CN103143496B - 一种液压传动超声波换能装置 - Google Patents

Abstract

一种液压传动超声波换能装置，它涉及一种换能装置，具体涉及一种液压传动超声波换能装置。本发明为了解决传统换能器结构复杂，尺寸庞大，能量转换效率低和声功率过小的问题。本发明的支撑板、上端盖、下端盖由上至下依次设置，下端盖与支撑板通过多个拉杆连接，上端盖与下端盖通过液压筒连接，上端盖的下表面、下端盖的上表面、液压筒的内腔组成封闭内腔，第二顶柱下端由上至下依次穿过支撑板、上端盖设置在内腔内，第二顶柱的上端与第一顶柱的下端连接，第一活塞与第二顶柱的下端连接，液压筒的外侧壁上对称开有两个通孔，每个通孔内设置一个第二活塞，下端盖的下底面上设有注油通孔，内腔内填充有液压油。本发明用于机械工程领域。

Description

一种液压传动超声波换能装置

技术领域

本发明涉及一种换能装置，具体涉及一种液压传动超声波换能装置。

背景技术

今年来，随着新型功能材料——稀土超磁致伸缩材料(GMM)的飞速发展，由于具有磁致伸缩应变大、磁机耦合系数高、响应速度快、能量密度高等优异特性，已在机电领域显示出良好的应用前景。

为此，国内外对于充分利用这种新型功能材料工作特性作为输出振动力和位移——振动源(GMA)的广泛应用吸引了大量理论和分析研究。但是，把振动源产生的沿着GMM棒轴向振动转换成与其形成垂直方向的纵向机械波向外输出的应用于水下的超磁致伸缩换能器的研究，应该说，还处于起步阶段。

近年来出现的超磁致伸缩方环式换能器、纵振型磁致伸缩换能器、圆环弯张式换能器、弯张式换能器等，由于结构复杂，尺寸过于庞大，能量转换效率低和声功率过小等缺陷，探索一种新的换能器结构形式势在必行。

发明内容

本发明为解决传统换能器结构复杂，尺寸庞大，能量转换效率低和声功率过小的问题，进而提出一种液压传动超声波换能装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括GMM棒、驱动线圈、永磁体、换能器壳体、第一顶柱、顶盖和导磁体，GMM棒插装在换能器壳体内，驱动线圈、永磁体由内向外依次套装在GMM棒上，且驱动线圈和永磁体位于GMM棒的外侧壁与换能器壳体内侧壁之间，顶盖与换能器壳体的开口处密封连接，第一顶柱的上端穿过顶盖中部的通孔与GMM棒一端的端面接触，驱动线圈与GMM棒外侧壁之间的空隙填充有导磁体，本发明还包括第二顶柱、上端盖、下端盖、液压筒、第一活塞、支撑板、两个第二活塞和多个拉杆，支撑板、上端盖、下端盖由上至下依次设置，下端盖与支撑板通过多个拉杆连接，上端盖与下端盖通过液压筒连接，上端盖的下表面、下端盖的上表面、液压筒的内腔组成封闭内腔，第二顶柱下端由上至下依次穿过支撑板、上端盖设置在内腔内，第二顶柱的上端与第一顶柱的下端连接，第一活塞与第二顶柱的下端连接，液压筒的外侧壁上对称开有两个通孔，每个通孔内设置一个第二活塞，下端盖的下底面上设有注油通孔，内腔内填充有液压油。

本发明的有益效果是：本发明采用稀土超磁致伸缩材料的液压传动超声波换能器，能量密度高、响应速度快、磁机耦合系数大、声功率较大、结构简单。其次，本发明将振动源产生的沿着GMM棒轴向振动转换成与其形成垂直方向的纵向机械波，可应用于在水下向外输出，传统换能器能量转换效率仅能达到75，本发明的能量转换率可达到85％至95％，传统换能器的声功率为30％，本发明的声功率可达到50％-60％，本发明的液压筒的直径只有100mm-300mm，传统换能器的直径为150mm-350mm。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是液压筒变形机理示意图，图3是液压筒振动方式示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种液压传动超声波换能装置包括GMM棒1、驱动线圈2、永磁体3、换能器壳体4、第一顶柱5、顶盖6和导磁体7，GMM棒1插装在换能器壳体4内，驱动线圈2、永磁体3由内向外依次套装在GMM棒1上，且驱动线圈2和永磁体3位于GMM棒1的外侧壁与换能器壳体4内侧壁之间，顶盖6与换能器壳体4的开口处密封连接，第一顶柱5的上端穿过顶盖6中部的通孔与GMM棒1一端的端面接触，驱动线圈2与GMM棒1外侧壁之间的空隙填充有导磁体7，本实施方式还包括第二顶柱8、上端盖9、下端盖10、液压筒11、第一活塞12、支撑板13、两个第二活塞14和多个拉杆15，支撑板13、上端盖9、下端盖10由上至下依次设置，下端盖10与支撑板13通过多个拉杆15连接，上端盖9与下端盖10通过液压筒11连接，上端盖9的下表面、下端盖10的上表面、液压筒11的内腔组成封闭内腔16，第二顶柱8下端由上至下依次穿过支撑板13、上端盖9设置在内腔16内，第二顶柱8的上端与第一顶柱5的下端连接，第一活塞12与第二顶柱8的下端连接，液压筒11的外侧壁上对称开有两个通孔11-1，每个通孔11-1内设置一个第二活塞14，下端盖10的下底面上设有注油通孔10-1，内腔16内填充有液压油。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种液压传动超声波换能装置的第一活塞12的外侧壁上设有O型密封圈，每个第二活塞14的外侧壁上分别各设有一个O型密封圈。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种液压传动超声波换能装置的下上端盖9下表面上凸台的外侧壁上套装有上端盘17，下端盖10上表面上凸台的外侧壁上套装有下端盘18。

其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种液压传动超声波换能装置的液压筒11的直径为100mm～300mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

结合图2说明液压筒11的变形机理，当GMM棒1给定一定的交变频率和电流强度，由于GMM功能材料产生磁致伸缩效应，GMM棒1通过第一顶柱5产生的位移和力传输入第一活塞12，设位移量为Δh，输入第一活塞12的直径为D1，由于液压油可以看做是不可压缩的，设第二活塞14的直径为D2，则可以通过液压油被推动的体积不变原则推算出液压筒11的形变量Δs＝Δh/2*D1²/D2²。

结合图3说明液压筒11的振动方式，当GMM棒1回到原位时，液压筒11也将恢复至原位，从而产生的与GMM棒1相同频率的由横向振动变为纵向振动的振幅为ΔS的机械振动波通过其周围液体传送出。

本发明的工作原理是：本发明是基于GMM超磁致伸缩材料的GMA输出振动和位移，传递给液压筒11，通过第一活塞12以及液压油的传动到第二活塞14，使得液压筒11的振动壁会发生有规律的弯曲变形从而输出与GMM棒1同频率的机械振动波。

Claims (4)

1.一种液压传动超声波换能装置，它包括GMM棒(1)、驱动线圈(2)、永磁体(3)、换能器壳体(4)、第一顶柱(5)、顶盖(6)和导磁体(7)，GMM棒(1)插装在换能器壳体(4)内，驱动线圈(2)、永磁体(3)由内向外依次套装在GMM棒(1)上，且驱动线圈(2)和永磁体(3)位于GMM棒(1)的外侧壁与换能器壳体(4)内侧壁之间，顶盖(6)与换能器壳体(4)的开口处密封连接，第一顶柱(5)的上端穿过顶盖(6)中部的通孔与GMM棒(1)一端的端面接触，驱动线圈(2)与GMM棒(1)外侧壁之间的空隙填充有导磁体(7)，其特征在于：所述一种液压传动超声波换能装置还包括第二顶柱(8)、上端盖(9)、下端盖(10)、液压筒(11)、第一活塞(12)、支撑板(13)、两个第二活塞(14)和多个拉杆(15)，支撑板(13)、上端盖(9)、下端盖(10)由上至下依次设置，下端盖(10)与支撑板(13)通过多个拉杆(15)连接，上端盖(9)与下端盖(10)通过液压筒(11)连接，上端盖(9)的下表面、下端盖(10)的上表面、液压筒(11)的内腔组成封闭内腔(16)，第二顶柱(8)下端由上至下依次穿过支撑板(13)、上端盖(9)设置在内腔(16)内，第二顶柱(8)的上端与第一顶柱(5)的下端连接，第一活塞(12)与第二顶柱(8)的下端连接，液压筒(11)的外侧壁上对称开有两个通孔(11-1)，每个通孔(11-1)内设置一个第二活塞(14)，下端盖(10)的下底面上设有注油通孔(10-1)，内腔(16)内填充有液压油，所述GMM棒(1)是稀土超磁致伸缩材料制作的。

2.根据权利要求1所述一种液压传动超声波换能装置，其特征在于：第一活塞(12)的外侧壁上设有O型密封圈，每个第二活塞(14)的外侧壁上分别各设有一个O型密封圈。

3.根据权利要求1所述一种液压传动超声波换能装置，其特征在于：下上端盖(9)下表面上凸台的外侧壁上套装有上端盘(17)，下端盖(10)上表面上凸台的外侧壁上套装有下端盘(18)。

4.根据权利要求1、2或3所述一种液压传动超声波换能装置，其特征在于：液压筒(11)的直径为100mm～300mm。