专利名称：用于振动吸收、感测和传输的换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于减弱来自表面的振动能量的换能器。该能量的一部分可被转换和 存储为电能。
背景技术：
本发明的主要目的在于通过将穿过大结构(例如船、抽油装置、桥梁、建筑物、以 及其他结构)传输的声音或振动转换为电能而减小这种运动。已知可以通过将表面的运动或振动转换成电能而吸收或获取能量，所述能量可被 接着用作电源或被耗散。然而，先前的应用具有较小的规模，并且通常优选使用压电换能 器。虽然这样的致动器可被用于小规模的电力获取，但在所考虑的结构(例如大巡洋舰的 船体)的规模中可能发现的较大的力需要具有更大的数量级。换能器还可用作传感器。这可以替代或补充现有的感测应用。在桥梁的例子中， 传感器信号可被用于监测来自车辆的振动水平。通常，要为大的面积提供音频覆盖，则需要许多扬声器。然而，如果用音频信号驱 动该结构，则可以以较小的声源以及相关的配线和放大来实现广域覆盖。
发明内容
根据本发明，提供一种用于从辐射可听声音或振动的表面吸收声波或振动能量的 换能器，该装置包括包含磁致伸缩型致动器的体，所述致动器包括反应块、线性轴承或某种 其他形式的导向装置或套筒(sleeve)、以及磁体、间隔物和包围通常与我们的先前的专利 申请(欧洲专利申请号=02708456. 5，国际专利号PCT/GB02/01111)成分相同的巨磁致伸 缩材料(GMM)的芯的线圈绕组的设置。当通过面板的振动能量而被加速时，换能器的反应 块成分将力赋予该换能器的GMM元件中。这引起GMM的磁特性的改变，该改变将其本身表现 为包围GMM的磁场的改变。该变动的磁场被用于在包围GMM的线圈中感应出电流。该电流 可被吸收到所连接的电力存储系统(例如电池、电容器或其他电力保持溶液)。优选地，该 块与换能器的轴向设置的外壳内的致动部分串联，更优选地，其在轴承中运行以支撑该块。 该轴承可以为线性形式，或者在另一实施例中，由两个较小的环状轴承构成。在任一设计的 实施例中，油料注入有利于减小在单元内的摩擦且使在该换能器内产生的噪声最小化。已经发现，将运动限制在沿轴向运行到致动方向的轴承的极限内是非常有效的， 然而，该设计不限于该变更。该换能器还可被用作振动发生器或音频换能器，从而将电信号施加到线圈绕组， 该线圈绕组又产生使GMM元件改变形状的磁场，由此在安装的表面上产生振动。用于吸收 或振动产生功能的线圈绕组可以相同，或者对于每种功能分开但仍缠绕在同一线轴上。在本发明的第二实施例中，由我们的先前的专利申请(国际专利申请号 W02004/057912A3)可以看出，对于横轴杠杆装置而言，对推力轴的控制很重要。在该实施例 中，来自安装表面的振动被机械杠杆系统放大，从而反应块与GMM上的压缩力协同作用，从而增大了压缩量和由此产生的电能。优选，该换能器是这样的磁致伸缩致动器，其包括磁致伸缩元件和与其相关的电磁线圈，所述元件被机械地连接到基座(foot)，并且所述线圈通过来自安装表面的振动而 被激励，从而使得所述元件将输出力传送到用于存储和随后的再利用的电力系统。正如第一实施例的情况一样，该换能器也可用作振动发生器或音频换能器，从而 将电信号施加到线圈绕组，该线圈绕组又产生使GMM元件改变形状和运动的磁场，该改变 通过杠杆而被放大，由此在安装的表面上产生振动。用于吸收或振动产生功能的线圈绕组 可以相同，或者因用于每种功能而分隔但仍缠绕在同一线轴上。可以看出，该设计不限于使用在我们的相关的专利申请中所限定和所示出的磁致 伸缩芯，并且可从多个缠绕线圈获益，以根据我们的先前提到的专利区分在特定的频率处 的振动。这可以包括多个元件，所述多个元件包括压电和其他智能材料激励器、与受到专利 (美国专利号US4，845，688)保护的可伸张装置相似的可伸张装置、根据上面引用的我们自 己的申请的横向杠杆装置、以及使用上述装置的任何组合的层叠的智能材料。块、弹簧类型和线圈绕组可被选择为在不同频率范围操作。在特定应用中，希望组 合两种换能器拓扑，例如用于减噪的低频元件和用于音频传输的较高频元件。装置的效能 的最优范围可以根据应用而变化，但是，对于减振，其在20Hz-2000Hz的范围内，而对于音 频传输，其在100Hz-18kHz的范围内。装置的另一实施例为，在其结构内包含例如压电装置等的集成传感器，该传感器 感测来自将传感器安装于其上的安装表面的振动，从而提供参考，控制电子设备可响应和 对抗该参考。这可用于感测异常或不可预测的振动的目的，从而可触发警报或用于振动控 制应用，其中传感器被用于检测来自表面的振动，并且换能器被激活为180度异相以抵消 该振动。类似地，本发明的该方面允许将装置用作加速计，其中可将双向信号用于补偿特定 的振动环境，例如在偶尔会遇到冰的船体上，并且需要表面激活(振动)来消除它。该装置的另一实施例被用作分布式扬声器火警系统，这是因为，与常规音频装置 相比，该装置可具有提高的耐火性。在该实施方式中，换能器通常处于振动阻尼模式。然而， 响应于警报信号，预录的消息、通知和/或报警声音会被传送到该结构中。该装置与表面的附接可以是永久性的或暂时性的，但在任意情况下，被附接到表 面上的基座被粘附或紧固以保持为与表面紧密接触。当装置的操作环境被频繁地浸入水、 油、柴油和其他毒性元素中(在船或结构的船体中可发现)时，装置将被设计为以安全且无 危险的方式在其整个寿命内耐受这种环境许多年。换能器的设计允许其作为传感器工作，以允许例如监控振动。此外，通过对换能器 施加电信号，可以将音频信号传输到换能器被安装于其上的结构中。换能器被设计为使其 在任何安装方向上起作用。
参考附图描述仅作为实例的本发明的一些实施例，在附图中图1是以线性轴承为特征的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正视图；图2是以双轴承环为特征的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正视图；图3是以外部安装凸缘为特征的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正视图；图4是示出替代的安装位置的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正视 图；图5是以双GMM芯为特征的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正视图；图6是以替代的GMM芯构造为特征的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面 正视图；图7是示出更紧凑版的芯构造的根据本发明的第一实施例的轴向装置的截面正 视图；
图8是以单GMM芯为特征的根据本发明的第二实施例的横向装置的截面正视图；图9是以双GMM芯为特征的根据本发明的第二实施例的横向装置的截面正视图； 以及图10-12是示出替代的安装轴和方法的根据本发明的第二实施例的横向装置的 截面正视图。
具体实施例方式参考图1，吸收器装置包括外壳1，该外壳1容纳与反应块7紧密接触的芯组件 2-6，该反应块7通过使装置保持拉伸的弹簧8而被预拉伸为对抗(against)致动器。该反 应块7被安装在线性轴承9内，或者如图2所示被安装在两个环形的轴承环10内。芯组件 由包括模制的线轴2、线圈3、磁体4、间隔物5和GMM元件6的各部件构成。芯组件2_6为 在我们的共同待审的国际专利申请、欧洲专利申请号02708456. 5中所描述和要求保护的 类型。基座11被牢固地紧固到外壳1。0形环12防止水渗入。诸如加速器的振动传感器 13被安装在基座11上。整个装置被连接到外部能量存储装置(未示出)。使用时，该装置被永久性或暂时 性地附接到这样的表面，在该表面上，通过以如图3和4所示的安装凸缘15为特征的经修 改的基座，借助于永久性粘合剂或固定件而通过基座11吸收振动。图5示出可用于提高效率的双换能器叠层。图6示出替代的换能器设置，从而用 柱状磁体14替换图1所示的盘状磁体4，以减小芯的直径。图7示出更紧凑的设置，其中致动器芯被反应块7包围，以产生轮廓更小的装置。 大多数部件都按照图1设置。然而，该实施例还包括安装凸缘15并使用油来填充腔16。图8示出可选实施例。在该实施方式中，用在共同待审的专利申请 W02004/057912A3中详述的横轴杠杆装置替换在图1中示出的致动器组件。外壳1、基座11 和0形环12保持为如图1所示。然而，用横轴杠杆装置替换外壳1的内部部件，包括线轴 2、线圈3、磁体4、间隔物5、GMM6以及圆顶间隔物17的芯组件。该芯被设置在换能器组件 内，并且包括基板18，该基板18被附接到具有铰链20的体19。通过弹簧8使换能器组件 保持拉伸。图9示出该实施例的改进例，其利用两个芯组件来提高能量获取效率、音频质量， 或者为这样的应用最优化换能器，其中该换能器既被用作能量获取装置，也被用作声源。图10示出横轴杠杆装置实施例，其被垂直地安装有安装凸缘。图11示出相同的 致动器设置。然而，在该实施方式中，利用粘合剂或双侧粘合衬垫21换能器来粘附换能器。图12示例出还可以使用凸缘(如所示例的)或者如图11那样使用粘合剂来水平地安装该装置。
权利要求
一种用于从表面吸收振动的装置，该装置包括体，所述体包括反应块和磁致伸缩致动器，所述磁致伸缩致动器包括包围巨磁致伸缩材料的元件的至少一个线圈，所述线圈被电连接到负载，所述致动器具有用于将所述振动耦合到所述元件的基座，由此在所述线圈中感应电流，从而所述装置从所述表面移走能量。
2.根据权利要求1的装置，其中所述反应块被可滑动地安装在所述体内。
3.根据权利要求2的装置，其中所述反应块被安装在所述体内的线性轴承内。
4.根据权利要求2的装置，其中所述反应块被安装在所述体内的两个轴承环内。
5.根据上述权利要求中的任一项的装置，其中在所述体内安装振动传感器，以向用于 所述装置的控制电子元件提供信号。
6.根据权利要求5的装置，其中所述振动传感器为加速计。
7.根据权利要求5的装置，其中所述振动传感器为压电装置。
8.根据上述权利要求中的任一项的装置，其中所述磁致伸缩致动器适于提供减振功能 以及音频和振动传输功能。
9.根据权利要求8的装置，其中附加线圈围绕所述GMM元件，所述附加线圈被连接到声 源或振动信号源。
10.根据上述权利要求中的任一项的装置，其中所述体将所述反应块和所述致动器封 闭在不透流体的密封中。
全文摘要
一种用于吸收和减轻来自振动表面的声音或振动能量的影响的密封的致动器设计。该装置包括体(1)，所述体(1)包括磁致伸缩芯(2-6)、用于通过压缩激励致动器的反应块(7)、以及用于控制反应块的运动的轴承或杠杆系统。该致动器具有用于从结构接收进入装置的振动的基座(11)、以及用于监控振动水平的传感器(13)。该装置还可以用作声学传输器，从而其使该装置被安装于其上的表面振动，并且可以用于通过该结构声学传输，或者通过将表面驱动为与从该结构接收的振动异相而减小噪声和振动。
文档编号H04R15/00GK101821870SQ200880110449
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月3日 优先权日2007年10月3日
发明者C·蒂莱尔, K·普拉加帕蒂, M·G·阿斯顿, N·芒斯 申请人:Feonic公共有限公司