CN111659598A - 一种位移放大式磁致伸缩换能器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移放大式磁致伸缩换能器，包括换能器壳体、磁致伸缩结构、驱动线圈，换能器壳体包括筒体、第一辐射面、第二辐射面，第一辐射面和第二辐射面均通过弹性密封材料与筒体连接；磁致伸缩结构一端、另一端分别固定连接有第一连接板、第二连接板；第一剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第一连接板、第一辐射面对应铰接；第二剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第二连接板、第二辐射面对应铰接；驱动线圈通有电流时，磁致伸缩结构在换能器长度方向上振动，使得第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上伸缩，从而使得第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上振动。

Description

一种位移放大式磁致伸缩换能器

技术领域

本发明涉及一种位移放大式磁致伸缩换能器，尤其涉及一种用于海洋探测的低频大功率超磁致伸缩电声换能器。

背景技术

迄今为止，声波是人类已知的唯一能够在海洋中远距离传播的能量载体。作为能够发射声波的电声换能器，无论是在民用领域，如海洋地质地貌探测、海底资源开发等，还是在军事领域，如水下目标探测、水声通信等，都具有十分重要的应用价值。

声波作为机械波，在水中传输的能量衰减小（其衰减率为电磁波的千分之一），传输距离远，且声波的频率越低，其传播过程中由吸收效应所带来的能量损失越小，传播范围可从几百米延伸至上千公里，更适用于远距离水下探测、通讯与导航等应用。因此，对于低频大功率换能器的研制显得尤为重要。低频大功率电声换能器有很多种，常见的有电磁式换能器、超磁致伸缩换能器、电动式换能器以及液压式换能器等。超磁致伸缩换能器的机电转换效率高、响应速度快、功率密度高等优点在声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、减振与防振、减噪与防噪系统等很多微位移驱动方面得到了广泛的应用。虽然超磁致伸缩换能器输出力可以很大，但是由于超磁致伸缩棒产生的位移却通常在微米量级，因此限制了其在诸如需要高响应频率、大输出力，同时要求大位移输出的场合的应用。

发明内容

本发明要解决的问题是针对传统换能器功率小、辐射弱的问题，提供一种位移放大式磁致伸缩换能器。

本发明提供一种位移放大式磁致伸缩换能器，包括具有封闭内腔的换能器壳体、在换能器长度方向上延伸的磁致伸缩结构、绕设在所述磁致伸缩结构上的驱动线圈，所述磁致伸缩结构、驱动线圈均设置于所述封闭内腔中；

所述换能器壳体包括沿换能器长度方向设置且两端开口的筒体、在换能器长度方向上间隔设置且分别位于筒体两端开口的第一辐射面、第二辐射面，所述第一辐射面和第二辐射面均通过弹性密封材料与筒体连接；

所述筒体、第一辐射面、第二辐射面、弹性密封材料围成所述封闭内腔；

所述磁致伸缩结构一端、另一端分别固定连接有第一连接板、第二连接板；

所述第一连接板、第一辐射面之间设置有第一剪叉式结构；

所述第二连接板、第二辐射面之间设置有第二剪叉式结构；

所述第一剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第一连接板、第一辐射面对应铰接；

所述第二剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第二连接板、第二辐射面对应铰接；

所述第一剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第一剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离；

所述第二剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第二剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离；

所述换能器还包括预应力结构，所述预应力结构包括固定设置在所述第一连接板的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第一连接板的第一预应力模块和/或固定设置在所述第二连接板的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第二连接板的第二预应力模块，所述预应力结构施加的预应力方向在换能器长度方向上；

所述驱动线圈通有电流时，所述磁致伸缩结构在换能器长度方向上振动，使得第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上伸缩，从而使得第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上振动。

本发明中，在通有电流的驱动线圈产生的磁场的作用下，磁致伸缩结构产生纵向振动。当磁致伸缩结构伸长时，第一连接板、第二连接板在换能器长度方向上分别向远离磁致伸缩结构一侧振动，通过第一剪叉式结构、第二剪叉式结构伸长，使得第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上分别向靠近磁致伸缩结构一侧振动。当磁致伸缩结构缩短时，第一连接板、第二连接板在换能器长度方向上分别向靠近磁致伸缩结构一侧振动，通过第一剪叉式结构、第二剪叉式结构伸长，使得第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上分别向远离磁致伸缩结构一侧振动。通过第一辐射面、第二辐射面的往复振动向外辐射声波，实现电声能量转换。由于第一剪叉式结构与第一连接板以及第一辐射面、第二剪叉式结构与第二连接板以及第二辐射面均铰接，因此铰接连接更便于第一连接板、第二连接板、第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上实现振动。由于所述第一剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第一剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离，且所述第二剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第二剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离，使得第一剪叉式结构、第二剪叉式结构可以将磁致伸缩结构在换能器长度方向上振动产生的较小位移分别转换为第一辐射面、第二辐射面振动的较大位移，从而实现位移放大作用。由于第一辐射面和第二辐射面均通过弹性密封材料与筒体连接，因此第一辐射面、第二辐射面在振动时可以与筒体实现解耦，避免筒体对振动产生影响，而且避免因筒体与两个辐射面一起振动令换能器的数据处理较为复杂。本发明中，由于磁致伸缩本身的特性，通过预应力结构施加的预应力，使得磁致伸缩结构可以工作在最佳状态。

进一步地，

所述第一剪叉式结构包括相互交叉于第一交叉点且相互铰接于第一交叉点的两个第一杆体；

所述第二剪叉式结构包括相互交叉于第二交叉点且相互铰接于第二交叉点的两个第二杆体；

每个第一杆体的一端、另一端分别为第一剪叉式结构一侧的一个端部、另一侧的一个端部；

每个第二杆体的一端、另一端分别为第二剪叉式结构一侧的一个端部、另一侧的一个端部。

进一步地，所述第一辐射面、第二辐射面分别通过弹性密封材料与靠近筒体两端开口的筒体内壁面连接。

通过上述设置，第一辐射面、第二辐射面在换能器长度方向上振动时，本发明中，第一辐射面、第二辐射面沿筒体内壁面在换能器长度方向上振动，由于辐射面与筒体之间通过弹性材料连接，因此筒体不会随着第一辐射面、第二辐射面在换能器方向上振动，因此辐射面的运动不会受到筒体的影响。

进一步地，所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈的套筒，所述驱动线圈抵接套筒内壁，所述套筒与所述筒体固定连接；

所述套筒两个端面均设置有开孔，所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔伸出且与开孔间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈间隙配合。

本发明中，由于驱动线圈被套筒容纳且抵接套筒、套筒与筒体固定连接，因此当磁致伸缩结构振动带动剪叉式结构伸缩从而带动第一辐射面、第二辐射面振动时，筒体、套筒、线圈都不会随着一起运动，因此不会对磁致伸缩结构、第一辐射面、第二辐射面的振动产生干扰。

进一步地，所述筒体为刚性筒体或波纹管。

本发明中，若筒体为波纹管，刚度较小的波纹管起到弹簧的作用，从而降低了换能器的谐振频率。

进一步地，所述筒体包括在换能器长度方向上依次连接的第一波纹管管体、刚性管体、第二波纹管管体；

所述第一辐射面、第二辐射面分别通过弹性密封材料与第一波纹管管体内壁面、第二波纹管管体内壁面连接；

所述第一波纹管管体、刚性管体、第二波纹管管体、第一辐射面、第二辐射面、弹性密封材料围成所述封闭内腔；

所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈的套筒，所述驱动线圈抵接套筒内壁，所述套筒与所述刚性管体固定连接；

所述套筒两个端面均设置有开孔，所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔伸出且与开孔间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈间隙配合。

本发明中，刚度较小的第一波纹管管体、第二波纹管管体起到弹簧的作用，从而降低了换能器的谐振频率。第一辐射面、第二辐射面分别沿第一波纹管管体内壁面、第二波纹管管体内壁面在换能器长度方向上振动，由于第一辐射面、第二辐射面分别通过弹性密封材料与第一波纹管管体内壁面、第二波纹管管体内壁面连接，因此第一波纹管管体、第二波纹管管体不会随着第一辐射面、第二辐射面在换能器方向上振动，因此辐射面的运动不会受到筒体的影响。通过设置刚性管体，使得套筒便于与刚性管体固定连接。由于磁致伸缩结构两端与开孔间隙配合且磁致伸缩结构与驱动线圈间隙配合，因此磁致伸缩结构振动时，驱动线圈、套筒不会随着一起运动，因此驱动线圈、套筒不会影响磁致伸缩结构的振动。

进一步地，所述套筒包括相互扣合的第一扣合部、第二扣合部，所述第一扣合部、第二扣合部围成容纳驱动线圈的套筒内腔，所述第一扣合部、第二扣合部通过第一紧固结构固定连接；所述第一扣合部和/或第二扣合部与所述筒体固定连接。

本发明中，通过设置相互扣合的第一扣合部、第二扣合部，从而方便第一扣合部、第二扣合部紧密容纳驱动线圈，从而使得套筒、驱动线圈之间无相对运动。由于第一扣合部、第二扣合部相互固定连接，因此仅需将第一扣合部、第二扣合部中的任一个与筒体固定连接，即可实现套筒与筒体的固定连接。

进一步地，所述第一辐射面、第二辐射面、第一连接板、第二连接板的材质均为铝、钛合金、碳纤维中任一种。

进一步地，所述换能器还包括用于为磁致伸缩结构提供偏置磁场的永磁结构。

通过设置永磁体，从而可以提供偏置磁场，防止倍频效应。

进一步地，所述封闭内腔中还填充有压力补偿气体或压力补偿液体。

通过在封闭内腔中填充压力补偿气体或者压力补偿液体，可以起到进一步提高换能器工作水深的作用，对水中的静压力进行补偿。

本发明提出的磁致伸缩换能器具有一系列优点：

1）本发明的剪叉式结构可以将振子位移放大，实现大位移输出；

2）本发明的波纹管外壳刚度较小，起到弹簧的作用，降低了换能器的谐振频率，并且可以有效提升换能器的工作水深，同时减小换能器的整体装配质量，具有小尺寸、重量轻、低频、大功率、效率高的优点，在水声探测、水声通信等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1的磁致伸缩换能器纵剖面结构示意图；

图2是图1中第二预应力模块的结构示意图；

图3（a）、图3（b）分别是图1中第一扣合部、第二扣合部的结构示意图；

图4（a）、图4（b）分别是图1中磁致伸缩结构伸长、缩短时第一剪叉式结构、第一连接板、第一辐射面的位置关系示意图；

图5是本发明实施例2的磁致伸缩换能器纵剖面结构示意图；

图6是图5中第一波纹管管体、第二波纹管管体的结构示意图。

上述附图中，1、磁致伸缩体，2、永磁体，3、驱动线圈，31、第一扣合部，311、第一延伸部，32、第二扣合部，321、第二延伸部，33、开孔，41、第一连接板，42、第二连接板，51、第一螺杆，511、第一螺母，52、第二螺杆，6、弹性密封材料，71、第一辐射面，72、第二辐射面，81、刚性筒体，821、第一波纹管管体，822、第二波纹管管体，823、刚性管体，91、预应力杆，92、预应力螺母，93、碟簧，10、第一杆体，101、第一交叉点，20、第二杆体，201、第二交叉点，11、水密电缆接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

实施例1

本发明提供一种低频大功率超磁致伸缩电声换能器。

如图1所示，本发明提供一种位移放大式磁致伸缩换能器，包括具有封闭内腔的换能器壳体、在换能器长度方向上延伸的磁致伸缩结构、绕设在所述磁致伸缩结构上的驱动线圈3，所述磁致伸缩结构、驱动线圈3均设置于所述封闭内腔中。

在换能器壳体内部设置有驱动结构、振子结构、位移放大机构。

本实施例中，换能器可包括磁致伸缩体1（即振子）、永磁体2、驱动线圈3、第一连接板41、第二连接板42、第一/第二剪叉式结构、第一辐射面71、第二辐射面72、碟簧93、预应力杆91、刚性筒体81、水密电缆头11、套筒、第一螺杆51、第一螺母511、套筒螺栓、套筒螺母。磁致伸缩体1为振子。换能器内部采用空气背衬。

所述换能器壳体包括沿换能器长度方向设置且两端开口的筒体、在换能器长度方向上间隔设置且分别位于筒体两端开口的第一辐射面71、第二辐射面72，所述第一辐射面71和第二辐射面72均通过弹性密封材料6与筒体连接。本实施例中，筒体为刚性筒体81。即本实施例中换能器壳体为刚性结构。

所述刚性筒体81、第一辐射面71、第二辐射面72、弹性密封材料6围成所述封闭内腔。

所述磁致伸缩结构一端、另一端分别固定连接有第一连接板41、第二连接板42。

所述第一连接板41、第一辐射面71之间设置有第一剪叉式结构，所述第二连接板42、第二辐射面72之间设置有第二剪叉式结构。第一剪叉式结构、第二剪叉式结构均为在换能器长度方向上伸缩的剪叉式伸缩结构，即剪叉式伸缩结构绕其铰接点转动，使其两个开口大小发生变化。

在一种优选实施方式中，所述第一剪叉式结构包括相互交叉于第一交叉点101且相互铰接于第一交叉点101的两个第一杆体10；所述第二剪叉式结构包括相互交叉于第二交叉点201且相互铰接于第二交叉点201的两个第二杆体20。

所述第一剪叉式结构（或第二剪叉式结构）由两部分组成，两个第一杆体10（或两个第二杆体20）采用铰链连接呈交叉结构，可以发生相对转动。

每个第一杆体10的一端分别与第一连接板41铰接，每个第一杆体10的另一端分别与第一辐射面71铰接。

每个第二杆体20的一端分别与第二连接板42铰接，每个第二杆体20的另一端分别与第二辐射面72铰接。

两个第一杆体10一端之间的距离小于两个第一杆体10另一端之间的距离。

两个第二杆体20一端之间的距离小于两个第二杆体20另一端之间的距离。

换能器工作时，由于稀土超磁致伸缩棒的磁致伸缩效应，利用交流线圈产生的交变磁场使磁致伸缩结构产生纵向（换能器长度方向）伸缩振动，带动第一连接板41、第二连接板42发生位移，然后通过磁致伸缩结构两侧的第一剪叉式结构、第二剪叉式结构进行位移放大，剪叉式结构与辐射面机械耦合，推动第一辐射面、第二辐射面做周期性运动，进而辐射大功率声波。

所述换能器还包括预应力结构，所述预应力结构包括固定设置在所述第一连接板41的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第一连接板41的第一预应力模块和/或固定设置在所述第二连接板42的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第二连接板42的第二预应力模块，所述预应力结构施加的预应力方向在换能器长度方向上。第一预应力模块的预应力方向为朝向磁致伸缩结构的方向。第二预应力模块的预应力方向为朝向磁致伸缩结构的方向。

第一预应力模块在换能器长度方向上抵接第一连接板41，从而通过第一连接板41对磁致伸缩结构施加预应力；和/或所述第二预应力模块在换能器长度方向上抵接第二连接板42，从而通过第二连接板42对磁致伸缩结构施加预应力。

如图2所示，若预应力结构包括第二预应力模块，则所述第二连接板42的远离磁致伸缩结构的一端端面上开设有螺纹凹槽（图中未示出），所述第二预应力模块包括在换能器长度方向上延伸的预应力杆91，预应力杆91具有与螺纹凹槽的内螺纹相互配合的外螺纹。预应力杆91上安装有碟簧93、预应力螺母92，所述预应力螺母92与预应力杆91为螺纹连接。所述预应力杆91旋入螺纹凹槽中。所述碟簧93夹持在第二连接板42的远离磁致伸缩结构的一端端面与预应力螺母92之间，预应力螺母92通过碟簧93抵接第二连接板42的远离磁致伸缩结构的一端端面，从而通过第二连接板42对磁致伸缩体施加预应力，从而可以令换能器的振子结构可以工作在最佳预应力状态。第一预应力模块与第二预应力模块可采用相同的结构。

所述碟簧93套在预应力杆91上，通过预应力螺母92对振子施加预应力，使其工作在材料应变特性的线性区。驱动线圈和振子装配完成后，可根据所需加预应力的大小调节碟簧的数量及串并联方式，通过预应力杆91、碟簧93、预应力螺母92施加预应力。

优选地，第一预应力模块设置在第一交叉点101、第一交叉点101与第一连接板41之间的两个第一杆体10之间的部分围成的形状内，第二预应力模块设置在第二交叉点201、第二交叉点201与第二连接板42之间的两个第二杆体20之间的部分围成的形状内，

所述驱动线圈3通有电流时，所述磁致伸缩结构在换能器长度方向上振动，使得第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上伸缩，从而使得第一辐射面71、第二辐射面72在换能器长度方向上振动。

如图1、图3（a）、图3（b）所示，在一种优选实施方式中，所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈3的套筒，所述驱动线圈3抵接套筒内壁，所述套筒与所述刚性筒体81固定连接。所述套筒两个端面均设置有开孔33，所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔33伸出且与开孔33间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈3间隙配合。所述套筒包括相互扣合的第一扣合部31、第二扣合部32，所述第一扣合部31、第二扣合部32围成容纳驱动线圈3的套筒内腔，所述第一扣合部31、第二扣合部32通过第一紧固结构固定连接。

本发明中，套筒主要是起到对驱动线圈3进行固定及与刚性筒体81固定连接的作用。通过设置套筒且将套筒与刚性筒体81固定连接，从而使得驱动线圈3、包裹驱动线圈3的套筒、刚性筒体31均与磁致伸缩结构等结构解耦，不会随着磁致伸缩结构、第一/第二连接板、第一/第二剪叉式结构、第一/第二辐射面一起运动，从而避免对第一辐射面、第二辐射面振动的影响，也避免使得辐射频率计算更为复杂。

第一紧固结构可包括套筒螺栓、套筒螺母、分别设置在第一扣合部31、第二扣合部32壁面上且向外延伸的第一延伸部311、第二延伸部321，第一延伸部311、第二延伸部321对应设置且分别具有相互重合的通孔，套筒螺栓穿过第一延伸部311、第二延伸部321上相互重合的通孔，通过套筒螺母即可将第一扣合部31、第二扣合部32固定。

在一种优选实施方式中，所述第一扣合部31和/或第二扣合部32与所述筒体通过第二紧固结构固定连接。可仅将第一扣合部31、第二扣合部32中的任一个与筒体固定连接，则另一个扣合部也会与筒体实现固定连接。本实施例中，第二紧固结构包括第一螺杆51、第一螺母511、第二螺杆52、第二螺母。第一螺杆51、第二螺杆分别穿过筒体壁面上设置的螺纹孔后伸入到第一扣合部31、第二扣合部32壁面上设置的螺纹凹槽或螺纹孔中。第一螺母511、第二螺母分别套设在第一螺杆51、第二螺杆52上且分别抵接筒体外壁面，从而实现筒体与套筒的固定连接。可在第一螺母、第二螺母与筒体接触的位置设置密封材料，保证筒体的密封性能。

如图4（a）所示，虚线所示为磁致伸缩结构未伸长且未缩短时第一连接板41、第一辐射面71、两个第一杆体10的初始位置；如实线所示，当磁致伸缩结构伸长时，第一连接板41在换能器长度方向上向远离磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，第二连接板42在换能器长度方向上向远离磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，且第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上的高度伸长，即两个第一杆体10均绕第一交叉点101转动使得两个第一杆体10一端之间的距离、另一端之间的距离均减小，两个第二杆体20均绕第二交叉点201转动使得两个第二杆体20一端之间的距离、另一端之间的距离均减小，使得第一辐射面71在换能器长度方向上向靠近磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，且使得第二辐射面72在换能器长度方向上向靠近磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状。

如图4（b）所示，虚线所示为磁致伸缩结构未伸长且未缩短时第一连接板41、第一辐射面71、两个第一杆体10的初始位置；如实线所示，当磁致伸缩结构缩短时，第一连接板41在换能器长度方向上向靠近磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，第二连接板42在换能器长度方向上向靠近磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，且第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上的高度缩短，即两个第一杆体10均绕第一交叉点101转动使得两个第一杆体10一端之间的距离、另一端之间的距离均增大，两个第二杆体20均绕第二交叉点201转动使得两个第二杆体20一端之间的距离、另一端之间的距离均增大，使得第一辐射面71在换能器长度方向上向远离磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状，且使得第二辐射面72在换能器长度方向上向远离磁致伸缩结构的一侧凸起变为弯曲状。

结合图4（a）、图4（b）中第一连接板41、第一辐射面71的形状变化的分析，从而可以看出，当磁致伸缩结构伸长或缩短时，第一连接板41、第二连接板42在换能器长度方向上分别向远离或靠近磁致伸缩结构一侧振动，通过第一剪叉式结构、第二剪叉式结构的高度伸长或缩短，使得第一辐射面71、第二辐射面72在换能器长度方向上分别向靠近或远离磁致伸缩结构一侧振动。通过第一辐射面71、第二辐射面72的往复振动向外辐射声波，实现电声能量转换。

图4（a）、图4（b）中仅示出磁致伸缩结构伸长、缩短时第一连接板41、第一杆体10、第一辐射面71的形状和/或位置变化示意图，同理可以得到第二连接板42、第二杆体20、第二辐射面72的形状和/或位置变化示意图。

在一种优选实施方式中，所述第一辐射面71、第二辐射面72分别通过弹性密封材料6与靠近刚性筒体81两端开口的刚性筒体81内壁面连接。

所述换能器还包括用于为磁致伸缩结构提供偏置磁场的永磁结构。所述永磁结构包括K+1个在换能器长度方向上具有相同磁化方向的永磁体2。所述磁致伸缩结构包括K个磁致伸缩体1，K≥2。在换能器长度方向上，永磁体2、磁致伸缩体1交替设置，相邻的永磁体2、磁致伸缩体1相互抵接或固定连接。通过设置永磁体，从而可以提供偏置磁场，防止倍频效应。通过设置磁致伸缩结构、永磁体的半径相同，使得二者互相接触的接触面尺寸相同，且将磁致伸缩结构与永磁体粘接，可以防止换能器工作时振子与永磁体之间的研磨。磁致伸缩体1可采用稀土超磁致伸缩棒，形状可为棒状或圆柱状，并做轴向切片或径向切缝处理以减少涡流损耗，然后用环氧树脂胶粘结，抑制棒材涡流损耗。超磁致伸缩棒外围缠绕一组激励线圈。所述稀土超磁致伸缩棒在换能器长度方向上的两侧上下各安放一块直径大小与棒材相同的永磁体以提供偏置磁场消除倍频现象，永磁体同样做切割处理，抑制涡流损耗，并且用环氧树脂胶粘结处理。所述永磁体提供偏置磁场，防止倍频效应，永磁体为圆柱体，半径与超磁致伸缩棒相同，防止换能器工作时发生侧移；所述永磁体做切缝或切片处理，减少涡流损耗，提升换能器磁-机转换效率；所述驱动线圈由高温漆包线缠绕各个永磁体按相同磁化方向放置并用环氧树脂胶与稀土超磁致伸缩棒粘结，以防止换能器工作时，发生振子与永磁体之间的研磨；驱动线圈3缠绕在超磁致伸缩棒上，以提供交流驱动磁场。驱动线圈3由高温漆包线绕制而成，可以短时间通大电流，而不至于绝缘损坏。

本发明中，筒体、套筒可固定在船舶或浮标上。

所述换能器壳体可为圆柱体或直四棱柱或正方体。第一杆体（或第二杆体）分别与第一辐射面（或第二辐射面）相对的两个端部连接，从而带动第一辐射面（或第二辐射面）振动。

所述刚性筒体81的材料为硬铝、不锈钢、铝镁合金、钛合金、碳纤维或玻璃纤维中的任一种。第一连接板41可以采用铝、钛合金、碳纤维中的任一种。同样的，第二连接板42、第一辐射面71、第二辐射面72所选择材料的范围与第一连接板41所选择材料的范围是相同的。套筒可采用铝。弹性密封材料6可采用水密橡胶或其他水密性较好的弹性材料。

所述第一辐射面71、第二辐射面72、第一连接板41、第二连接板42的材质均为铝、钛合金、碳纤维中任一种。第一辐射面71、第二辐射面72可采用圆形面、方形面等，优选为圆形面，因为圆形面的面积较大，振动效果较好。

磁致伸缩结构振动频率可为1kHz。磁致伸缩结构对第一连接板41、第二连接板42施加的压力可达到10kMPa，磁致伸缩结构在换能器长度方向上伸出、缩短的位移可为微米级。

水密电缆接头11可以满足深海条件下的稳定工作，通过导线与驱动线圈电连接。将驱动线圈3的进出线与水密电缆接头11进行电联接，进行换能器的刚性筒体81的装配。

本发明的第一剪叉式结构、第二剪叉式结构可以将振子位移放大，实现大位移输出。也可调整第一杆体10、第二杆体20的长度，从而实现对位移放大倍数的调节；

实施例2

与实施例1对比不同的是本实施例中的换能器壳体可采用波纹管外壳。换能器壳体可完全采用波纹管结构，或如本实施例所示，采用波纹管结构、刚性结构相结合的结构。使用刚度较小的波纹管作为外壳起到降低换能器谐振频率的作用，并且当换能器波纹管外壳受到水压力作用时，波纹管产生弹性变形，此压力传递给内部的气体，换能器内部的压力与外部静水压力相等，从而提升换能器的工作水深，实现换能器工作在深海中的低频大功率发射，同时减小换能器的整体装配质量，具有小尺寸、重量轻、低频、大功率、效率高的优点。本实施例其余部分与实施例1相同。

如图5、图6所示，所述筒体包括在换能器长度方向上依次连接的第一波纹管管体821、刚性管体823、第二波纹管管体822。第一波纹管管体821、第二波纹管管体822均与刚性管体固定连接，优选地可通过胶接连接。

所述第一辐射面71、第二辐射面72分别通过弹性密封材料6与第一波纹管管体821内壁面、第二波纹管管体822内壁面连接。

所述第一波纹管管体821、刚性管体823、第二波纹管管体822、第一辐射面71、第二辐射面72、弹性密封材料6围成所述封闭内腔。

所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈3的套筒，所述驱动线圈3抵接套筒内壁，所述套筒与所述刚性管体823可通过第一紧固结构固定连接。通过设置刚性管体823，可以实现换能器壳体与套筒较好的相互固定。

所述套筒两个端面均设置有开孔33，所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔33伸出且与开孔间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈3间隙配合。

本实施例2中，第一紧固结构、套筒均可参照实施例1的结构。

所述第一波纹管管体821、第二波纹管管体822的材料均可为青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金和因康镍尔合金任一种。

实施例3

本实施例3与实施例1、2不同的是，所述封闭内腔中还填充有压力补偿气体或压力补偿液体。压力补偿气体或液体可以进一步提升换能器工作水深，本实施例其余部分与实施例1、2相同。所述压力补偿填充液体可为蓖麻油、硅油、变压器油中的任意一种。所述压力补偿填充液体可由充液孔（图中未示出）注入换能器壳体内部。

Claims (10)

1.一种位移放大式磁致伸缩换能器，包括具有封闭内腔的换能器壳体、在换能器长度方向上延伸的磁致伸缩结构、绕设在所述磁致伸缩结构上的驱动线圈（3），所述磁致伸缩结构、驱动线圈（3）均设置于所述封闭内腔中，其特征在于，

所述换能器壳体包括沿换能器长度方向设置且两端开口的筒体、在换能器长度方向上间隔设置且分别位于筒体两端开口的第一辐射面（71）、第二辐射面（72），所述第一辐射面（71）和第二辐射面（72）均通过弹性密封材料（6）与筒体连接；

所述筒体、第一辐射面（71）、第二辐射面（72）、弹性密封材料（6）围成所述封闭内腔；

所述磁致伸缩结构一端、另一端分别固定连接有第一连接板（41）、第二连接板（42）；

所述第一连接板（41）、第一辐射面（71）之间设置有第一剪叉式结构；

所述第二连接板（42）、第二辐射面（72）之间设置有第二剪叉式结构；

所述第一剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第一连接板（41）、第一辐射面（71）对应铰接；

所述第二剪叉式结构一侧的两个端部、另一侧的两个端部分别与第二连接板（42）、第二辐射面（72）对应铰接；

所述第一剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第一剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离；

所述第二剪叉式结构一侧的两个端部之间的距离小于第二剪叉式结构另一侧的两个端部之间的距离；

所述换能器还包括预应力结构，所述预应力结构包括固定设置在所述第一连接板（41）的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第一连接板（41）的第一预应力模块和/或固定设置在所述第二连接板（42）的背离磁致伸缩结构一侧且抵接第二连接板（42）的第二预应力模块，所述预应力结构施加的预应力方向在换能器长度方向上；

所述驱动线圈（3）通有电流时，所述磁致伸缩结构在换能器长度方向上振动，使得第一剪叉式结构、第二剪叉式结构在换能器长度方向上伸缩，从而使得第一辐射面（71）、第二辐射面（72）在换能器长度方向上振动。

2.根据权利要求1所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，

所述第一剪叉式结构包括相互交叉于第一交叉点（101）且相互铰接于第一交叉点（101）的两个第一杆体（10）；

所述第二剪叉式结构包括相互交叉于第二交叉点（201）且相互铰接于第二交叉点（201）的两个第二杆体（20）；

每个第一杆体（10）的一端、另一端分别为第一剪叉式结构一侧的一个端部、另一侧的一个端部；

每个第二杆体（20）的一端、另一端分别为第二剪叉式结构一侧的一个端部、另一侧的一个端部。

3.根据权利要求1所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述第一辐射面（71）、第二辐射面（72）分别通过弹性密封材料（6）与靠近筒体两端开口的筒体内壁面连接。

4.根据权利要求1所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈（3）的套筒，所述驱动线圈（3）抵接套筒内壁，所述套筒与所述筒体固定连接；

所述套筒两个端面均设置有开孔（33），所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔（33）伸出且与开孔（33）间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈（3）间隙配合。

5.根据权利要求1所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述筒体为刚性筒体（81）或波纹管。

6.根据权利要求1所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述筒体包括在换能器长度方向上依次连接的第一波纹管管体（821）、刚性管体（823）、第二波纹管管体（822）；

所述第一辐射面（71）、第二辐射面（72）分别通过弹性密封材料（6）与第一波纹管管体（821）内壁面、第二波纹管管体（822）内壁面连接；

所述第一波纹管管体（821）、刚性管体（823）、第二波纹管管体（822）、第一辐射面（71）、第二辐射面（72）、弹性密封材料（6）围成所述封闭内腔；

所述封闭内腔中沿换能器长度方向设置有容纳所述驱动线圈（3）的套筒，所述驱动线圈（3）抵接套筒内壁，所述套筒与所述刚性管体（823）固定连接；

所述套筒两个端面均设置有开孔（33），所述磁致伸缩结构两端分别从两个开孔（33）伸出且与开孔间隙配合，所述磁致伸缩结构与驱动线圈（3）间隙配合。

7.根据权利要求4或6所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述套筒包括相互扣合的第一扣合部（31）、第二扣合部（32），所述第一扣合部（31）、第二扣合部（32）围成容纳驱动线圈（3）的套筒内腔，所述第一扣合部（31）、第二扣合部（32）通过第一紧固结构固定连接；所述第一扣合部（31）和/或第二扣合部（32）与所述筒体固定连接。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述第一辐射面（71）、第二辐射面（72）、第一连接板（41）、第二连接板（42）的材质均为铝、钛合金、碳纤维中任一种。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述换能器还包括用于为磁致伸缩结构提供偏置磁场的永磁结构。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的位移放大式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述封闭内腔中还填充有压力补偿气体或压力补偿液体。

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