[发明专利]一种电磁结构及电磁换能器

说明书

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。

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；