CN213716497U - 一种膜式电磁换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种膜式电磁换能器，包括围成水密空间的筒体、两个膜式辐射件、密封件；膜式辐射件由圆柱部和圆环部相互连接形成，圆柱部高度大于圆环部高度；筒体内壁上固定设置有隔板，隔板两侧面上均固定设置有绕设有驱动线圈的励磁结构，圆柱部朝向隔板的端面上固定设置有衔铁，位于同一个子空间内的衔铁、励磁结构在筒体轴线方向上相对设置；膜式电磁换能器还包括将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接的K个第一固定件，K≥3；在每个膜式辐射件外端面上均设置有加强件，加强件沿膜式辐射件外端面径向方向设置和/或加强件为以膜式辐射件外端面圆心为中心的对称结构，加强件与膜式辐射件固定连接或为一体结构。

Description

一种膜式电磁换能器

技术领域

本实用新型涉及一种膜式电磁换能器，尤其涉及一种用于水下目标探测、水下通信、海洋温度监测、海底资源勘探的膜式电磁换能器装置。

背景技术

随着人类对海洋探索的深入，电声换能器在海洋研究，资源开发，军事侦察等领域具有十分重要的应用价值。

声波在海中的传播距离与频率密切相关，声波的频率越低在水中传播的距离就越远。低频声波由于其良好的传输特性，在海洋研究，资源开发等领域具有十分重要的应用价值。因此对于大功率低频换能器的研制显得尤为重要。目前使用的有源材料（压电陶瓷材料和磁致伸缩材料）为核心的电声换能器要满足低频段、大功率的工作需求时具有体积大、质量重、造价昂贵的缺点。而动圈式、爆炸式超低频声源又存在着功率小、辐射弱、不稳定、连续性不佳等一系列问题。电磁式换能器具有电磁力大、结构紧凑等优点，较容易实现大的体积位移，在保证较小的体积和重量前提下，实现低频大功率发射。但是，如果希望达到一定的目标频率和高声源级，换能器的辐射面需达到一定厚度，但这样会明显增加换能器的质量，不方便实际应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对现有电磁式换能器在达到高声源级目标时会明显增加换能器质量的问题，提供一种膜式电磁换能器。

本实用新型提供一种膜式电磁换能器，包括两端开口的筒体，所述筒体为旋转体结构，还包括分别位于两端开口的两个膜式辐射件，所述膜式辐射件与筒体之间设置有密封件，所述筒体、密封件、两个膜式辐射件围成水密空间；所述膜式辐射件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、圆环部轴线方向均与筒体轴线方向重合；所述圆柱部的高度大于圆环部的高度；所述膜式辐射件在筒体轴线方向上的最大尺寸不大于所述圆环部外径的一半；所述筒体内壁上固定设置有隔板，所述隔板将所述水密空间分为沿筒体轴向方向相邻设置的两个子空间，所述隔板两侧面上均固定设置有励磁结构，所述励磁结构上绕设有驱动线圈，所述圆柱部朝向隔板的端面上固定设置有衔铁，位于同一个子空间内的衔铁、励磁结构在筒体轴线方向上相对设置，所述筒体轴线方向垂直于驱动线圈的线圈平面；所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件圆周均匀布置且将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接的K个第一固定件，K≥3；在每个膜式辐射件外端面上均设置有向远离隔板方向凸起的加强件，所述加强件沿膜式辐射件外端面径向方向设置和/或所述加强件为以膜式辐射件外端面圆心为中心的对称结构，所述加强件与膜式辐射件固定连接或为一体结构。

本实用新型中，衔铁和励磁结构根据同性相斥，异性相吸原理，衔铁受到电磁力的作用，同时膜式辐射件受到其自身张力作用，可使得衔铁带动膜式辐射件在交变磁场的作用下受到电磁力和自身张力的作用往复运动产生振动。加强件可采用刚性结构，且可实现一定程度的弯曲变形。加强件可采用与膜式辐射件相同的材料。由于加强件本身具有一定的刚度，与膜式辐射件本体的刚度相加，即可得到所需刚度。由于加强件与膜式辐射件的体积之和小于仅增加膜式辐射件厚度后的结构的体积，因此，本实用新型既可达到高声源级目标，又可明显减少换能器整体质量。通过设置第一固定件将膜式辐射件边缘部分与筒体固定连接，可以为膜式辐射件振动提供外边缘固定约束，即外边缘的振动位移为零。加强件与膜式辐射件是一体的，二者同时往上也同时往下运动。由于圆柱部的高度大于圆环部的高度，且衔铁固定在圆柱部的端面上，因此膜式辐射件靠近其中心的圆柱部较厚，而外围圆环区域较薄，这样有如下好处：（A）在衔铁的推动下，较厚的圆柱部在振动过程中是平动，即圆柱部各点振动位移相同，从而增大体积位移；（B）由于圆柱部厚度较大，方便衔铁固定，方便安装和防水；（C）为膜式辐射件提供内边界条件。

进一步地，所述加强件的厚度从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小。

加强件中心区域较厚，沿径向方向向外周，其厚度逐渐减小。申请人在研究时发现，由于膜式辐射件边缘与筒体通过第一固定件实现固定连接，即膜式辐射件边缘为固定约束，使得靠近边缘的膜式辐射件的位移相对于膜式辐射件的外端面中心位移很小。本实用新型中，通过令加强件的厚度从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小，使得加强件、膜式辐射件构成的整体结构的厚度可以从靠近筒体轴线的位置向远离筒体轴线的位置逐渐减小，即减小加强件、膜式辐射件构成的整体结构的边缘部分的厚度，从而减小其边缘部分的刚度，从而增大换能器工作时边缘部分的振动位移，可为膜式辐射件振动提供柔性边界，从而获得较大的声辐射功率。

进一步地，所述加强件为辅助膜式辐射件，所述辅助膜式辐射件为旋转体结构且具有相对设置的第一圆形端面、第二圆形端面，所述辅助膜式辐射件的轴线与筒体轴线重合；

所述第一圆形端面的半径小于第二圆形端面的半径；所述辅助膜式辐射件的厚度从第一圆形端面的圆周所在位置到第二圆形端面圆周所在位置逐渐减小；所述第二圆形端面与膜式辐射件外端面连接，使得辅助膜式辐射件与膜式辐射件形成一体结构；所述辅助膜式辐射件、膜式辐射件的材质相同；所述膜式辐射件、辅助膜式辐射件在筒体轴线方向上的最大尺寸之和不大于所述圆环部外径的一半。

本实用新型中，通过设置辅助膜式辐射件，从而可以实现作为辐射面的膜式辐射件、辅助膜式辐射件的组合结构的厚度沿径向逐渐减小，即膜中心区域较厚，边缘薄，从而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。

进一步地，所述加强件为沿膜式辐射件外端面径向方向设置的板簧；所述板簧与膜式辐射件为一体结构，或所述板簧与膜式辐射件固定连接。

本实用新型中，通过沿膜式辐射件径向方向设置板簧，可以在辐射件振动时提供一定的附加刚度，使换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，同时刚度的改变使得换能器的频率实现灵活调整。

进一步地，所述加强件包括位于膜式辐射件外端面圆心位置的接头部、在膜式辐射件外端面径向方向上由接头部向外周延伸的至少M个肋条，M≥3，各个肋条沿膜式辐射件圆周均匀布置，所述接头部、肋条为一体结构。

本实用新型中，通过设置肋条，可以在辐射件振动时提供一定的附加刚度，使换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，同时刚度的改变使得换能器的频率实现灵活调整。

进一步地，在膜式辐射件4径向方向上，每个膜式辐射件的圆环部具有圆环子区段；所述圆环部在圆环子区段的厚度小于所述圆环部的其他部分的厚度。

申请人在研究时发现，由于膜式辐射件边缘与筒体通过第一固定件实现固定连接，即膜式辐射件边缘为固定约束，使得靠近边缘的膜式辐射件的位移相对于膜式辐射件的外端面中心位移很小。本实用新型中，通过设置在筒体轴线方向上的尺寸较小的圆环子区段，从而可以在靠近外周的位置令膜式辐射件的厚度较小，从而减小膜式辐射件边缘部分的厚度，从而减小其边缘部分的刚度，从而增大换能器工作时膜式辐射件边缘部分的振动位移，可为膜式辐射件振动提供柔性边界，从而获得较大的声辐射功率。

进一步地，每个膜式辐射件均包括相互固定的第一膜式子结构、第二膜式子结构，所述第一膜式子结构、第二膜式子结构上分别开设有相互对应设置的第一环形凹槽、第二环形凹槽，所述第一膜式子结构、第二膜式子结构相互盖合，使得第一环形凹槽、第二环形凹槽围成环形空间，所述环形空间所在区域为膜式辐射件圆环部的圆环子区段；或

每个膜式辐射件的圆环部外端面和/或内端面开设有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽所在区域为膜式辐射件圆环部的圆环子区段；优选地，所述第三环形凹槽在筒体轴截面的形状为弧形或矩形。

本实用新型中，通过设置环形孔或第三环形凹槽，即可实现膜式辐射件边缘部分厚度减小。

进一步地，所述励磁结构为由依次连接的第一连接部、第二连接部、第三连接部构成的U形结构，所述第一连接部、第三连接部均朝向与该励磁结构相对的衔铁设置，所述第一连接部、第三连接部均绕设有驱动线圈。

进一步地，所述膜式辐射件材料为钛合金、不锈钢、40CrNiMoA中任一种。

进一步地，所述水密空间内还填充有压力补偿气体或压力补偿液体，所述隔板上开设有连通两个子空间的至少一个通孔，所述水密空间内还设置有用于检测水密空间内部压力的压力传感器。

进一步地，所述励磁结构上设置有温度传感器，所述膜式辐射件上设置有用于测量膜式辐射件在筒体轴向方向上加速度的加速度传感器。

本实用新型提出的一种膜式电磁换能器的有益效果包括：

1）本实用新型的膜式电磁换能器的膜式辐射件具有受力作用后变形大的优点，可以实现大的辐射件积，增大换能器工作时的体积位移，从而获得较大的声辐射功率。

2）本实用新型的膜式电磁换能器无需大量的压缩弹簧，且可在换能器辐射件表面安装多种尺寸的板簧来调整换能器整体刚度，进而实现换能器频率灵活可调；同时有效减小换能器重量。

3）本实用新型辐射件表面加肋、辐射件采用变厚度膜可以有效增加换能器刚度，在换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量。

4）本实用新型辐射件外围开凹槽、施加边缘双膜片可为膜式辐射件振动提供柔性边界，进一步增大辐射件积，从而增大换能器工作时的体积位移，从而获得较大的声辐射功率。膜边缘是固定约束，使得靠近边缘的膜位移相对于膜中心位移很小。此时将膜边缘部分的刚度减小，则膜边缘部分的位移就会相应的增大。

5）本实用新型的膜式电磁换能器在辐射件外围开凹槽时，增大辐射件面积的同时会造成换能器的谐振频率下降，配合加肋或板簧，可以有效增大辐射件刚度提升频率。从而在不增加换能器体积和质量的情况下，换能器频率不变声源级更高。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的施加板簧的膜式电磁换能器内部结构的主视图；

图2是本实用新型实施例1的施加板簧的膜式电磁换能器内部结构的左视图；

图3是图1中的膜式辐射件的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1的膜式辐射件的表面示意图；

图5是本实用新型实施例2的加肋条的膜式电磁换能器内部结构示意图；

图6是本实用新型实施例2的加肋条的膜式辐射件的表面示意图；

图7是本实用新型实施例3的辐射件采用变厚度膜的膜式电磁换能器内部结构示意图；

图8是本实用新型实施例4的辐射件外围开凹槽（截面为弧形）的膜式电磁换能器内部结构示意图（膜式辐射件表面加肋条）；

图9是本实用新型实施例4的加肋条的膜式辐射件的表面示意图；

图10是本实用新型实施例5的辐射件外围开凹槽（截面为弧形）的膜式电磁换能器的内部结构示意图（膜式辐射件表面加肋条）；

图11是本实用新型实施例6的膜式辐射件内设有环形孔的膜式电磁换能器内部结构示意图；

上述附图中，1-衔铁，2-励磁结构，3-驱动线圈，4-膜式辐射件，401-圆柱部，402-圆环部，41-第一膜式子结构，42-第二膜式子结构，400-辅助膜式辐射件，400a-第一圆形端面，400b-第二圆形端面，5-板簧，6-固定螺母，7、固定块，8-紧固件，9-筒体，10-隔板，11-压力传感器，12-加速度传感器，13-温度传感器，14-第一固定件，15-压力补偿进口，16-连接孔，17-密封件，181-接头部，182-肋条，30-第三环形凹槽，40-环形空间。

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。

实施例1

如图1-4所示，本实用新型提出的一种膜式电磁换能器，其辐射件采用膜式张力结构。膜式电磁换能器包括两端开口的筒体9，所述筒体9为旋转体结构，还包括分别位于两端开口的两个膜式辐射件4，所述膜式辐射件4与筒体9之间设置有密封件17，所述筒体9、密封件、两个膜式辐射件4围成水密空间；所述膜式辐射件4由圆柱部401和位于圆柱部401外侧的圆环部402相互连接形成一体结构，所述圆柱部401轴线方向、圆环部402轴线方向均与筒体9轴线方向重合；所述圆柱部401的高度大于圆环部402的高度；所述膜式辐射件4在筒体9轴线方向上的最大尺寸不大于所述圆环部402外径的一半；所述筒体9内壁上固定设置有隔板10，所述隔板10将所述水密空间分为沿筒体9轴向方向相邻设置的两个子空间，所述隔板10两侧面（即隔板10的分别朝向两个膜式辐射件4的表面）上均固定设置有励磁结构2，所述励磁结构2上绕设有驱动线圈3，所述圆柱部401朝向隔板10的端面上固定设置有衔铁1，位于同一个子空间内的衔铁1、励磁结构2在筒体9轴线方向上相对设置，所述筒体9轴线方向垂直于驱动线圈3的线圈平面；所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件4圆周均匀布置且将膜式辐射件4边缘部分与筒体9固定连接的K个第一固定件14，K≥3；在每个膜式辐射件4外端面上均设置有向远离隔板10方向凸起的加强件，所述加强件沿膜式辐射件4外端面径向方向设置和/或所述加强件为以膜式辐射件4外端面圆心为中心的对称结构，所述加强件与膜式辐射件4固定连接或为一体结构。

定义膜式辐射件4内端面、外端面分别为朝向水密空间的膜式辐射件4端面、背离所述水密空间的膜式辐射件4端面。

在本实施例1中，所述加强件为沿膜式辐射件4外端面径向方向设置的板簧5；所述板簧5与膜式辐射件4为一体结构，或所述板簧5与膜式辐射件4固定连接。

在一种优选实施方式中，所述励磁结构2为由依次连接的第一连接部、第二连接部、第三连接部构成的U形结构，所述第一连接部、第三连接部均朝向与该励磁结构2相对的衔铁1设置，所述第一连接部、第三连接部均绕设有驱动线圈3。

在一种优选实施方式中，所述膜式辐射件4材料为钛合金、不锈钢、40CrNiMoA中任一种。

在一种优选实施方式中，所述水密空间内还填充有压力补偿气体或压力补偿液体，所述隔板10上开设有连通两个子空间的至少一个通孔，所述水密空间内还设置有用于检测水密空间内部压力的压力传感器11。所述换能器还包括用于向水密空间内充入压缩气体或将水密空间内的压缩气体抽出的压力调控装置，所述压力调控装置设置于筒体外部。压力补偿填充气体或者液体起到进一步提高换能器工作水深的作用。填充压力补偿液体时，可在驱动线圈外包裹防水层，从而进行水密处理。压力补偿液体可为压缩机油。

在一种优选实施方式中，述励磁结构2上设置有温度传感器13，所述膜式辐射件4上设置有加速度传感器12。

在一种优选实施方式中，所述加强件的厚度从靠近筒体9轴线的位置向远离筒体9轴线的位置逐渐减小。即可设置为从膜式辐射件4靠近圆心的位置向外周，板簧5的高度逐渐减小。

膜式电磁换能器可包括衔铁1、励磁结构2、驱动线圈3、膜式辐射件4、板簧5、固定螺母6、固定块7、紧固件8、壳体9、隔板10；结合图2、3所示，还包括加速度传感器11、压力传感器12、温度传感器13、连接螺栓14、压力补偿进口15、连接孔16、密封件17。在壳体内部（即水密空间）设置有驱动结构和振子结构，膜式辐射件4采用膜式结构，与衔铁1固定连接。

膜式辐射件4材料可为钛合金、不锈钢、高强度合金钢（例如40CrNiMoA）等中任一种。膜式辐射件4上设置有用于测量振动位移的加速度传感器11。

膜式辐射件4由圆柱部401和位于圆柱部401外侧的圆环部402相互连接形成一体结构，所述圆柱部401轴线方向、圆环部402轴线方向均与筒体9轴线方向重合；所述圆柱部401的高度大于圆环部402的高度。膜式辐射件4内部圆形区域较厚（圆柱部401高度较大），外围圆环区域较薄（圆环部402高度较小），其作用包括：用于安装导磁材料块（即衔铁1）；为圆环膜振动提供内边界条件。

壳体9为旋转体结构，外表面轮廓为圆柱结构形式，由隔板10对称分为上下两部分。壳体9起到支撑、密封作用，与中间的隔板10固定连接，其上有用于压力补偿的进气（液）孔。隔板10用于支撑上下励磁堆，并以此为中轴，两侧结构完全一致且对称分布，与两个励磁堆2固定在一起。隔板10与壳体是一体的。连接孔16用于平衡隔板10两侧的两个子空间压力，使得隔板10两侧的两个子空间压力补偿效果相同。图中，隔板10上未示出剖面线。

第一固定件14可为连接螺栓。连接螺栓用于将膜式辐射件4与壳体固定在一起，形成密封空间以防水，同时为膜振动提供外边缘固定约束。第一固定件14可围绕膜式辐射件4外端面周向均匀设置。

密封件17可置于膜式辐射件4与壳体9连接处，用于密封防水。密封件17可采用环状弹性材料，例如橡胶。密封件用于换能器的密封防水。

每个膜式辐射件4表面均设置板簧5，板簧5与膜式辐射件刚性连接。板簧5在辐射件振动时提供一定的附加刚度，实现换能器频率灵活调整，同时减小换能器重量。辐射件上板簧5安装方式如图4所示。

如图1、2、4所示，板簧5由固定块7、紧固件8、固定螺母6固定在膜式辐射件4外端面上，板簧5与膜式辐射件4之间刚性连接，尺寸可根据换能器不同谐振频率需求调整。

在一种优选实施方式中，所述筒体9的每个开口位置均安装有法兰盘91，所述第一固定件将膜式辐射件4外端面边缘部分与法兰盘91固定连接。

在膜式辐射件4中心位置，板簧5位于固定块7、膜式辐射件4之间，固定块7上设置固定螺母6，两个紧固件8依次穿过固定螺母6、固定块7、膜式辐射件4的圆柱部401从而实现板簧与膜式辐射件4的固定连接。两个紧固件8位于板簧5两侧。

在板簧5端部，板簧5位于固定块7、膜式辐射件4之间，固定块7上设置固定螺母6，两个紧固件8依次穿过固定螺母6、固定块7、膜式辐射件4的圆环部402、法兰盘91，从而实现板簧5、膜式辐射件4、壳体9的固定连接。两个紧固件8位于板簧5两侧。

衔铁1固定在膜式辐射件4正中（即圆柱部401的内端面），始终正对U型励磁堆。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，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U型励磁堆，与U型励磁堆、气隙形成导磁回路.

励磁结构2可采用U型励磁堆。U型励磁堆由硅钢片或非晶合金片叠成。U型励磁堆固定在隔板10正中，与衔铁1、气隙形成导磁回路。U型励磁堆材料可为硅钢、非晶合金的任一种。U型励磁堆2可为片状叠成，以减小涡流损耗。

驱动线圈3绕制于U型励磁堆上，以提供交流驱动磁场，上述驱动线圈3由高温漆包线绕制而成。驱动线圈3由高温漆包线缠绕，可以通短时大电流，固定于U型励磁堆上。

加速度传感器11固定于膜式辐射件4上，用于测量振动位移。加速度传感器11用于检测膜式辐射件4振动位移。加速度传感器11可以选择多点布置，观测位移结果常布置在内边界以内的圆形区域（蓝色圈以内），如圆心处。加速度传感器11用于测量换能器振动方向的加速度。

压力传感器12和温度传感器13置于换能器内部，分别用于测量换能器内部压力和温度，以监测换能器的工作情况。压力传感器12用于检测壳体9内部压力，以灵活调整补偿气体（液体）量，灵活调整换能器工作水深。温度传感器13用于监测励磁结构2的磁芯温度变化情况。

通过压力补偿进口和连接孔平衡换能器内外压力，进而可以满足深水工作的要求。压力补偿进口15用于连接外部压力补偿装置，进而填充气体或者液体，起到压力补偿作用，起调整换能器工作水深的作用。

本实用新型提供一种膜式电磁换能器，其选用膜结构（膜式辐射件4）作为振动部件。膜结构作为一种张力结构形式，具有刚度小、重量轻、受力作用后变形大的优点。因此将其应用于电磁式换能器中，将有效实现换能器的低频大功率辐射。同时采用板簧装置配合膜的使用，能够灵活调整换能器的工作频率。也可通过对膜结构的优化设计以增大辐射面积，进而实现更大功率发射。为保证换能器在水中的正常工作，外部连接气体或液体压力补偿装置，改变换能器内部的补偿压力，使本实用新型适用于更深水域的工作。本实用新型中，驱动线圈3中通以给定频率的驱动电流（例如交变电流），由电流的磁效应激发产生交变磁场，交变的磁场进一步对膜式辐射件4产生交变的电磁作用力，在电磁力的作用下，激发膜式辐射件4的振动，从而在介质中产生声波向外辐射。磁场经过U型励磁堆、衔铁1和空气气隙构成闭合磁路。此时励磁堆等同于一个磁铁，气隙处的磁场强度因前后的导磁材料得以增强。衔铁1和励磁结构2根据同性相斥，异性相吸原理，衔铁1受到电磁力的作用；同时膜式辐射件4受到其自身张力作用，通过控制驱动电流中使得衔铁带动膜式辐射件4在交变磁场的作用下受到电磁力和自身张力的作用往复运动产生振动。膜式辐射件4作为一种张力结构形式，使得膜式电磁换能器无需额外的压缩弹簧。作为辐射件，膜式辐射件4受力之后变形大，辐射面积大，有助于提高声源级。此外，膜式辐射件4表面安装加速度传感器、内部安装压力传感器、温度传感器，保证换能器的稳定与可靠使用。在驱动线圈3产生的交变磁场的作用下，衔铁1受交变电磁力和膜式辐射件4张力的共同作用沿筒体9轴向方向向上下振动，从而激发膜式辐射件4的振动，向外辐射声波。采用膜结构，增大了辐射件积，进而增加了体积位移，从而实现大功率的声波发射。

衔铁和励磁结构2之间力的方向可保持不变，本结构中二者之间是吸力，衔铁往回振动是由于电磁力随着一个周期中电流的减小而减小，膜的张力将衔铁往回拉。

辐射件振动变形大，是因为将辐射件做成了“膜”。施加同样的力，厚度薄的变形肯定大。但是厚度减小，变形大的同时，就需要膜有很大的屈服强度和抗拉强度，保证振动的时候不发生塑性变形。这些钛合金、不锈钢、高强度合金钢屈服强度和抗拉强度大，因此可以做成“膜”式辐射件。

径向施加的板簧（或肋条）本身具有一定刚度，配合膜式辐射面振动，增加了换能器等效刚度，进而改变换能器的谐振频率。

实施例2

结合图5、图6所示，与实施例1对比不同的是：本实施例中，所述加强件包括位于膜式辐射件4外端面圆心位置的接头部181、在膜式辐射件4外端面径向方向上由接头部181向外周延伸的至少M个肋条182，M≥3，各个肋条182沿膜式辐射件4圆周均匀布置，所述接头部181、肋条182为一体结构。肋条18与膜式辐射件4刚性连接，有效增加换能器刚度。接头部181、肋条182可与膜式辐射件可采用一体加工，即可采用相同材料。

在一种优选实施方式中，所述加强件的厚度从靠近筒体9轴线的位置向远离筒体9轴线的位置逐渐减小。本实施例中，靠近筒体9轴线的位置即为接头部181外周的位置，即各个肋条182的高度沿径向方向从靠近圆心到外周逐渐减小。

本实施例中的辐射件上增加多根肋条18，实施方式可为与辐射件为刚性连接或与辐射件一体制作两种方式，无需固定螺母、固定块、紧固件进行固定；辐射件表面加肋可以有效增加换能器刚度，使换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量，同时刚度的改变使得换能器的频率实现灵活调整。本实施例其余部分与实施例1相同。

肋条作用同实施例1中板簧作用。

实施例3

结合图7所示，与实施例1对比不同的是：本实施例中未设置板簧；所述加强件为辅助膜式辐射件400，所述辅助膜式辐射件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，所述辅助膜式辐射件400的轴线与筒体9轴线重合；所述第一圆形端面400a的半径小于第二圆形端面400b的半径；所述辅助膜式辐射件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与膜式辐射件4外端面连接（相互贴合），使得辅助膜式辐射件400与膜式辐射件4形成一体结构；所述辅助膜式辐射件400、膜式辐射件4的材质相同；所述膜式辐射件4、辅助膜式辐射件400在筒体9轴线方向上的最大尺寸之和不大于圆环部402外径的一半。辅助膜式辐射件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。辅助膜式辐射件400的厚度即为辅助膜式辐射件400在筒体9轴线方向上的尺寸。筒体9轴线垂直于第一圆形端面400a，且垂直于第二圆形端面400b。。

本实施例中的膜式辐射件4上无肋条，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3相同。

本实用新型的实施例1-3中：膜式辐射件表面加肋条、板簧、辐射件采用变厚度形式，即添加一定的支撑结构，从而有效增加换能器刚度，在换能器达到高声源级目标时有效减小膜的厚度，进而减小换能器重量。

实施例4

结合图8、图9所示，与实施例2对比不同的是：本实施例中：在膜式辐射件4径向方向上，每个膜式辐射件4的圆环部402具有圆环子区段；在筒体9轴线方向上，所述圆环部402在圆环子区段的厚度尺寸小于膜式辐射件4的所述圆环部402的其他部分的尺寸厚度；每个膜式辐射件4的圆环部402外端面和/或内端面开设有第三环形凹槽30，所述第三环形凹槽30所在区域为膜式辐射件4圆环部402的圆环子区段。若每个膜式辐射件4的圆环部402外端面、内端面均开设有第三环形凹槽30，则在膜式辐射件4径向方向上，圆环部402外端面、内端面上开设的第三环形凹槽30错开设置。

在一种优选实施方式中，所述第三环形凹槽30在筒体9轴截面的形状为弧形或矩形。环形凹槽30开于辐射件外围，在膜内外表面不同半径位置处各开一定的深度和宽度。

本实施例中没有板簧和肋条，膜式辐射件4的外围开第三环形凹槽30，可为膜式辐射件振4动提供柔性边界，进一步增大辐射面积，从而增大了换能器工作时的体积位移；同时可通过调凹槽位置、槽长、槽宽及截面形状达到不同的声源级水平。膜式辐射件上加肋，可以有效增大辐射件刚度进而提升频率，从而实现不增加辐射件体积和质量的情况下，频率不变声源级更高。本实施例其余部分与实施例2相同。

实施例5

结合图10所示，与实施例4对比不同的是本实施例中辐射件外围环形凹槽30的形状为弧形。本实施例在同样激励条件下辐射件体积位移不同，所达到的声源级水平与实施例4不同。本实施例其余部分与实施例4相同。

实施例6

结合图11所示，与实施例4对比不同的是：本实施例中，每个膜式辐射件4的圆环部402具有圆环子区段；在筒体9轴线方向上，所述圆环子区段的尺寸小于膜式辐射件4的圆环部402的其他部分的尺寸。每个膜式辐射件4均包括相互固定的第一膜式子结构41、第二膜式子结构42，所述第一膜式子结构41、第二膜式子结构42上分别开设有相互对应设置的第一环形凹槽、第二环形凹槽，所述第一膜式子结构、第二膜式子结构相互盖合，使得第一环形凹槽、第二环形凹槽围成环形空间40，所述环形空间40所在区域为膜式辐射件4圆环部402的圆环子区段。图中，第一膜式子结构41、第二膜式子结构42均未示出剖面线。

本实施例中辐射件外围不开环形凹槽，而是使用两个膜式子结构连接。其可为膜式辐射件振动提供柔性边界，进一步增大辐射件积，从而增大换能器工作时的体积位移，从而获得较大的声辐射功率。

材料与辐射件相同，厚度可根据换能器不同谐振频率需求调整；

本实用新型的实施例4-6中，膜式辐射件外围开第三环形凹槽30、开设环形孔40，可以为膜式辐射件振动提供柔性边界，进一步增大辐射面积，从而增大换能器工作时的体积位移，从而获得较大的声辐射功率。

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。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型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。在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型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，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (11)

1.一种膜式电磁换能器，包括两端开口的筒体（9），所述筒体（9）为旋转体结构，其特征在于：还包括分别位于两端开口的两个膜式辐射件（4），所述膜式辐射件（4）与筒体（9）之间设置有密封件（17），所述筒体（9）、密封件（17）、两个膜式辐射件（4）围成水密空间；所述膜式辐射件（4）由圆柱部（401）和位于圆柱部（401）外侧的圆环部（402）相互连接形成一体结构，所述圆柱部（401）轴线方向、圆环部（402）轴线方向均与筒体（9）轴线方向重合；所述圆柱部（401）的高度大于圆环部（402）的高度；所述膜式辐射件（4）在筒体（9）轴线方向上的最大尺寸不大于所述圆环部（402）外径的一半；

所述筒体（9）内壁上固定设置有隔板（10），所述隔板（10）将所述水密空间分为沿筒体（9）轴向方向相邻设置的两个子空间，所述隔板（10）两侧面上均固定设置有励磁结构（2），所述励磁结构（2）上绕设有驱动线圈（3），所述圆柱部（401）朝向隔板（10）的端面上固定设置有衔铁（1），位于同一个子空间内的衔铁（1）、励磁结构（2）在筒体（9）轴线方向上相对设置，所述筒体（9）轴线方向垂直于驱动线圈（3）的线圈平面；

所述膜式电磁换能器还包括沿膜式辐射件（4）圆周均匀布置且将膜式辐射件（4）边缘部分与筒体（9）固定连接的K个第一固定件（14），K≥3；

在每个膜式辐射件（4）外端面上均设置有向远离隔板（10）方向凸起的加强件，所述加强件沿膜式辐射件（4）外端面径向方向设置和/或所述加强件为以膜式辐射件（4）外端面圆心为中心的对称结构，所述加强件与膜式辐射件（4）固定连接或为一体结构。

2.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述加强件的厚度从靠近筒体（9）轴线的位置向远离筒体（9）轴线的位置逐渐减小。

3.根据权利要求1或2所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述加强件为辅助膜式辐射件（400），所述辅助膜式辐射件（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），所述辅助膜式辐射件（400）的轴线与筒体（9）轴线重合；

所述第一圆形端面（400a）的半径小于第二圆形端面（400b）的半径；所述辅助膜式辐射件（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）与膜式辐射件（4）外端面连接，使得辅助膜式辐射件（400）与膜式辐射件（4）形成一体结构；所述辅助膜式辐射件（400）、膜式辐射件（4）的材质相同；所述膜式辐射件（4）、辅助膜式辐射件（400）在筒体（9）轴线方向上的最大尺寸之和不大于所述圆环部（402）外径的一半。

4.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于：所述加强件为沿膜式辐射件（4）外端面径向方向设置的板簧（5）；所述板簧（5）与膜式辐射件（4）为一体结构，或所述板簧（5）与膜式辐射件（4）固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的膜式电磁换能器，其特征在于：所述加强件包括位于膜式辐射件（4）外端面圆心位置的接头部（181）、在膜式辐射件（4）外端面径向方向上由接头部（181）向外周延伸的至少M个肋条（182），M≥3，各个肋条（182）沿膜式辐射件（4）圆周均匀布置，所述接头部（181）、肋条（182）为一体结构。

6.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于，在膜式辐射件（4）径向方向上，每个膜式辐射件（4）的圆环部（402）具有圆环子区段；所述圆环部（402）在圆环子区段的厚度小于所述圆环部（402）的其他部分的厚度。

7.根据权利要求6所述的膜式电磁换能器，其特征在于，每个膜式辐射件（4）均包括相互固定的第一膜式子结构（41）、第二膜式子结构（42），所述第一膜式子结构（41）、第二膜式子结构（42）上分别开设有相互对应设置的第一环形凹槽、第二环形凹槽，所述第一膜式子结构、第二膜式子结构相互盖合，使得第一环形凹槽、第二环形凹槽围成环形空间（40），所述环形空间（40）所在区域为膜式辐射件（4）圆环部（402）的圆环子区段；或

每个膜式辐射件（4）的圆环部（402）外端面和/或内端面开设有第三环形凹槽（30），所述第三环形凹槽（30）所在区域为膜式辐射件（4）圆环部（402）的圆环子区段。

8.根据权利要求7所述的膜式电磁换能器，其特征在于：所述第三环形凹槽（30）在筒体（9）轴截面的形状为弧形或矩形。

9.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于：所述励磁结构（2）为由依次连接的第一连接部、第二连接部、第三连接部构成的U形结构，所述第一连接部、第三连接部均朝向与该励磁结构（2）相对的衔铁（1）设置，所述第一连接部、第三连接部均绕设有驱动线圈（3）。

10.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述膜式辐射件（4）材料为钛合金、不锈钢、40CrNiMoA中任一种。

11.根据权利要求1所述的膜式电磁换能器，其特征在于，所述水密空间内还填充有压力补偿气体或压力补偿液体，所述隔板（10）上开设有连通两个子空间的至少一个通孔，所述水密空间内还设置有用于检测水密空间内部压力的压力传感器（11）。

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