡板A22、偏心轴23、连杆24、轴承C25、挡板B26、挡止螺母27、辐射盖板连接座28、辐射盖板29、连接轴30、导向杆31、直线轴承32、上支架33、侧支架34、壳体35、中间橡胶套36、密封橡胶套37。
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，一种双端辐射电机式换能器，采用对称结构，包括设于所述换能器中部的中间支撑筒4，所述中间支撑筒4的两端对称安装有壳体35，在壳体35的内壁与中间支撑筒4的外壁之间嵌入安装有中间橡胶套36，中间支撑筒4两端的壳体35上均安装有支撑板15。双轴电机9贯穿中间支撑筒4布置，且双轴电机9的两电机轴对应贯穿位于中间支撑筒4两侧的支撑板15，两电机轴分别通过弹性联轴器10连接带动一根小锥齿轮轴11；小锥齿轮轴11用小锥齿轮支架14支撑在支撑板15上，小锥齿轮13与小锥齿轮轴11键连接，小锥齿轮轴11通过轴承A12支承在小锥齿轮支架14上，套装在小锥齿轮轴11上的小锥齿轮13与大锥齿轮17啮合传动，大锥齿轮17套装在大锥齿轮轴18上，大锥齿轮17与大锥齿轮轴18键连接，大锥齿轮轴18通过轴承B20支承在大锥齿轮支架19上，大锥齿轮轴支架19支撑在支撑板15上。
壳体35远离中间支撑筒4的端部设有辐射盖板29，辐射盖板29底部的两侧各安装一只辐射盖板连接座28，辐射盖板连接座28上伸出一根连接轴30，大锥齿轮轴18的两端各安装一只主动轮21，主动轮21与大锥齿轮轴18键连接，并用挡板A22挡止固定，防止周向转动。主动轮21上背离大锥齿轮轴18的一端设有偏心轴23，连杆24的一端通过轴承C25支承在连接轴30上，连杆24的另一端通过轴承C25支承在偏心轴23上，并用挡板B26和挡止螺母27固定。连杆24、辐射盖板29在偏心轴23带动下做上下往复运动；辐射盖板29顶部与壳体35顶部之间通过密封橡胶套37密封，辐射盖板29的位移幅度为±11mm，产生声波的频率为0-40Hz。导向杆31的一端固定在辐射盖板29上，导向杆31的另一端滑动设置在直线轴承32内，导向杆31与直线轴承32同轴心布置，保证辐射盖板29始终沿直线做往复运动，产生声波辐射。所述直线轴承32底部固定在上支架33上，上支架33的两端通过侧支架34固定在小锥齿轮支架14上。
优选地，所述中间支撑筒4的外壁上设有若干测试架安装孔6用于安装测试架；中间支撑筒4的外壁上开设有充气嘴7，用于向中间支撑筒4及壳体35内腔充入高压气体；中间支撑筒4的外壁上设有水密连接器8，双轴电机9上也设有对应的信号插孔1，用于电连接外部的伺服驱动器，实现对双轴电机9的控制。中间支撑筒4与壳体35之间沿圆周设置有若干保护杆3，用于支撑、保护中间橡胶套36。密封橡胶套37底部与壳体35接触的部分用胶粘接固定，密封橡胶套37圆形面与辐射盖板35接触的部分用胶粘接固定，从而实现整个装置的密封。
本发明的工作过程：工作时，双轴电机9转动带动小锥齿轮13转动，小锥齿轮13带动大锥齿轮17转动，小锥齿轮13与大锥齿轮17的减速比为2:1。大锥齿轮17转动带动大锥齿轮轴18转动进而驱动大锥齿轮轴18两端的主动轮21转动。由于主动轮21上的轴是偏心轴23，主动轮21转动会驱动连杆24做周期往复运动。连杆24的另一端连接辐射盖板29，从而带动辐射盖板29做上下位移的周期运动，产生声波，声波的频率为0-40Hz。辐射盖板29的位移幅度为±11mm。辐射盖板29在导向杆31、直线轴承32、上支架33、侧支架34组成的导向机构的限制下做直线运动。
壳体35作为换能器的保护外壳与支撑板15螺钉连接。中间橡胶套36与壳体34和中间支撑筒4接触的部分用胶粘接固定，构成双端辐射电机式换能器中部的密封。密封橡胶套37底部与壳体35接触的部分用胶粘接固定，密封橡胶套37圆形面与辐射盖板35接触的部分用胶粘接固定，从而实现整个装置的密封。在壳体35与中间支撑筒4之间安装有若干保护杆3，保护密封橡胶套。中间支撑筒4上安装有充气嘴7，使用时根据换能器工作水深通过该气嘴向换能器冲一定压力的空气，保证换能器在水下稳定的工作。
本发明所提出的“双端辐射电机式换能器”电磁驱动力更大，双端辐射的形式使得推动力损失更小，无谐振点，低频范围内性能更优越。仿真计算双端对称电机式换能器声源级曲线如图8、9所示。
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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