一种基于海流能驱动的轴向敲击式水声换能器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，包括圆柱形壳体、叶轮、发声组件、敲击组件、驱动组件，发声组件、敲击组件以及驱动组件沿着圆柱形壳体的轴线依次设置于壳体内部，通过海洋流使得驱动组件转动利用磁力驱动敲击组件沿着所述轴线方向往复运动敲击发声组件产生低频声音信号。本发明原理新颖，能量损耗小，制造容易，结构紧凑，密封简单可靠，承压能力强，寿命长。
【专利说明】一种基于海流能驱动的轴向敲击式水声换能器
【技术领域】
[0001]本发明属于新能源利用和换能器设计领域，具体涉及一种在水下利用海流能通过机械式敲击产生低频声音信号的机构。
【背景技术】
[0002]人们对现代水声学的研究始于1826年瑞士物理学家科拉东和法国数学家斯图谟在日内瓦湖展开的测量水中声速的实验。1911年，有人用炸弹作为声源，进行了最初的水下回声探测实验，并成功的记录到海底的回声。可以说，炸弹爆炸的声源是人们应用最早的水下声源。近年来，随着人类活动领域向海洋的不断扩展，人们根据不同的要求对水下声源进行广泛的运用。深海地质探测，海洋石油勘探，水下目标探测等领域都用到水下声源。不仅如此，水下水源还广泛的运用于军事领域，例如水下扫雷和水声干扰对抗等。
[0003]目前，主要的水下声源产生方式主要有以下7种:炸药爆炸声源、电声换能器声源、参数阵列声源、流体动力式声源、电磁式声源、激光声源和等离子体声源。然而主要的水下声源产生方式有以下不足:需要外部能源持续供应的情况下才能长期在水中发声；运转时摩擦阻力大，能量利用率低；均不是通过机械敲击产生的，很难真实的模仿在水中运行的机械设备的声音。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，可直接利用叶轮等装置将海流能转换为旋转机械能，驱动敲击机构转动，并利用永磁体磁力驱动敲击件往复敲击鼓面发声，实现机械损耗小，能量利用率高，驱动功率小，并且制造容易，结构紧凑，密封可靠，刚度大，强度高，承压能力强，寿命长。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0006]本发明技术方案的实现:一种基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于:包括圆柱形壳体、叶轮、发声组件、敲击组件、驱动组件，发声组件、敲击组件以及驱动组件沿着圆柱形壳体的轴线依次设置壳体内部，通过海洋流使得驱动组件转动利用磁力驱动敲击组件沿着所述轴线方向往复运动敲击发声组件产生低频声音信号。
[0007]本发明所述基于海流能驱动的轴向敲击式水声换能器直接利用海流能提供动力，通过驱动装置控制敲击发声装置，敲击发声体发声，本发明具有下列显著优势:
[0008]I)发声所需要的能量直接从海流能中通过机械方式转换而来，可在没有外部能源供应的情况下长期在水下发声，在远海海域利用中具有极大的优势；
[0009]2)本发明发声体采用鼓型发声体，是一种良好的发声结构，同时，导流罩和安装筒壁形成腔体结构，增强了声音响度，能更好地模拟船只在水中运行的声音；
[0010]3)本发明采用非接触式磁力驱动技术，利用磁力可穿透连接板壁面的能力实现驱动部分与敲击发声部分的分离，使动密封转换为简单可靠的静密封；
[0011]4)敲击发声装置直接置于海水中发声，免去了声音穿过壁面时的能量损失，更有利于声音的传递；
[0012]5)本发明采用磁力传动，避免了机械传动中存在的摩擦等能量损失，减少了传动环节数目，减少了能量损失；
[0013]6)本发明采用轴向布局，结构简单，布局紧凑，安装方便，可靠性好，能够降低成本，且便于在生产实践中使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0015]图1为本发明基于海流能驱动轴向式敲击水声换能器的主视图:
[0016]图2为本发明基于海流能驱动的轴向敲击式水声换能器的发声原理图；2A为上方敲击件敲击鼓面，2B为下方敲击件敲击鼓面；
[0017]图3为本发明基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器的密封原理图；
[0018]图中:1导流罩；2安装筒壁；3金属鼓架；4敲击头；4a敲击头密封圈安装槽；5敲击套筒；6连接板；6a连接板密封圈安装槽；7固定筒壁；7a固定筒壁沉头孔；8紧固螺母；9后端盖；9a后端盖密封圈安装槽；10叶轮；11传动轴；12轴承支架；13磁体架；14圆柱形大永磁体；15深沟球轴承；16圆柱形小永磁体；17导轨；18金属鼓面；19压盖；19a传动轴通孔；20高低唇Y型橡胶密封圈；210型橡胶密封圈a ；220型橡胶密封圈b ；230型橡胶密封圈C。
【具体实施方式】
[0019]附图为本发明的具体实施例:
[0020]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步详细说明:
[0021]参照图1所示，一种基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于:包括圆柱形壳体、叶轮10、发声组件、敲击组件、驱动组件，发声组件、敲击组件以及驱动组件沿着圆柱形壳体的轴线依次设置壳体内部，通过海洋流使得驱动组件转动利用磁力驱动敲击组件沿着所述轴线方向往复运动敲击发声组件产生低频声音信号。驱动组件包括传动轴11和磁体架13组成。传动轴11与叶轮10通过螺栓连接。叶轮10在海流能的带动下通过传动轴11为整个装置提供动力，传动轴11通过螺纹与磁体架13连接，磁体架13由轴肩和紧固螺母8完
[0022]成轴向定位，磁体架13上固定有若干块沿传动轴11圆周排布的圆柱形大永磁体14,磁体架13的转动引起与圆柱形小永磁体5对应的圆柱形大永磁体14磁极的交替变化。敲击装置由连接板6、导轨17、敲击头4、敲击套筒16和圆柱形小永磁体5组成。导流罩I和安装筒壁2通过螺纹连接，金属鼓架3通过螺栓与安装筒壁2连接，金属鼓面18铆接在金属鼓架3上。敲击件尾端内部的小永磁体5受到磁力方向交替变化的磁力作用，引起敲击头4和敲击套筒16在导轨17内做往复运动,敲击头4敲击金属鼓面3发出声音,金属鼓架3和金属鼓面18形成鼓型发声体，导流罩I和安装筒壁2形成腔体结构，增强声音响度。所述壳体包括:导流罩1、安装筒壁2、固定筒壁7以及后端盖9，上述部件依次安装形成封闭结构，传动轴11通过深沟球轴承15与连接板6和轴承支架12连接，连接板6通过螺纹分别与固定筒壁7和安装筒壁2连接，轴承支架12通过4个螺钉与固定筒壁7连接，后端盖9与固定筒壁7通过螺纹连接。
[0023]参照图2所示，上述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器的发声原理是利用圆柱形大永磁体14和圆柱形小永磁体5之间同极相斥、异极相吸的原理,海流能带动叶轮转动，叶轮带动传动轴转动，传动轴上的磁体架随着传动轴一起转动，磁体架上圆周均匀排布有6块磁极交替分布的圆柱形大永磁体14,与圆柱形小永磁体5相对应的圆柱形大永磁体在磁体架转动过程中磁极不断发生变化，圆柱形小永磁体5受到圆柱形大永磁体14的周期性吸引力和排斥力沿壳体轴向做往复运动，推动敲击头敲击鼓型发声体发声。
[0024]图2A、2B所示为整个敲击发声原理过程。图2A所示为圆柱形小永磁体5靠近连接板的磁极为S，与上方圆柱形小永磁体5此时相对的圆柱形大永磁体14的磁极为S，与下方圆柱形小永磁体5此时相对的圆柱形大永磁体14的磁极为N，同极相斥，异极相吸，下方敲击件处于导轨底部，上方敲击件敲击鼓型发声体发声；图2B所示为磁体架转过1/6圈，下方圆柱形大永磁体14与圆柱形小永磁体5相对磁极变为S，上方则相应变为N，此时上方敲击件处于导轨底部，下方敲击件敲击鼓型发声体发声。磁体架再转过1/6圈，重复图2A所不工作状态。磁体架转动一圈，与每个圆柱形小永磁体5相对圆柱形大永磁体14磁极发生6次变化，每个敲击件敲击鼓型发声体3次，两个敲击件一圈中共完成6次敲击。
[0025]参照图3所示，上述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器的密封原理为:连接板与固定筒壁、固定筒壁与后端盖之间均为螺纹连接，这三者构成的腔体将驱动组件部分装置密封在一个密闭的空间里，在连接板和后端盖上分别设计出连接板密封圈安装槽6a和后端盖密封圈安装槽9a，与O形橡胶密封圈c23配合进行密封。密封圈安装槽的位置、宽度、深度根据安装筒壁的内径而定，同时O形密封圈型号的选择也是根据安装筒壁的内径而定。传动轴与后端盖之间有旋转运动，采用高低唇Y型密封圈20和压盖19进行动密封，高低唇Y型密封圈的右侧通过压盖进行轴向固定，压盖上设置的传动轴通孔19a的直径比传动轴直径大I?3mm，保证传动轴与传动通孔不发生摩擦干涉，压盖通过螺纹与后端盖连接。安装筒壁通过其上的沉头孔7a以及连接螺钉与轴承支架连接，采用O型橡胶密封圈b22进行密封。敲击头与敲击套筒通过螺纹连接，敲击头上设计有密封圈安装槽4a，与O形橡胶密封圈a21配合进行密封。
[0026]以上所述仅为本发明专利的优选实施例，并不用于限制发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于:包括圆柱形密封壳体、叶轮、发声组件、敲击组件、驱动组件，发声组件、敲击组件以及驱动组件沿着圆柱形壳体的轴线依次设置于壳体内部，叶轮在壳体外部与驱动组件连接，通过海洋流驱动叶轮转动带动驱动组件转动，利用磁力驱动敲击组件沿着所述轴线方向往复运动敲击发声组件产生低频声音信号。
2.根据权利要求1所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述驱动组件包括:传动轴和磁体架，所述传动轴一端可转动的固定在驱动组件上，另一端可旋转地伸出所述壳体并固定设置有所述叶轮，所述磁体架设置在所述壳体内部的传动轴上，磁体架上固定有若干块沿传动轴圆周排布的圆柱形大永磁体。
3.根据权利要求1或2所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述敲击组件包括:连接板、至少一个导轨、至少一个敲击头、至少一个敲击套筒以及至少一个圆柱形小永磁体，连接板固定在所述壳体上，连接板相对于驱动装置相反的侧面上沿着传动轴圆周排布有若干个安装座，所述导轨的一端设置在安装座上，敲击套筒内设置有圆柱形小永磁体，敲击套筒相对于发声组件的一端固定设置有敲击头，敲击套筒、敲击头可沿着导轨往复运动。
4.根据权利要求1-3所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述发声组件为鼓型发声体，包括金属鼓架和至少一个金属鼓面，所述金属鼓架两侧分别支撑设置有金属鼓面，所述金属鼓架固定在壳体的内部。
5.根据权利要求1-4所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述壳体包括:导流罩、安装筒壁、固定筒壁以及后端盖，上述部件依次安装形成封闭结构。
6.根据权利要求5所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述发声装置设置在安装筒壁上，导流罩和安装筒壁构成腔体结构用于增强声音混响所述连接板固定安装在安装筒壁和固定筒壁之间，所述驱动装置的传动轴穿出后端盖。
7.根据权利要求2或3所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述圆柱形大永磁体和圆柱形小永磁体分别绕传动轴轴线沿圆周均匀排布，所述圆柱形大永磁体和圆柱形小永磁体中相邻永磁体的磁极相反。
8.根据权利要求2所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，包括轴承支架，其设置于壳体内用于支撑传动轴。
9.根据权利要求3所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述敲击头和敲击套筒通过螺纹连接，优选的，敲击套筒与导轨间设有缓冲垫，圆柱形小永磁体两端分别设置有缓冲垫。
10.根据权利要求3所述基于海流能驱动轴向敲击式水声换能器，其特征在于，所述传动轴与连接板之间通过轴承定位，所述传动轴与磁体架通过螺纹连接，磁体架通过轴肩和紧固螺母实现轴向定位。
【文档编号】G10K9/08GK103680487SQ201310699356
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】李兵, 路通, 强磊, 卓颉 申请人:西安交通大学