一種驅動元件及包含該驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器制造技術

一種驅動元件及包含該驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器，該驅動元件包括相互串聯的兩根稀土超磁致伸縮棒和三塊永磁體，其中兩根稀土超磁致伸縮棒沿長度方向間隔設置，一塊永磁體設置在兩根稀土超磁致伸縮棒之間，另外兩塊永磁體設置在稀土超磁致伸縮棒的兩端，三塊永磁體分別與稀土超磁致伸縮棒的端面接觸，永磁體形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向。換能器包括套筒、位于套筒上下兩端外側的前輻射頭和后輻射頭，所述驅動元件設置在套筒的中心位置，該驅動元件兩端的永磁體分別通過軟磁軛鐵與前輻射頭、后輻射頭連接。該驅動元件可以為稀土超磁致伸縮換能器提供穩定均勻的偏置磁場，提供合適的預應力，從而提高器件的工作效率。

【技術實現步驟摘要】
一種驅動元件及包含該驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器
本專利技術涉及一種驅動元件及包含該驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器，屬于聲學傳感器

技術介紹
20世紀70年代，美國A.E.Clark發現了稀土合金Fe(Tb,Dy)2具有超磁致伸縮效應，該合金由磁致伸縮效應引起的最大應變比傳統的水聲換能器使用的壓電陶瓷大6-20倍，能量密度約為壓電陶瓷的10-20倍，而聲速只有壓電陶瓷的2／3-3／4。因此，在相同體積的條件下，超磁致伸縮水聲換能器的共振頻率比壓電陶瓷水聲換能器的共振頻率低2／3-3／4。由于利用稀土超磁致伸縮材料制造的換能器具有發射功率大、體積小、重量輕的特點，使其在研制低頻-甚低頻大功率水聲換能器等方面得到了足夠的重視和應用。80年代，美國等發達國家已經研制出各種稀土換能器，并應用于軍事領域。瑞典己成功研制了掃雷用的聲功率達151kW的IV型彎張稀土換能器。但是，稀土超磁致伸縮材料不僅是一種導磁，而且也是一種導電材料，因此，當外界磁場變化時，在稀土換能器內部將產生渦流損耗。專利文獻CN101038740A公開了一種超低頻水聲換能器，該換能器的每個驅動單元中使用了一根整體的稀土超磁致伸縮材料棒并在該棒的兩端粘貼了一圓片狀的稀土永磁體，但該換能器的缺點是在頻段較高時工作時的渦流損耗比較大、效率較低，這極大的限制了其應用。專利文獻CN101847403A公開了一種稀土超磁致伸縮復合棒式換能器，在該換能器中，稀土超磁致伸縮材料為若干長度相同的圓棒，圓棒沿永磁體的外圓周向均勻布放，且圓棒與永磁體之間留有間隙，該專利技術有效克服了稀土超磁致伸縮材料在頻段較高工作時的渦流損耗大、效率低的缺點。但由于使用了若干稀土超磁致伸縮棒材，該方案在一定程度上降低了換能器的可靠性。專利文獻US6624539也涉及一種超磁致伸縮功率換能器，其中，為了解決在使用過程中的渦流問題，線圈骨架的主要導磁元件采用粉末冶金導磁材料構成，這類材料具有導磁能力強，渦流小的特點，可以減少渦流損耗熱量的產生。超磁致伸縮換能器與壓電陶瓷換能器不同，在設計中需要解決好磁偏置、預應力、渦流損耗等問題。其中，渦流損耗成為制約稀土超磁致伸縮換能器應用的一個主要問題。
技術實現思路
為了克服現有稀土超磁致伸縮換能器在應用過程中渦流損耗較大，降低換能器效率的缺點，本專利技術的目的在于提供一種稀土超磁致伸縮換能器用驅動元件，該驅動元件可以為稀土超磁致伸縮換能器提供穩定均勻的偏置磁場，提供合適的預應力，從而提高器件的工作效率。本專利技術的另一目的在于提供一種包含所述驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種驅動元件，用于稀土超磁致伸縮換能器，該驅動元件包括相互串聯的兩根稀土超磁致伸縮棒和三塊永磁體，其中兩根稀土超磁致伸縮棒沿長度方向間隔設置，一塊永磁體設置在兩根稀土超磁致伸縮棒之間，另外兩塊永磁體設置在稀土超磁致伸縮棒的兩端，三塊永磁體分別與稀土超磁致伸縮棒的端面接觸，永磁體形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向。在該驅動元件中，稀土超磁致伸縮棒、永磁體、軟磁軛鐵和套筒以串聯方式構成了直流偏置磁場回路。稀土超磁致伸縮棒、線圈和線圈骨架、軟磁軛鐵構成了交流磁回路。當換能器工作時，線圈通電后產生交變磁場，稀土超磁致伸縮棒在交變磁場和永磁體提供的靜態偏磁場作用下，產生磁致伸縮振動，并通過軟磁軛鐵的機械耦合帶動了前輻射頭、后輻射頭的振動，實現了換能器的聲輻射。所述稀土超磁致伸縮棒由片狀稀土超磁致伸縮合金經粘結劑粘結而成。所述片狀稀土超磁致伸縮合金的厚度為1-10mm，相鄰兩片狀稀土超磁致伸縮合金之間的距離為0.5-5mm。在換能器中使用由片狀稀土超磁致伸縮合金粘接而成的粘接稀土超磁致伸縮棒能大大降低材料中的渦流損耗。在本專利技術的驅動元件中，所述永磁體可以采用釹鐵硼或釤鈷永磁材料制作而成，其所形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向，使得稀土超磁致伸縮棒材處于偏置磁場之中最均勻穩定部分。在本專利技術的驅動元件中，所述稀土超磁致伸縮棒為圓筒狀，外徑為20-100mm，內徑為10-80mm，長度為40-500mm；所述永磁體為圓環狀，外徑為20-100mm，內徑為10-80mm，厚度為2-20mm。永磁體的厚度小于磁致伸縮棒的長度，永磁體的外徑與厚度之比為3-20，磁致伸縮棒的長度與外徑之比為2-20，粘結稀土超磁致伸縮棒的長度與永磁體的厚度比為2-30。粘結稀土超磁致伸縮棒直徑與長度公差±0.08mm，平行度和垂直度控制在0.05以下。一種包含所述驅動元件的稀土超磁致伸縮換能器，包括套筒、位于套筒上下兩端外側的前輻射頭和后輻射頭，所述驅動元件設置在套筒的中心位置，該驅動元件兩端的永磁體分別通過軟磁軛鐵與前輻射頭、后輻射頭連接；所述驅動元件外側設置線圈，所述前輻射頭、軟磁軛鐵、驅動元件、后輻射頭由預應力螺釘穿心緊固。所述線圈設置在由套筒、軟磁軛鐵以及驅動元件圍構的空間內，該空間內還設置有線圈骨架。所述軟磁軛鐵為復合軟磁材料，由軟磁鐵氧體和金屬軟磁材料采用粉末冶金方法制作而成，形狀為圓環狀，外徑為100～350mm，內徑為10～80mm，厚度為5～40mm，外徑與厚度之比為2～10。本專利技術的優點在于：本專利技術的驅動元件采用了由三塊永磁體和兩根粘結稀土超磁致伸縮棒組成的串聯結構，這種串聯結構能為換能器提供穩定而均勻的靜態偏置磁場。粘結稀土超磁致伸縮棒、永磁體、軟磁軛鐵和套筒構成了直流偏磁場回路；該磁路由于是閉合磁路，可減少靜態磁場的漏磁損耗，另外可通過縮短永磁塊間粘結稀土超磁致伸縮棒的長度來提高直流磁場的均勻性，還可通過提高永磁體磁能積的方式來提高粘結稀土超磁致伸縮棒中的永磁強度。本專利技術的驅動元件采用粘結稀土超磁致伸縮材料作為驅動棒，有效地降低了稀土超磁致伸縮材料在工作時的渦流損耗，提高了磁致伸縮換能器的效率，在實際工程中具有較大的應用價值。附圖說明圖1為本專利技術稀土超磁致伸縮換能器的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1所示，為本專利技術的稀土超磁致伸縮換能器的結構示意圖。該換能器包括套筒1、位于套筒上、下兩端外側的前輻射頭2和后輻射頭3，驅動元件4設置在套筒1的中心位置，該驅動元件4包括相互串聯的兩根稀土超磁致伸縮棒5和三塊永磁體6，其中兩根稀土超磁致伸縮棒5沿長度方向間隔設置，一塊永磁體設置在兩根稀土超磁致伸縮棒之間，另外兩塊永磁體設置在稀土超磁致伸縮棒的兩端，三塊永磁體分別與稀土超磁致伸縮棒的端面接觸，永磁體形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向，該驅動元件4兩端的永磁體6分別通過軟磁軛鐵7、8與前輻射頭2、后輻射頭3連接；所述驅動元件4外側設置線圈9。前輻射頭2、軟磁軛鐵6、后輻射頭3均具有通孔，驅動元件4整體上呈圓筒狀，預應力螺釘10依次穿過后輻射頭3、軟磁軛鐵7、驅動元件4、軟磁軛鐵8及前輻射頭2的通孔進而緊固。線圈9設置在由套筒1、軟磁軛鐵7、8以及驅動元件4圍構的空間內，該空間內還設置有線圈骨架11。粘結稀土超磁致伸縮棒、永磁體、軟磁軛鐵和套筒以串聯方式構成了直流偏置磁場回路。粘結稀土超磁致伸縮棒、線圈和線圈骨架、軟磁軛鐵構成了交流磁回路。當換能器工作時，線圈通電后產生交變磁場，粘結稀本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種驅動元件，用于稀土超磁致伸縮換能器，其特征在于，該驅動元件包括相互串聯的兩根稀土超磁致伸縮棒和三塊永磁體，其中兩根稀土超磁致伸縮棒沿長度方向間隔設置，一塊永磁體設置在兩根稀土超磁致伸縮棒之間，另外兩塊永磁體設置在稀土超磁致伸縮棒的兩端，三塊永磁體分別與稀土超磁致伸縮棒的端面接觸，永磁體形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向。

【技術特征摘要】
1.一種驅動元件，用于稀土超磁致伸縮換能器，其特征在于，該驅動元件包括相互串聯的兩根稀土超磁致伸縮棒和三塊永磁體，其中兩根稀土超磁致伸縮棒沿長度方向間隔設置，一塊永磁體設置在兩根稀土超磁致伸縮棒的長度方向上的中間位置，另外兩塊永磁體分別設置在稀土超磁致伸縮棒的兩端，三塊永磁體分別與兩根稀土超磁致伸縮棒的端面接觸，永磁體形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向。2.根據權利要求1所述的驅動元件，其特征在于，所述稀土超磁致伸縮棒由片狀稀土超磁致伸縮合金經粘結劑粘結而成。3.根據權利要求2所述的驅動元件，其特征在于，所述片狀稀土超磁致伸縮合金的厚度為1～10mm，相鄰兩片狀稀土超磁致伸縮合金之間的距離為0.5～5mm。4.根據權利要求1所述的驅動元件，其特征在于，所述永磁體采用釹鐵硼或釤鈷永磁材料制作而成，其形成的磁場方向平行于稀土超磁致伸縮棒的長度方向。5.根據權利要求1所述的驅動元件，其特征在于，所述稀土超磁致伸縮棒為圓筒狀，外徑為20～100mm，內徑為10～80mm，長度為40～500mm；所述永磁體為圓環狀，外徑為20～100mm，內徑為10～80mm，厚度為2～20...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊紅川，謝佳君，楊遠飛，李紅衛，李世鵬，許加紅，于敦波，李擴社，羅陽，
申請(專利權)人：有研稀土新材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11