CN113262972B - 一种电磁结构及电磁换能器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁结构及电磁换能器。电磁结构包括第一励磁结构、第一结构、第一永磁体。所述第一励磁结构包括K个第一励磁段、第二励磁段，K个第一励磁段在第二方向上依次间隔设置且分别与第二励磁段对应固定连接；在第一方向上，各个第一永磁体均位于驱动线圈与第一结构之间，或均位于驱动线圈与第二励磁段之间，或均位于第二励磁段的远离第一结构一侧；所述第一励磁结构中具有M个充满有相对磁导率小于1.2的介质间隔区域；方形轨迹至少穿过一个间隔区域；间隔区域的间隔尺寸不大于第一长度的1/3且不大于初始位置的气隙尺寸的2倍。本发明使得电磁换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，大幅度提高换能效率。

Description

一种电磁结构及电磁换能器

技术领域

本发明涉及一种用于电磁换能器的电磁结构及电磁换能器。

背景技术

海洋中具有极其丰富的资源，而对海洋资源的充分开发依赖于有效的勘测手段。相比于光波与无线电波，声波在水中传播时能量衰减小（其衰减率为电磁波的千分之一），且声波的频率越低，在水中的传播距离就越远，故低频电声换能器在海洋研究、深海资源勘探、水声层析成像等领域得到了广泛的应用。

电声换能器是一种能够将电能转换为声能的装置。在低频段，为满足大功率发射要求磁致伸缩换能器与压电换能器必然受限于造价高、体积大、质量大等因素，而动圈式、爆炸式超低频声源又存在稳定性不佳、功率小、连续性不佳等一系列问题。电磁式换能器结构简单、性能稳定，能够在较小体积与较轻重量的前提下实现较大的体积位移，进而实现低频大功率发射。

现有电磁式换能器通常采用交流激励的形式。在这样的激励方式下，不论交流励磁电流的大小，换能器输出的声波频率都是电端频率的两倍，这是由该激励方式内在的非线性换能机理所决定的。这种由倍频换能特性引起的非线性会导致输出的声波中包含较大的谐波分量，且效率极低。另一种更为有效的激励方式是交直流混合激励，该激励方式在励磁堆磁路中同时激发直流磁通与交流磁通。所需要的直流磁通既可由直流电流产生，也可由嵌放入磁路中的永磁体产生。

图1（a）为现有电磁换能器的交直流混合激励的电磁结构的一种结构形式；图1（b）为图1（a）的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图；图2（a）为现有电磁换能器的交直流混合激励的电磁结构的另一种结构形式；图2（b）为图2（a）的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图。

如图1（b）、图2（b）所示，现有电磁换能器的电磁结构的驱动线圈通电后产生的交流磁路经过第一永磁体，使得交流磁路中包含第一永磁体的磁阻，即交流主磁路中磁阻较大造成磁通较小，使得气隙中电磁力较小，进而使得换能器要达到目标声源级，只能加大驱动线圈的电流。这样，为了克服倍频特性而设置的第一永磁体反而因增大了交流磁路中的磁阻而使得换能器灵敏度低、换能效率降低。

发明内容

本发明针对现有电磁式换能器的交直流混合激励的电磁结构中交流磁路磁阻过大使得电磁式换能器灵敏度低、换能效率低的问题，提供一种电磁结构及电磁换能器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电磁结构，定义第一方向、与第一方向垂直的第二方向，所述电磁结构包括在第一方向上相对且间隔设置的第一励磁结构、第一结构，所述第一励磁结构上设置有驱动线圈，所述第一励磁结构、第一结构之间形成气隙，所述第一励磁结构的轴线位于第一方向，所述第一励磁结构为轴对称结构；

所述第一结构为与第一励磁结构的结构相同且在第一方向上与第一励磁结构朝向相反的第二励磁结构，或第一结构为沿第二方向延伸的衔铁；

所述电磁结构还包括用于产生穿过气隙的磁通的K-1个第一永磁体，K≥2；各个第一永磁体分别固定于第一励磁结构；

所述第一永磁体的两个磁极位于第一永磁体高度方向上的两端，所述第一永磁体高度方向位于第二方向；各个第一永磁体共同形成的整体结构为关于第一励磁结构的轴线对称的结构；

所述第一励磁结构包括K个第一励磁段、位于驱动线圈的远离第一结构一侧的第二励磁段，所述第一励磁段的长度方向、第二励磁段的长度方向分别位于第一方向、第二方向，所述第一方向垂直于驱动线圈的线圈平面，K个第一励磁段在第二方向上依次间隔设置且分别与第二励磁段对应固定连接；定义第i个间隙为第i个第一励磁段与第i+1个第一励磁段之间的间隙，i=1,2,……,K-1；

第i个第一永磁体在第一方向上的轴线与第i个间隙在第一方向上的轴线重合；

当K≥3时，K-1个第一永磁体在第二方向上间隔设置，且相邻两个第一永磁体在第二方向上的磁极位置相反；

在第一方向上，各个第一永磁体均位于驱动线圈与第一结构之间，或均位于驱动线圈与第二励磁段之间，或均位于第二励磁段的远离第一结构一侧；

所述第一励磁结构中具有M个间隔区域，M≥K-1，所述间隔区域内充满有相对磁导率小于1.2的介质，各个间隔区域共同形成的整体结构为关于第一励磁结构的轴线对称的结构；

定义第一区域是由第一励磁结构所在区域、K-1个第一永磁体所在区域、M个间隔区域组成的区域，定义方形轨迹为仅经过第一区域且沿第二方向穿过任一个第一永磁体且经过第一励磁结构的轨迹，所述方形轨迹至少穿过一个间隔区域；

定义第一长度为第一永磁体在第二方向上的投影长度，每个间隔区域的间隔尺寸不大于第一长度的1/3且不大于第一励磁结构和第一结构位于初始位置时气隙在第一方向上尺寸的2倍。

本发明中，利用第一永磁体产生直流激励，即产生通过气隙的直流磁通，且通过第一永磁体位置的设置，使得驱动线圈通电后产生的主磁路不会穿过第一永磁体，即不包含第一永磁体的磁阻，因此，相比于现有技术中该磁路穿过第一永磁体的结构，可以明显减少该磁路中的磁阻，使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。另外，如果未设置充满有相对磁导率小于1.2的介质的间隔区域，则根据磁路欧姆定律，大部分第一永磁体磁通会通过由铁芯（硅钢）构成的磁阻极小的支路，使得气隙中的第一永磁体产生的磁通很小。因此，通过设置充满有相对磁导率小于1.2的介质的间隔区域，且设置间隔区域的间隔尺寸，使得不仅可以在第一永磁体的磁路支路上增加磁阻，防止气隙中第一永磁体磁通过小、第一永磁体磁通利用率低的问题，而且相比于现有技术中包含第一永磁体磁阻的磁路，也可以避免在驱动线圈通电后产生的主磁路中引入过大的磁阻。

进一步地，所述第二励磁段由在第二方向上依次间隔设置的K个第二子励磁段构成，K个第二子励磁段分别与K个第一励磁段对应固定连接，各个第二子励磁段均沿第二方向延伸，M=K-1，第i个第二子励磁段、第i+1个第二子励磁段之间形成第i个间隔区域，第i个间隔区域在第一方向上的轴线与第i个第一永磁体在第一方向上的轴线重合。

通过设置第i个间隔区域在第一方向上的轴线与第i个第一永磁体在第一方向上的轴线重合，使得永磁体的磁通分布均匀，保证装置对称性。

进一步地，第i个第一永磁体固定在第i个第二子励磁段的靠近第一结构一端且固定在第i+1个第二子励磁段的靠近第一结构一端；或

第i个第一永磁体固定在第i个第二子励磁段的远离第一结构一端且固定在第i+1个第二子励磁段的远离第一结构一端。

通过上述设置，使得第一永磁体与第二子励磁段之间无间隙，从而避免漏磁。

进一步地，第i个第一励磁段、第i+1个第一励磁段之间夹持且固定连接有第i个第一永磁体。

通过上述设置，使得第一永磁体与第一励磁段之间无间隙，避免永磁体的经过第一励磁结构与第一结构之间间隙的磁路的漏磁。

进一步地，所述第一励磁结构还包括K个第三励磁段，各个第三励磁段分别对应设置于各个第一励磁段的靠近第一结构一侧，各个第三励磁段在第二方向上依次间隔设置且均沿第二方向延伸，在第二方向上相邻的两个第三励磁段之间夹持且固定连接有第一永磁体。

进一步地，对应设置的第一励磁段、第三励磁段之间形成间隔区域，从而在第一励磁结构中形成K个间隔区域；或

所述第二励磁段由在第二方向上依次间隔设置的K个第二子励磁段构成，K个第二子励磁段分别对应固定于K个第一励磁段，各个第二子励磁段均沿第二方向延伸，第i个第二子励磁段、第i+1个第二子励磁段之间形成第i个间隔区域，第i个间隔区域在第一方向上的轴线与第i个第一永磁体在第一方向上的轴线重合，从而在第一励磁结构中形成K-1个间隔区域。

进一步地，所述间隔区域中的介质为空气；和/或

所述间隔区域中的介质为第二永磁体，所述第二永磁体高度方向上的两端分别与第一励磁结构接触连接，所述第二永磁体的两个磁极位于第二永磁体高度方向上的两端；和/或

所述间隔区域中的介质由第二永磁体、空气组成，所述第二永磁体高度方向上的两端分别与第一励磁结构接触连接，所述第二永磁体的两个磁极位于第二永磁体高度方向上的两端，且在垂直于第二永磁体高度方向的方向上，所述空气与第二永磁体相邻设置。

由于空气和永磁体的磁导率接近，因此在间隔区域中设置空气或永磁体或相邻设置的二者，均可实现增大磁阻的作用。

进一步地，第i个第一永磁体在第二方向上的投影与第i个间隙在第二方向上的投影重合，或第i个第一永磁体在第二方向上的投影位于第i个间隙在第二方向上的投影内。

通过上述设置，使得相邻的第一永磁体具有足够间距，避免磁路相互影响。

本发明还提供一种电磁换能器，所述电磁换能器长度方向为第一方向，所述电磁换能器包括换能器壳体、可在第一方向上往复振动的辐射件，所述换能器壳体和辐射件围成腔体，所述腔体中容纳有用于驱动辐射件往复运动的、如上述任一项所述的电磁结构。

进一步地，所述电磁换能器包括在第一方向上相对设置的两个辐射件、沿第二方向设置且固定在换能器壳体内壁的固定板；

所述固定板位于两个辐射件之间，且所述固定板将所述腔体分为对称设置于固定板两侧的两个容纳空间，两个容纳空间相互连通或相互不连通；

每个容纳空间中均容纳有所述电磁结构，每个电磁结构的第一结构固定设置在辐射件的内壁上，每个电磁结构的第一励磁结构的远离对应第一结构一端固定设置在固定板上；所述第一结构为沿第二方向延伸的衔铁。

本发明具有的优点和积极效果是：在本发明的永磁偏置励磁堆中，直流磁路与交流磁路相互解耦，磁路解耦的目的是避免在交流磁路中引入过大的磁阻，与未进行磁路解耦的方案相比电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，可极大提升换能效率。

（1）交直流磁路解耦可有效避免在交流磁路中引入过大的磁阻，与未进行磁路解耦的方案相比电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，提高了换能器的换能效率，降低了损耗。

2）采用本发明的电磁换能器能够有效降低配套功率放大器的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1（a）为现有电磁换能器的交直流混合激励的电磁结构的一种结构形式；

图1（b）为图1（a）的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图；

图2（a）为现有电磁换能器的交直流混合激励的电磁结构的另一种结构形式；

图2（b）为图2（a）的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图；

图3为本发明实施例1中K=2的电磁结构的剖面示意图；

图4为图3的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图；

图5为本发明实施例1中K=3的电磁结构的剖面示意图；

图6为图5的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路及第一永磁体的磁路示意图；

图7为图5中第一励磁结构的立体结构示意图；

图8为本发明实施例2中K=2的电磁结构的剖面示意图；

图9为本发明实施例2中K=3的电磁结构的剖面示意图；

图10为本发明实施例3中K=2的电磁结构的剖面示意图；

图11为本发明实施例3中K=3的电磁结构的剖面示意图；

图12为本发明实施例4的电磁结构的剖面示意图；

图13为图12的第一永磁体、第二永磁体的磁路示意图；

图14为图12的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路示意图；

图15为本发明实施例5的电磁结构的剖面示意图；

图16为图15的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路示意图；

图17为图15的第一永磁体、第二永磁体的磁路示意图；

图18为本发明实施例6的电磁结构的剖面示意图；

图19为图18的驱动线圈通电后感应的磁场的磁路示意图；

图20为图18的第一永磁体、第二永磁体的磁路示意图；

图21为本发明实施例7的换能器的剖面示意图；

图22为图21的第一励磁结构的驱动线圈、第二励磁结构的驱动线圈均通电后感应的磁场的磁路及第一励磁结构的第一永磁体、第二励磁结构的第一永磁体的磁路示意图；

图23为本发明实施例8的换能器的剖面示意图；

图24为本发明实施例9的换能器的剖面示意图；

图25、图26为本发明的永磁体切片与切缝方式示意图；

图1-24中，

表示永磁体磁路，

表示驱动线圈通电后感应的磁场的磁路。图25-26中，

表示涡流方向，

表示永磁体磁通方向，

表示永磁体堆叠方向。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明中，电磁结构由两个可在电磁作用下产生相对往复运动的结构构成。

实施例1

如图3-图7所示，本实施例1提供一种电磁结构，定义第一方向、与第一方向垂直的第二方向，所述电磁结构包括在第一方向上相对且间隔设置的第一励磁结构10、第一结构，所述第一结构为沿第二方向延伸的衔铁1，所述第一励磁结构10、第一结构之间形成气隙6，所述第一励磁结构10的轴线位于第一方向，所述第一励磁结构10为轴对称结构。

所述第一励磁结构10包括K个第一励磁段101、位于驱动线圈2的远离第一结构一侧的第二励磁段、绕设在至少一个第一励磁段101上的驱动线圈2，所述第一励磁段101的长度方向、第二励磁段的长度方向分别位于第一方向、第二方向，所述第一方向垂直于驱动线圈2的线圈平面。

所述第二励磁段由在第二方向上依次间隔设置的K个第二子励磁段102构成，K个第二子励磁段102分别对应固定于K个第一励磁段101。第二子励磁段102可固定在对应的第一励磁段101的远离第一结构的端部。各个第二子励磁段102均沿第二方向延伸。

定义第i个间隙51为第i个第一励磁段101与第i+1个第一励磁段101之间的间隙，i=1,2,……,K-1。

所述电磁结构还包括用于产生穿过气隙6的磁通的K-1个第一永磁体31，K≥2；第i个第一永磁体31在第二方向上的两端分别与第一励磁结构10接触且固定连接；第i个第一永磁体31在第一方向上的轴线与第i个间隙51在第一方向上的轴线重合；所述第一永磁体31的两个磁极位于第一永磁体31高度方向上的两端，所述第一永磁体31高度方向位于第二方向；各个第一永磁体31共同形成的整体结构为关于第一励磁结构10的轴线对称的结构。

当K≥3时，K-1个第一永磁体31在第二方向上间隔设置，相邻两个第一永磁体31在第二方向上的磁极位置相反。

图中仅标出了一种第一永磁体31磁化方向，各个第一永磁体31的极性可以同时对调。

在第一方向上，第i个第一永磁体31位于驱动线圈2与第二励磁段之间，且固定在第i个第二子励磁段102的靠近驱动线圈2一端且固定在第i+1个第二子励磁段102的靠近驱动线圈2一端。

第i个第一励磁段101、第i+1个第一励磁段101之间夹持且固定连接有第i个第一永磁体31。

所述第一励磁结构10中具有M个间隔区域，M=K-1。第i个第二子励磁段102、第i+1个第二子励磁段102之间形成第i个间隔区域，第i个间隔区域在第一方向上的轴线与第i个第一永磁体31在第一方向上的轴线重合。所述间隔区域内充满有空气52，即相邻两个第二子励磁段102之间具有间隙，各个间隔区域共同形成的整体结构为关于第一励磁结构10的轴线对称的结构。

如图4所示，第一永磁体31的磁通支路L1经过第一永磁体31、第一励磁结构10、气隙6、衔铁1。第一永磁体31的磁通支路L2不经过气隙6、仅经过第一永磁体31和第一励磁结构10。

若不设置空气52，即空气52所在位置为第一励磁结构10的材料，则磁通支路L2的磁阻远远小于磁通支路L1的磁阻，会使得磁通支路L1的磁通远远小于磁通支路L2的磁通，使得第一永磁体31无法产生满足要求的直流偏置磁场。

通过设置空气52可以增加磁通支路L2的磁阻，减小磁通支路L1、L2之间的磁阻差，从而相比于未设置空气52的第一励磁结构10，可以明显提高磁通支路L1的磁通，避免气隙6中磁通过小的问题，使得第一永磁体31可以产生满足要求的直流偏置磁场，提高第一永磁体31磁通利用率。

定义第一区域是由第一励磁结构10所在区域、K-1个第一永磁体31所在区域、M个间隔区域组成的区域，定义方形轨迹为仅经过第一区域且沿第二方向穿过任一个第一永磁体31且经过第一励磁结构10的轨迹，所述方形轨迹至少穿过一个间隔区域。即方形轨迹不经过第一区域之外的区域（不经过间隙51、不经过气隙6。

本发明中，第一励磁结构10包括第一励磁段101、第二励磁段、第三励磁段103，即方形轨迹可经过第一励磁段101和/或经过第二励磁段和/或经过第三励磁段103。

如图3，依次经过第一永磁体31、第1个第一励磁段101、第1个第二子励磁段102、空气52、第2个第二子励磁段102、第2个第一励磁段101后回到第一永磁体31的磁路轨迹即为一条方形轨迹。

如图6，依次经过第1个第一永磁体31、第1个第一励磁段101、第1个第二子励磁段102、第1个间隔区域（空气52）、第2个第二子励磁段102、第2个第一励磁段101后回到第1个第一永磁体31的磁路轨迹即为一条方形轨迹；依次经过第2个第一永磁体31、第2个第一励磁段101、第2个第二子励磁段102、第2个间隔区域（空气52）、第3个第二子励磁段102、第3个第一励磁段101后回到第2个第一永磁体31的磁路轨迹即为另一条方形轨迹。

定义第一长度为第一永磁体31在第二方向上的投影长度，每个间隔区域的间隔尺寸不大于第一长度的1/3且不大于第一励磁结构10和第一结构位于初始位置时气隙6在第一方向上的尺寸的2倍，优选不大于初始位置时气隙6在第一方向上的尺寸。第一励磁结构10和第一结构位于初始位置即驱动线圈2未通电时的位置。

在图3、图4所示实施方式中，K=2，M=1。在图5、图6所示实施方式中，K=3，M=2。

K=2时，两个第一励磁段101均绕设有驱动线圈2，K=3时，位于中间的第一励磁段101绕设有驱动线圈2。

在磁路结构中嵌放永磁体，嵌放永磁体产生的直流磁通需要通过气隙6，且在气隙6中与交流磁通耦合。换能器的声源级与辐射件的位移峰峰值直接相关，而辐射件的位移峰峰值与电磁力的峰峰值直接相关。即设置第一励磁结构10、永磁体的目的是要在气隙6中产生较大的电磁力F _em ，而F _em 正比于(φ ₀₊ φ ₁)²，其中φ ₀为永磁体在气隙6中产生的直流磁通，φ ₁为驱动线圈2通电后在气隙6中产生的交流磁通。在相同激励电流条件下，交流磁通φ ₁反比于驱动线圈2通电后的主磁路（主磁路为经过气隙6的磁路，即图4中磁路L3）中的磁阻。

本实施例中，交流磁通的主磁路L3不会穿过第一永磁体31，即不包含第一永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

在本申请各个图中，由于驱动线圈2通电后产生的交流磁通是交变的，因此不标明方向。本申请的各个图中，仅示出驱动线圈2通电后形成的交流磁通的主磁路L3，未示出未通过气隙6的漏磁通。

本发明的工作原理为：利用通有交变电流的驱动线圈2产生交变磁场，利用第一永磁体31产生恒定的直流偏置磁场，两者相叠加形成包含直流偏置量的交变磁场，在该交变磁场的作用下，第一励磁结构10与衔铁1之间产生动态电磁力，进而改变二者之间的相对距离，带动衔铁1相对于第一励磁结构10往复运动。

若第一结构为衔铁1，则当第一励磁结构10中的驱动线圈2通电时，第一励磁结构10与第一结构之间的距离发生变化；

若第一结构为第二励磁结构20，则当第一励磁结构10中的驱动线圈2、第二励磁结构20中的驱动线圈2均通电时，第一励磁结构10与第一结构之间的距离发生变化。

第一永磁体31磁通经过的主磁路L1、L2与交流磁通经过的主磁路L3在同一平面内，且第i个第一永磁体31磁通存在分流，即磁路L1、磁路L2分别经过气隙6、第i个间隔区域。

衔铁1的材料可为硅钢、非晶合金的任一种。衔铁1可为片状叠成，也由I型硅钢片叠压而成，可以减小涡流损耗。衔铁1由硅钢片或非晶合金片叠成，固定在辐射件正中，始终正对励磁堆，与励磁堆、气隙形成导磁回路.

第一励磁结构2可采用励磁堆。励磁堆由硅钢片或非晶合金片叠成。励磁堆与衔铁1、气隙形成导磁回路。第一励磁结构材料可为硅钢、非晶合金的任一种。励磁堆2可为片状叠成，以减小涡流损耗。第一励磁结构10与衔铁1、气隙6共同构成磁路。

第一永磁体31用于提供直流偏置磁场，其形状可为长方体，第一永磁体31材料可为钕铁硼、钐钴中的任意一种。如图25、图26所示，第一永磁体31作切片或切缝处理以减小涡流损耗。第一永磁体31切片的堆叠方向仅需与第一永磁体31磁通方向（第一永磁体31磁化方向）相垂直即可。

驱动线圈2绕制于第一励磁段101上，以提供交流驱动磁场。驱动线圈2由高温漆包线缠绕，可以通短时大电流。向驱动线圈2通入电流后气隙6中将产生变化的磁力，带动衔铁1往复运动。

磁体、第一励磁结构10的铁芯之间一般利用电机领域的磁钢粘接工艺实现相互固定连接。

在一种优选实施方式中，第i个第一永磁体31在第二方向的投影位于第i个第一励磁段101在第二方向的投影、第i+1个第一励磁段101在第二方向的投影之间。

在一种优选实施方式中，当K≥3时，各个第一永磁体31在第二方向上依次间隔设置；

实施例2

如图8、图9所示，本实施例2与实施例1的区别在于：在第一方向上，第i个第一永磁体31固定在第i个第二子励磁段102的远离第一结构一端且固定在第i+1个第二子励磁段102的远离第一结构一端。

在图8所示实施方式中，K=2，M=1。在图9所示实施方式中，K=3，M=2。

本实施例中，交流磁通的主磁路不会穿过第一永磁体31，即不包含永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

实施例3

如图10、图11所示，本实施例3与实施例1的区别在于：在第一方向上，各个第一永磁体31均位于驱动线圈2与第一结构之间。

在图10所示实施方式中，K=2，M=1。在图11所示实施方式中，K=3，M=2。

本实施例中，交流磁通的主磁路不会穿过第一永磁体31，即不包含永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

实施例4

如图12-14所示，本实施例4与实施例1的区别在于：所述第一励磁结构10还包括K个第三励磁段103，各个第三励磁段103分别对应设置于各个第一励磁段101的靠近第一结构一侧，各个第三励磁段103在第二方向上依次间隔设置且均沿第二方向延伸，在第二方向上相邻的两个第三励磁段103之间夹持且固定连接有第一永磁体31；所述间隔区域中的介质为第二永磁体32，即相邻两个第二子励磁段102之间夹持且固定连接有第二永磁体32。该第二永磁体32在第二方向上的两端分别与所述相邻的两个第二子励磁段102的端部接触且固定连接；第二永磁体32高度方向位于第二方向；所述第二永磁体32的两个磁极位于第二永磁体32高度方向上的两端。第二永磁体32与间隔区域的横截面一致。

在该实施例中，K=2，M=1。

第二永磁体32的相对磁导率（1.02~1.05）与空气相近，相同尺寸下磁阻大小相近。

与实施例1相比，本实施例4的间隔区域中的第二永磁体进一步增大了气隙6中的直流磁通量，提高了换能器的换能效率。本实施例4设置第二永磁体32也是为了可以增加磁通支路L2的磁阻，减小磁通支路L1、L2之间的磁阻差，提高第一永磁体31磁通利用率，与实施例1中空气52的作用相同。

本实施例中，交流磁通的主磁路不会穿过第一永磁体31，而仅穿过第二永磁体32，由于第二永磁体32尺寸的限定，因此主磁路包含较少的永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

实施例5

如图15-17所示，本实施例5与实施例4的区别在于：所述间隔区域中的介质由第二永磁体32、与第二永磁体32相邻设置的空气52组成，即相邻两个第二子励磁段102之间夹持且固定连接有第二永磁体32，且相邻两个第二子励磁段102之间具有由空气52形成的气隙；第二永磁体32高度方向位于第二方向，在垂直于第二永磁体32高度方向的方向上，所述空气52与第二永磁体32相邻设置。

在该实施例中，K=2，M=1。

本实施例中，交流磁通的主磁路不会穿过第一永磁体31，而仅穿过第二永磁体32，由于第二永磁体32尺寸的限定，因此主磁路包含较少的永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

实施例6

如图18-20所示，本实施例6与实施例4的区别在于：对应设置的第一励磁段101、第三励磁段103之间形成间隔区域，从而在第一励磁结构10中形成K个间隔区域；所述间隔区域中的介质为第二永磁体32，即第一励磁段101、第三励磁段103之间夹持且固定连接有第二永磁体32，该第二永磁体32在第一方向上的两端分别与第一励磁段101、第三励磁段103的端部固定连接；第二永磁体32高度方向位于第一方向；两个第二永磁体32在第二方向的磁极布置位置相同。通过对称布置两个第二永磁体32，可以进一步增强磁路的对称性。

在该实施例中，K=2，M=2。

本实施例中，交流磁通的主磁路不会穿过第一永磁体31，而仅穿过第二永磁体32，由于第二永磁体32尺寸的限定，因此主磁路包含较少的永磁体的磁阻，因此使得电磁式换能器达到目标声源级所需交流电流的幅值减小，增加了电磁换能器的灵敏度，大幅度提高了换能效率。

实施例7

本实施例7提供一种电磁换能器，所述电磁换能器长度方向为第一方向，所述电磁换能器包括换能器壳体30、可在第一方向上往复振动的辐射件，所述换能器壳体30和辐射件围成腔体，所述腔体中容纳有用于驱动辐射件往复运动的电磁结构。所述第一励磁结构10的第二励磁段、第二励磁结构20的第二励磁段分别固定在腔体内相对的壁面上，即分别固定在一个辐射件的内壁面、另一个辐射件的内壁面。

本实施例中，在第一励磁结构10的驱动线圈2、第二励磁结构20的驱动线圈2均通电后，在第一励磁结构10、第二励磁结构20之间产生动态电磁力，进而激发辐射件的振动，从而在传声介质中产生声波向外辐射。

所述辐射件为膜式结构，所述膜式结构包括第一膜式元件4，所述第一膜式元件4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、圆环部轴线方向均为第一方向；所述圆柱部的高度大于圆环部的高度；所述膜式结构在第一方向上的最大尺寸不大于所述圆环部外径的一半。

所述第一膜式元件4材料可为钛合金、不锈钢、40CrNiMoA中任一种。

所述电磁换能器还包括均匀布置在第一膜式元件4外壁面且将第一膜式元件4边缘部分与换能器壳体30固定连接的Q个第一固定件14，Q≥3。

如图21、图22所示，本实施例7的电磁结构与实施例1区别在于：所述第一结构为与第一励磁结构10的结构相同且在第一方向上与第一励磁结构10朝向相反的第二励磁结构20。

换能器的辐射件不限于本实施例提出的膜结构，也可采用其他现有结构。

实施例8

如图23所示，本实施例8的电磁换能器与实施例7区别在于：所述膜式结构还包括设置在每个第一膜式元件4外端面且向远离该第一膜式元件4方向凸起的第二膜式元件400；所述第二膜式元件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，所述第二膜式元件400的轴线方向为第一方向；所述第一圆形端面400a的半径小于第二圆形端面400b的半径；所述第二膜式元件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与第一膜式元件4外端面连接，使得第二膜式元件400与第一膜式元件4形成一体结构。

所述第二圆形端面400b与第一膜式元件4外端面连接（相互贴合），使得第二膜式元件400与第一膜式元件4形成一体结构；所述第二膜式元件400、第一膜式元件4的材质相同；所述第一膜式元件4、第二膜式元件400在换能器壳体30轴线方向上的最大尺寸之和不大于圆环部402外径的一半。第二膜式元件400可采用圆台形状，也可采用与圆台形状类似的形状，即其纵截面的侧边为弧形。第二膜式元件400的厚度即为第二膜式元件400在换能器壳体30轴线方向上的尺寸。换能器壳体30轴线垂直于第一圆形端面400a，且垂直于第二圆形端面400b。

所述第二膜式元件400材料可为钛合金、不锈钢、40CrNiMoA中任一种。

本实施例中的膜式结构的膜中心区域较厚，边缘薄，厚度沿径向逐渐减小，辐射件采用变厚度膜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。本实施例其余部分与实施例7相同。

实施例9

如图24所示，本实施例9与实施例8的区别在于，所述电磁换能器包括在第一方向上相对设置的两个辐射件、沿第二方向设置且固定在换能器壳体30内壁的固定板40。所述固定板40位于两个辐射件之间，且所述固定板40将所述腔体分为对称设置于固定板40两侧的两个容纳空间，即换能器壳体30、固定板40、一个辐射件围成一个容纳空间，换能器壳体30、固定板40、另一个辐射件围成另一个容纳空间。两个容纳空间相互连通或相互不连通。可在固定板40上开设通孔（图中未示出），从而实现两个容纳空间的连通。每个容纳空间中均容纳有与实施例1相同的电磁结构。一个电磁结构中，第一励磁结构10的远离对应第一结构一端固定设置在固定板40一侧，第一结构固定设置在一个辐射件的内壁上。另一个电磁结构中，第一励磁结构10的远离对应第一结构一端固定设置在固定板40另一侧，第一结构固定设置在另一个辐射件的内壁上。所述第一结构为沿第二方向延伸的衔铁1。衔铁1一般固定于电磁换能器辐射件的中央位置。

本实施例中，在第一励磁结构10的驱动线圈2的驱动线圈2均通电后，在第一励磁结构10、衔铁1之间产生动态电磁力，进而激发辐射件的振动，从而在传声介质中产生声波向外辐射。

除了上述实施例1-9给出的方式，还可以有其他设置：例如，可在实施例1-3中的空气52所在位置设置永磁体；可令实施例1、2的第一永磁体31不与第二励磁段的端面接触，令二者间隔一定距离。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种电磁结构，定义第一方向、与第一方向垂直的第二方向，所述电磁结构包括在第一方向上相对且间隔设置的第一励磁结构（10）、第一结构，所述第一励磁结构（10）上设置有驱动线圈，所述第一励磁结构（10）、第一结构之间形成气隙（6），所述第一励磁结构（10）的轴线位于第一方向，所述第一励磁结构（10）为轴对称结构；

所述第一结构为与第一励磁结构（10）的结构相同且在第一方向上与第一励磁结构（10）朝向相反的第二励磁结构（20），或第一结构为沿第二方向延伸的衔铁（1）；

所述电磁结构还包括用于产生穿过气隙（6）的磁通的K-1个第一永磁体（31），K≥2；各个第一永磁体（31）分别固定于第一励磁结构（10）；

所述第一永磁体（31）的两个磁极位于第一永磁体（31）高度方向上的两端，所述第一永磁体（31）高度方向位于第二方向；各个第一永磁体（31）共同形成的整体结构为关于第一励磁结构（10）的轴线对称的结构；

其特征在于；所述第一励磁结构（10）包括K个第一励磁段（101）、位于驱动线圈（2）的远离第一结构一侧的第二励磁段，所述第一励磁段（101）的长度方向、第二励磁段的长度方向分别位于第一方向、第二方向，所述第一方向垂直于驱动线圈（2）的线圈平面，K个第一励磁段（101）在第二方向上依次间隔设置且分别与第二励磁段对应固定连接；定义第i个间隙（51）为第i个第一励磁段（101）与第i+1个第一励磁段（101）之间的间隙，i=1,2,……,K-1；

第i个第一永磁体（31）在第一方向上的轴线与第i个间隙（51）在第一方向上的轴线重合；

当K≥3时，K-1个第一永磁体（31）在第二方向上间隔设置，且相邻两个第一永磁体（31）在第二方向上的磁极位置相反；

在第一方向上，各个第一永磁体（31）均位于驱动线圈（2）与第一结构之间，或均位于驱动线圈（2）与第二励磁段之间，或均位于第二励磁段的远离第一结构一侧；

所述第一励磁结构（10）中具有M个间隔区域，M≥K-1，所述间隔区域内充满有相对磁导率小于1.2的介质，各个间隔区域共同形成的整体结构为关于第一励磁结构（10）的轴线对称的结构；

定义第一区域是由第一励磁结构（10）所在区域、K-1个第一永磁体（31）所在区域、M个间隔区域组成的区域，定义方形轨迹为仅经过第一区域且沿第二方向穿过任一个第一永磁体（31）且经过第一励磁结构（10）的轨迹，所述方形轨迹至少穿过一个间隔区域；

定义第一长度为第一永磁体（31）在第二方向上的投影长度，每个间隔区域的间隔尺寸不大于第一长度的1/3且不大于第一励磁结构（10）和第一结构位于初始位置时气隙（6）在第一方向上尺寸的2倍；

第一永磁体（31）产生直流激励、产生通过气隙（6）的直流磁通，通过第一永磁体位置的设置，使得驱动线圈（2）通电后产生的主磁路不穿过第一永磁体（31）、不包含第一永磁体（31）的磁阻，所述主磁路为经过气隙（6）的磁路。

2.根据权利要求1所述的电磁结构，其特征在于：所述第二励磁段由在第二方向上依次间隔设置的K个第二子励磁段（102）构成，K个第二子励磁段（102）分别与K个第一励磁段（101）对应固定连接，各个第二子励磁段（102）均沿第二方向延伸，M=K-1，第i个第二子励磁段（102）、第i+1个第二子励磁段（102）之间形成第i个间隔区域，第i个间隔区域在第一方向上的轴线与第i个第一永磁体（31）在第一方向上的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的电磁结构，其特征在于：第i个第一永磁体（31）固定在第i个第二子励磁段（102）的靠近第一结构一端且固定在第i+1个第二子励磁段（102）的靠近第一结构一端；或

第i个第一永磁体（31）固定在第i个第二子励磁段（102）的远离第一结构一端且固定在第i+1个第二子励磁段（102）的远离第一结构一端。

4.根据权利要求3所述的电磁结构，其特征在于：第i个第一励磁段（101）、第i+1个第一励磁段（101）之间夹持且固定连接有第i个第一永磁体（31）。

5.根据权利要求1所述的电磁结构，其特征在于：所述第一励磁结构（10）还包括K个第三励磁段（103），各个第三励磁段（103）分别对应设置于各个第一励磁段（101）的靠近第一结构一侧，各个第三励磁段（103）在第二方向上依次间隔设置且均沿第二方向延伸，在第二方向上相邻的两个第三励磁段（103）之间夹持且固定连接有第一永磁体（31）。

6.根据权利要求5所述的电磁结构，其特征在于：对应设置的第一励磁段（101）、第三励磁段（103）之间形成间隔区域，从而在第一励磁结构（10）中形成K个间隔区域；或

所述第二励磁段由在第二方向上依次间隔设置的K个第二子励磁段（102）构成，K个第二子励磁段（102）分别对应固定于K个第一励磁段（101），各个第二子励磁段（102）均沿第二方向延伸，第i个第二子励磁段（102）、第i+1个第二子励磁段（102）之间形成在第一方向上正对第i个第一永磁体（31）的第i个间隔区域，从而在第一励磁结构（10）中形成K-1个间隔区域。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电磁结构，其特征在于：所述间隔区域中的介质为空气（52）；和/或

所述间隔区域中的介质为第二永磁体（32），所述第二永磁体（32）高度方向上的两端分别与第一励磁结构（10）接触连接，所述第二永磁体（32）的两个磁极位于第二永磁体（32）高度方向上的两端；和/或

所述间隔区域中的介质由第二永磁体（32）、空气（52）组成，所述第二永磁体（32）高度方向上的两端分别与第一励磁结构（10）接触连接，所述第二永磁体（32）的两个磁极位于第二永磁体（32）高度方向上的两端，且在垂直于第二永磁体（32）高度方向的方向上，所述空气（52）与第二永磁体（32）相邻设置。

8.根据权利要求1所述的电磁结构，其特征在于：第i个第一永磁体（31）在第二方向上的投影与第i个间隙（51）在第二方向上的投影重合，或第i个第一永磁体（31）在第二方向上的投影位于第i个间隙（51）在第二方向上的投影内。

9.一种电磁换能器，所述电磁换能器长度方向为第一方向，所述电磁换能器包括换能器壳体（30）、可在第一方向上往复振动的辐射件，其特征在于，所述换能器壳体（30）和辐射件围成腔体，所述腔体中容纳有用于驱动辐射件往复运动的、如权利要求1-8中任一项所述的电磁结构。

10.根据权利要求9所述的电磁换能器，其特征在于：所述电磁换能器包括在第一方向上相对设置的两个辐射件、沿第二方向设置且固定在换能器壳体（30）内壁的固定板（40）；

所述固定板（40）位于两个辐射件之间，且所述固定板（40）将所述腔体分为对称设置于固定板（40）两侧的两个容纳空间，两个容纳空间相互连通或相互不连通；

每个容纳空间中均容纳有所述电磁结构，每个电磁结构的第一结构固定设置在辐射件的内壁上，每个电磁结构的第一励磁结构（10）的远离对应第一结构一端固定设置在固定板（40）上；所述第一结构为沿第二方向延伸的衔铁（1）。

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