(57)【要約】  水中の音源は、第二ピストンに結合される第一ピストンと、前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続される複数のリニア磁気アクチュエータと、を含んでいる。前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは、円筒形の磁石組立品内に配置され、堅固な強磁性ハウジングの第一端部及び該堅固な強磁性ハウジングの第二端部に取り付けられ、静止しているリニアシャフトと、前記円筒形の磁石組立品と前記リニアシャフトの間に配置され、前記円筒形の電気コイルに対して前記円筒形の磁石組立品を前記リニアシャフトに沿って移動させるリニア軸受けと、を含み、前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれが作動し、前記第一ピストン及び前記第二ピストンはお互いの方向及びお互いから離れる方向に振動し、水中で音波を発生させる。【選択図】図２Ｂ
2021523000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一端部と第二端部を有する堅固な強磁性ハウジングと、
前記堅固な強磁性ハウジング内に取り付けられる円筒形の電気コイルと、
前記円筒形の電気コイルに近接して配置される円筒形の磁石組立品と、
を備え、該円筒形の磁石組立品は、
中心縦軸を有する磁石シャフトと、
該磁石シャフトの前記中心縦軸の直線上にある中心縦軸を有する円筒形の磁石であ
って、前記円筒形の電気コイルの内径より小さい外径を有する少なくとも一つの円
筒形の磁石と、を備え、
前記円筒形の磁石組立品内に配置され、前記堅固な強磁性ハウジングに対して静止するように前記堅固な強磁性ハウジングの前記第一端部と前記堅固な強磁性ハウジングの前記第二端部に取り付けられるリニアシャフトと、
前記円筒形の磁石組立品と前記リニアシャフトの間に配置され、前記円筒形の電気コイルに対して前記円筒形の磁石組立品を前記リニアシャフトに沿って移動させるリニア軸受けと、備えている、音源用のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石シャフトの長さは前記堅固な強磁性ハウジングより短い、請求項１のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項３】
前記円筒形の磁石組立品は、
前記少なくとも一つの円筒形の磁石に近接して配置される少なくとも一つの円筒形状の強磁性体と、
前記少なくとも一つの円筒形状の強磁性体に固着され、リニア磁気アクチュエータの前記第一端部又は前記第二端部のいずれかから突出する少なくとも一つのスタンドオフと、
をさらに備えている請求項１のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項４】
前記円筒形の磁石組立品は、
前記円筒形の磁石の第一面に近接して配置される第一の円筒形状の強磁性体と、
前記円筒形の磁石の第二面に近接して配置される第二の円筒形状の強磁性体と、
前記第二の円筒形の強磁性体に近接して配置される第一面を有する第二の円筒形の磁石と、
前記第二の円筒形の磁石の第二面に近接して配置される第三の円筒形状の強磁性体と、
を備えている請求項１のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項５】
前記円筒形の電気コイルに結合され、該円筒形の電気コイルに振動電流を流す電気リード線をさらに備えている請求項１のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項６】
前記堅固な強磁性ハウジングは円筒形状を有している請求項１のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項７】
前記堅固な強磁性ハウジングの直径は３〜５インチの間である請求項４のリニア磁気アクチュエータ。
【請求項８】
水中の音源であって、
第二ピストンに結合される第一ピストンと、
前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続される複数のリニア磁気アクチュエータと、
を備え、該複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つが作動している時、前記第一ピストン及び前記第二ピストンはお互いの方向及びお互いから離れる方向に振動し、水中で音波を発生させるようになっている水中の音源。
【請求項９】
前記複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つは電気的に接続されている請求項８の水中の音源。
【請求項１０】
前記第一ピストンと前記第二ピストンは１２〜４０インチの間の直径を有する円筒形状である請求項８の水中の音源。
【請求項１１】
前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続されている請求項８の水中の音源。
【請求項１２】
２０〜５００Ｈｚの間の共振周波数を備えている請求項８の水中の音源。
【請求項１３】
前記複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つは３〜５インチの間の直径を有している請求項８の水中の音源。
【請求項１４】
前記第一ピストンと前記第二ピストンに直接接続される１つ以上のバネをさらに備えている請求項８の水中の音源。
【請求項１５】
水中の音源であって、
第二ピストンに結合される第一ピストンと、
前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続される複数のリニア磁気アクチュエータと、
を備え、該複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは、
第一端部と第二端部を有する堅固な強磁性ハウジングと、
前記堅固な強磁性ハウジングに対して静止するように前記堅固な強磁性ハウジング内に
取り付けられる円筒形の電気コイルと、
前記円筒形の電気コイルに近接して配置される円筒形の磁石組立品と、
を備え、該円筒形の磁石組立品は、
中心縦軸を有する磁石シャフトと、
該磁石シャフトの前記中心縦軸の直線上にある中心縦軸を有する円筒形の磁石であ
って、前記円筒形の電気コイルの内径より小さい外径を有する少なくとも一つの円
筒形の磁石と、を備え、
前記円筒形の磁石組立品内に配置され、静止するように前記堅固な強磁性ハウジングの前記第一端部及び前記堅固な強磁性ハウジングの前記第二端部に取り付けられるリニアシャフトと、
前記円筒形の磁石組立品と前記リニアシャフトの間に配置され、前記円筒形の電気コイルに対して前記円筒形の磁石組立品を前記リニアシャフトに沿って移動させるリニア軸受けと、備え、
前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれが作動し、前記第一ピストン及び前記第二ピストンはお互いの方向及びお互いから離れる方向に振動し、水中で音波を発生させる水中の音源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年５月１０日に出願された米国仮出願第１５／９７６，０８８号に基づく優先権を主張する。
本発明は、一般に水中で使用される音源に関する。特に、本発明は、複数のアクチュエータを有する低周波音源に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水中の音源は様々なところで使用されている。水中の音源は様々な距離及び周波数において音を発することができる。水中の音源は各種駆動機構を備えることができる。その駆動機構は、圧電体、水力学、電動回転モータ、気力学、磁歪、及び又は電磁気リニアモータを含むことができる。
【０００３】
低周波数で動作するため水中の音源の周波数を減少させると、出力レベルの減少となり、その音源の範囲を減少させる結果となる。音源の振動量の増加により減少した出力レベルを復活させることができ、低周波数（例えば、２０〜５００Ｈｚの共振）の水中の音源は物理的に大きく重くなる（例えば、〜８５０ｋｇ）ことが必要となる。
【０００４】
現在の低周波数の水中の音源は、振動する１つ以上の密閉ピストンを有するハウジングを備え、例えば、リニア磁気モータによって駆動され、周囲の水に圧力波を作り出す。現在の低周波水中音源は、単一モータ、音源に組み込まれる一体型モータ、及び又はモータから分離する軸受けシャーシを有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の音源の問題点の一つは製造することであり、サイズが増大すると音源の部品の製造がより難しくなる。例えば、磁気駆動装置（例えば、モータ）を有する水中の音源は、例えば大きい磁石を作ることに伴う困難さにより、大きい寸法で製造することが困難である。磁気ドライバの別の問題点は、軸方向に多数の磁石及びコイルが重なり、長い（例えば、１６インチの長さ）アクチュエータになり、通常、長いハウジングを必要とすることによって、高力が達成されることがあることである。現在の音源の別の問題点は、分離したモータと軸受けの間に必要とされる整列の複雑さである。現在の音源の別の問題点は、加えた力の単一点から起こる、ピストンに望ましくない高周波数（例えば、２００〜２０００Ｈｚ）の曲げ共振を生じる傾向である。そのような曲げ共振は音源が効率良く使用可能な周波数の範囲を制限することがある。
【０００６】
そのため、より小さいサイズで十分な出力レベルを有する低周波の水中の音源を提供することが望ましい。整列されなければならない分離したモータと軸受けを必要としない低周波の水中の音源を提供することも望ましい。多数の位置に亘って配置されるピストンに力が加えられることを可能とする低周波の水中の音源を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の利点は、例えば、複数のアクチュエータの並列配置により音源のサイズを減少させることができることである。サイズの減少により、重さを減少させることもできる（例えば、２５０〜４００ｋｇ）。通常、浮動することは水中の音源にとって望ましくない。浮動を避けるため、通常、音源の重さは音源の体積より大きい。本発明は音源のサイズをより小さくすることができるため、音源の重さも減少させることができる。
【０００８】
本発明の利点は、例えば、ハウジングのサイズの縮小化、小さい部品（例えば、電気コイル、磁石、及び又は軸受け組立品）の製造の容易さ、及び又は他の音源を製造するために必要な幾つかの特殊機器の排除により、コスト削減を図ることができることである。例えば、小さい磁石（例えば、１インチの厚みで直径３インチ）は製造が容易で、既製品を購入することができる。
【０００９】
本発明の利点は、例えば、試験の容易さ及び又は損傷部品の交換の容易さにより、信頼性を増大させることができる。音源全体を試験したり交換したりする代わりに、それぞれの個々のアクチュエータを試験したり交換したりすることができ、音源全体及び又は音源内の大きな磁気モータを試験したり修理したりことと比べて、迅速及び又は安価に試験したり交換したりすることができる。
【００１０】
本発明の利点は、様々な数の同じアクチュエータを使用して、異なる機能特性（例えば、サイズ、動力出力、周波数）を有する音源を作る能力により柔軟性を得ることができることである。
本発明の利点は、複数の地点に亘って配置されるモータの力により、望まれないピストンの高周波共振を削減できることである。
本発明の利点は、例えば、電気コイルが強磁性ハウジングに対して配置される事実により、アクチュエータの放熱能力を可能にすることである。
【００１１】
本発明の利点は、例えば、電気コイルが強磁性ハウジングに対して配置される事実により、強磁性ハウジングに直接負荷経路を供給できることである。これにより、比較的弱いコイルを損傷することなくコイルから負荷に高力を送ることができる。本発明の利点は、例えば、両端部で支持される軸受けシャフトにより、構造的に強固な配置を提供できることである。
【００１２】
本発明の利点は、かなりの側部負荷（例えば、磁石シャフトと鋼鉄ハウジングの間の磁気引力により引き起こされる側部負荷）を受けながらアクチュエータが機能する能力を得ることができることである。
【００１３】
本発明の利点は、例えば、リニア軸受けと（例えば、外部軸受けを使用することの反対に）磁気シャフト内に配置される軸受けシャフトにより、コンパクトな配置を可能とし、サイズの減少を可能とすることである。
【００１４】
一つの特徴として、本発明は、音源用のリニア磁気アクチュエータを含んでいる。その音源用のリニア磁気アクチュエータは、第一端部と第二端部を有する堅固な強磁性ハウジングと、前記堅固な強磁性ハウジング内に取り付けられる円筒形の電気コイルと、前記円筒形の電気コイルに近接して配置される円筒形の磁石組立品と、を備えている。該円筒形の磁石組立品は、中心縦軸を有する磁石シャフトと、該磁石シャフトの前記中心縦軸の直線上にある中心縦軸を有する円筒形の磁石であって、前記円筒形の電気コイルの内径より小さい外径を有する少なくとも一つの円筒形の磁石と、を備えている。前記リニア磁気アクチュエータは、前記円筒形の磁石組立品内に配置され、前記堅固な強磁性ハウジングに対して静止するように前記堅固な強磁性ハウジングの前記第一端部及び前記堅固な強磁性ハウジングの前記第二端部に取り付けられるリニアシャフトと、前記円筒形の磁石組立品と前記リニアシャフトの間に配置され、前記円筒形の電気コイルに対して前記円筒形の磁石組立品を前記リニアシャフトに沿って移動させるリニア軸受けと、備えている。
【００１５】
ある実施例では、本発明は、前記磁石シャフトの長さが前記堅固な強磁性ハウジングより短い請求項１のリニア磁気アクチュエータを含んでいる。ある実施例では、前記円筒形の磁石組立品は、前記少なくとも一つの円筒形の磁石に近接して配置される少なくとも一つの円筒形状の強磁性体と、前記少なくとも一つの円筒形状の強磁性体に固着され、リニア磁気アクチュエータの前記第一端部又は前記第二端部のいずれかから突出する少なくとも一つのスタンドオフと、を備えている。
【００１６】
ある実施例では、前記円筒形の磁石組立品は、前記円筒形の磁石の第一面に近接して配置される第一の円筒形状の強磁性体と、前記円筒形の磁石の第二面に近接して配置される第二の円筒形状の強磁性体と、前記第二の円筒形の強磁性体に近接して配置される第一面を有する第二の円筒形の磁石と、前記第二の円筒形の磁石の第二面に近接して配置される第三の円筒形状の強磁性体と、を備えている。
【００１７】
ある実施例では、前記円筒形の電気コイルに結合され、該円筒形の電気コイルに振動電流を流す電気リード線を備えている。ある実施例では、前記堅固な強磁性ハウジングは円筒形状を有している。ある実施例では、前記堅固な強磁性ハウジングの直径は３〜５インチの間である。
【００１８】
別の実施例では、本発明は水中の音源を含んでいる。該音源は、第二ピストンに結合される第一ピストンと、前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続される複数のリニア磁気アクチュエータと、を備え、該複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つが作動している時、前記第一ピストン及び前記第二ピストンはお互いの方向及びお互いから離れる方向に振動し、水中で音波を発生させるようになっている。
【００１９】
ある実施例では、前記複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つは電気的に接続されている。ある実施例では、前記第一ピストンと前記第二ピストンは１２〜４０インチの間の直径を有する円筒形状である。ある実施例では、前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続されている。
【００２０】
ある実施例では、前記水中の音源は、２０〜５００Ｈｚの間の共振周波数を備えている。ある実施例では、前記複数のリニア磁気アクチュエータの少なくとも２つは３〜５インチの間の直径を有している。ある実施例では、前記水中の音源は、前記第一ピストンと前記第二ピストンに直接接続される１つ以上のバネを備えている。
【００２１】
別の特徴として、本発明は、水中の音源を含んでいる。該水中の音源は、第二ピストンに結合される第一ピストンと、前記第一ピストンと前記第二ピストンのそれぞれに直接接続される複数のリニア磁気アクチュエータと、を備えてる。該複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは、第一端部と第二端部を有する堅固な強磁性ハウジングと、前記堅固な強磁性ハウジングに対して静止するように前記堅固な強磁性ハウジング内に取り付けられる円筒形の電気コイルと、前記円筒形の電気コイルに近接して配置される円筒形の磁石組立品と、を備えている。該円筒形の磁石組立品は、中心縦軸を有する磁石シャフトと、該磁石シャフトの前記中心縦軸の直線上にある中心縦軸を有する円筒形の磁石であって、前記円筒形の電気コイルの内径より小さい外径を有する少なくとも一つの円筒形の磁石と、を備えている。また、前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれは、前記円筒形の磁石組立品内に配置され、静止するように前記堅固な強磁性ハウジングの前記第一端部及び前記堅固な強磁性ハウジングの前記第二端部に取り付けられるリニアシャフトと、  前記円筒形の磁石組立品と前記リニアシャフトの間に配置され、前記円筒形の電気コイルに対して前記円筒形の磁石組立品を前記リニアシャフトに沿って移動させるリニア軸受けと、備え、前記複数のリニア磁気アクチュエータのそれぞれが作動し、前記第一ピストン及び前記第二ピストンはお互いの方向及びお互いから離れる方向に振動し、水中で音波を発生させる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
開示の実施例の非限定的な例が以下に列挙されてここに添付された図を参照しつつ説明される。図示された特徴の寸法は便宜及び記載の明確さのため選択されており、必ずしも一定の比率で示されてはいない。
【００２３】
本発明とみなされる主題は、特に、明細書の最後の部分で指摘されると共に明確にクレームされている。しかしながら、本発明は、目的、特徴及びその利点と共に、構成と動作方法の両方が添付の図面と一緒に読む時、以下の詳細な説明を参照して理解されることができる。本発明の実施例は、例示により示されており、参照符号が対応する相似又は類似の要素を示す添付した図面に限定されるものではない。
【００２４】
【図１】本発明の一実施例による、低周波の水中の音源の例を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例による、一つのピストンが取り除かれた低周波の水中の音源を示す三次元図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施例による、図２Ｂの低周波の水中の音源の断面を示す三次元図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施例による、図２Ｃの低周波の水中の音源の断面を示す二次元図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例による、一つのピストンが取り除かれた低周波の水中の音源を示す三次元図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例による、図３Ａの低周波の水中の音源の断面を示す三次元図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例による、図３Ａの低周波の水中の音源の断面を示す二次元図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による、水中の音源用のリニア磁気アクチュエータを示す三次元図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例による、図４Ａのリニア磁気アクチュエータの断面を示す三次元図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施例による、図４Ｂのリニア磁気アクチュエータの断面を示す二次元図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明の一実施例による、低周波（例えば、２０〜５００Ｈｚの共振）の水中の音源の例を示す図である。水中の音源１００は２つのピストン１１５ａ及び１１５ｂに結合されるハウジング１１０を有している。
【００２６】
ハウジング１１０は２つの電気入力部１２０ａ及び１２０ｂを有している。電気入力部１２０ａ及び１２０ｂは水中の音源１００に出力を加えることを可能にする。電気入力部１２０ａ及び１２０ｂは挿入される各水中の電気コネクタ１３０ａ及び１３０ｂを有することができる。電気コネクタ１３０ａ及び１３０ｂは電源(図示せず)に結合可能である。電源は電流源とすることができる。電源により供給される電流は、所望な水中の電源出力、電源のための所望な範囲に依存することができる。例えば、９５ｄＢの所望な水中の電源出力のため、電流源は５０アンペア実効値（amps RMS）の電流まで供給することができる。各種実施例では、電流源は７０アンペア実効値（amps RMS）の直流電流まで供給することができる。
【００２７】
ある実施例では、１つだけの電気入力部を有している。各種実施例では、ｎ個の電気入力部を有しており、ｎは整数値である。ある実施例では、電気入力部１２０ａ及び１２０ｂはピストン１１５ａ及び又はピストン１１５ｂに配置されている。
【００２８】
ハウジング１１０と２つのピストン１１５ａ及び１１５ｂは円筒形状を形成している。ある実施例では、ハウジング１１０と２つのピストン１１５ａ及び１１５ｂは立方体を形成している。ある実施例では、ハウジング１１０と２つのピストン１１５ａ及び１１５ｂは楕円形を形成している。各種実施例では、ハウジング１１０及び又は２つのピストン１１５ａ及び１１５ｂはアルミニウム、ステンレス鋼、鋼及びチタンである。
【００２９】
図２Ａは端部が取り除かれた低周波の水中の音源２００を示す三次元図、図２Ｂは図２Ａの低周波の水中の音源２００の断面を示す三次元図、図２Ｃは本発明の一例による図２Ａの低周波の水中の音源２００の断面を示す二次元図である。図２Ａ，２Ｂ及び２Ｃを参照すると、低周波の音源２００は、第一ピストン２０５、第二ピストン２１０、第一柔軟シール２１５、第二柔軟シール２２０、複数のアクチュエータ２２５、ハウジング２３０、及び電気コネクタ２３５を有している。
【００３０】
第一ピストン２０５は第一柔軟シール２１５を介してはハウジング２３０に結合可能である。第二ピストン２１０は第二柔軟シール２２０を介してハウジング２３０に結合可能である。第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０は円筒形状を形成するようにハウジング２３０に結合可能である。
第一ピストン２０５及び又は第二ピストン２１０は複数のアクチュエータ２２５のアクチュエータの数に依存する直径Ｄｐを有することができる。
【００３１】
第一ピストン２０５及び又は第二ピストン２１０は３２インチの直径Ｄｐを有することができる。各種実施例では、第一ピストン２０５及び又は第二ピストン２１０は８〜４０インチの間の直径を有している。第一柔軟シール２１５及び又は第二柔軟シール２２０は音源２００の周囲に沿う１．６インチ幅の幅Ｗｆｓを有することができる。各種実施例では、第一柔軟シール２１５及び又は第二柔軟シール２２０は音源２００の周囲に沿う０．４〜３インチの間の幅Ｗｆｓを有することができる。
【００３２】
ハウジング２３０は複数のアクチュエータ２２５の高さに依存する高さＨｈを有することができる。各種実施例では、ハウジング２３０は３〜１０インチの間の高さＨｈを有している。
【００３３】
ある実施例では、音源２００は３８インチの直径Ｄａｓと７．３インチの高さＨａｓを有している。各種実施例では、音源２００は８〜４６インチの間の直径Ｄａｓ及び又は４〜１３インチの高さＨａｓを有している。ある実施例では、音源２００の直径Ｄａｓは複数のアクチュエータ２２５に依存する。各種実施例では、音源２００の高さＨａｓは複数のアクチュエータ２２５の高さに依存する。
【００３４】
第一ピストン２０５、第二ピストン２１０及び又はハウジング２２０は、アルミニウム、ステンレス鋼、鋼及び又はチタンとすることができる。第一柔軟シール２１５及び第二柔軟シール２２０は、ゴム、ステンレス鋼、チタン及び又はアルミニウムとすることができる。各種実施例では、第一ピストン２０５、第二ピストン２１０、ハウジング２２０、第一柔軟シール及び又は第二柔軟シール２２０は、当分野で公知なように、それぞれ水中の浸水及び又はシーリングに適している材料である。
【００３５】
複数のアクチュエータ２２はｎ個のアクチュエータを含んでおり、ｎは整数値である。ある実施例では、１つだけのアクチュエータがある。ある実施例では、複数のアクチュエータ２２５の数は音源のサイズに依存する。例えば、複数のアクチュエータ２２５の数は音源２００内に物理的に適合する最大数とすることができる。ある実施例では、複数のアクチュエータ２２５の数は３〜３０の間である。
【００３６】
複数のアクチュエータ２２５は、例えば、図４Ａ，４Ｂ及び４Ｃに関連して以下にさらに詳細に記載されるように、それぞれ、第一端部と第二端部を有することができる。複数のアクチュエータ２２５のそれぞれの第一端部は１つ以上のネジにより第一ピストン２０５に接続可能である。複数のアクチュエータ２２５のそれぞれの第二端部は１つ以上のネジ（図示せず）により第二ピストン２１０に接続可能である。各種実施例では、複数のアクチュエータは、ボルト、ピン、接着結合部、及び又は当分野で公知な他の締結手段により、第一ピストン２０５及び又は第二ピストン２１０に接続可能である。
【００３７】
複数のアクチュエータ２２５は、４Ａ，４Ｂ及び４Ｃで後述されるように、リニア磁気アクチュエータとすることができる。各種実施例では、複数のアクチュエータ２２５は、分野で公知なように、リニア磁気アクチュエータである。
【００３８】
動作の間、音源２００は電気コネクタ２３５を介して源（図示せず）からの出力（例えば、電流）を受け取る。電気コネクタ２３５は１組の各電線２７０を介して複数のアクチュエータ２２５のそれぞれに受け取った電流を供給する。複数のアクチュエータ２２５は、直列接続、部分的な直列接続、及び又は複数のアクチュエータ２２５のすべて又は一部分に電流を供給することのできる接続とすることができる。
【００３９】
電流を受け取ると、複数のアクチュエータ２２５のそれぞれは、第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０をお互いの方向に及びお互いから離れる方向に移動させるように動作する（ある周波数で振動、特定の周波数で振動、及び又は複雑な波形により振動する）。第一柔軟シール２１５及び第二柔軟シール２２０は第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０を移動させることができる。
【００４０】
第一柔軟シール２１５及び第二柔軟シール２２０は第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０にスプリング力を供給することができる。そのスプリング力により、第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０を該ピストン２０５及び２１０の振動経路の中心点に集めることができる。前記スプリング力は音源２００の所望な共振周波数に依存することができる。ある実施例では、第一柔軟シール２１５及び又は第二柔軟シール２２０は音源２００の所望な共振周波数に基づく幅Ｗｆｓを有している。例えば、１．６インチ幅のチタンヒンジを使用し、３０Ｈｚの共振周波数を供給することができる。
【００４１】
ある実施例では、音源２００はスプリング力を供給する１つ以上のスプリングを有している。１つ以上のスプリングを有する各種実施例では、第一柔軟シール２１５及び又は第二柔軟シール２２０が音源２００に含まれていても良い。１つ以上のスプリングを有する各種実施例では、第一柔軟シール２１５及び又は第二柔軟シール２２０が音源に含まれていない。例えば、音源の実施例は図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃに示されているようなものである。
【００４２】
図３Ａは、本発明の一実施例による、１つのピストンを取り外した低周波の水中の音源３００示す三次元図であり、図３Ｂは、本発明の一実施例による、図３Ａの低周波の水中の音源の断面を示す三次元図であり、図３Ｃは、本発明の一実施例による、図３Ａの低周波の水中の音源の断面を示す二次元図である。
【００４３】
図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃを一緒に参照すると、低周波の音源３００は、第一ピストン３０５、第二ピストン３１０、複数のスプリング（例えば、コイル）３１５、複数のアクチュエータ３２０、柔軟シール３３５、及び電気コネクタ３３７を備えている。
【００４４】
第一ピストン３０５は複数のアクチュエータ３２０及び複数のコイル３１５に結合可能である。第二ピストン３１０は複数のアクチュエータ３２０及び複数のコイル３１５に結合可能である。第一ピストン３０５は柔軟シール３３５を介して第二ピストン３１０に結合可能である。第一ピストン３０５は円筒形状を形成するように第二ピストン３１０に結合可能である。
【００４５】
第一ピストン３０５は高さＨFPを有し、及び又は第二ピストン３１０は複数のアクチュエータ３２０の高さに依存する高さＨＳＰを有することができる。第一ピストン３０５は第二ピストン３１０の高さＨＳＰに等しい（又は実質的に等しい）高さＨFPを有することができる。各種実施例では、第一ピストン３０５及び又は第二ピストン３１０は、それぞれ、１．５〜４インチの間の高さＨFP及びＨＳＰを有している。
【００４６】
第一ピストン３０５と第二ピストン３１０の間の距離ｄは、柔軟なヒンジ３４０のサイズ、第一ピストン３０５と第二ピストン３１０の間の振動ための動作の所望な範囲、第一ピストン３０５及び第二ピストン３１０のそれぞれの高さＨFP及びＨＳＰ、複数のアクチュエータ３２０の高さ及び又は複数のコイル３１５の高さに基づくことができる。ある実施例では、複数のアクチュエータ３２０の高さ及び複数のコイル３１５の高さは等しい（又は実質的に等しい）。
【００４７】
第一ハウジング３２５と第二ハウジング３３０の距離ｄは、第一柔軟ヒンジ３４０のサイズ、第二柔軟ヒンジ３４５のサイズ、第一ピストン３０５と第二ピストン３１０の間の振動のための動作の所望な範囲、第一ハウジング３２５及び第二ハウジング３３０のそれぞれの高さＨFP及びＨＳＰ、複数のアクチュエータ３２０の高さ及び又は複数のコイル３１５の高さに基づくことができる。ある実施例では、複数のアクチュエータ３２０の高さ及び複数のコイル３１５の高さは等しい（又は実質的に等しい）。
音源３００、第一ピストン３０５及び又は第二ピストン３２０は図２Ａ，２Ｂ及び２Ｃに関連して上述したような寸法及び又は材料を有することができる。
【００４８】
第一柔軟シール３３５は当分野で公知なゴム及び又はエラストマーとすることができる。複数のコイル３１５は、スプリング鋼及び又は当分野で公知な弾性及び硬さを有する金属とすることができる。
【００４９】
複数のアクチュエータ３２０は、例えば、図４Ａ，４Ｂ及び４Ｃに関連して以下に詳細に委細するように、第一端部及び第二端部をそれぞれ有することができる。複数のアクチュエータ３２０のそれぞれの第一端部は、各ネジ３５０（及び又は複数のネジ、ボルト、ピン、接着接合部、又は他の機械的締結手段）を介して第一ピストン３０５に接続可能である。複数のアクチュエータ３２０のそれぞれの第二端部は各ボルト３６０（又は複数のボルト、ネジ、ピン、接着接合部、又は他の機械的締結手段）を介して第二ピストン３１０に接続可能である。
【００５０】
複数のコイル３１５は第一端部と第二端部をそれぞれ有することができる。複数のコイル３１５のそれぞれの第一端部は、ネジ、ボルト、ピン、接着接合部及び又は他の機械的締結手段を介して第一ピストン３０５に接続可能である。複数のコイル３１５のそれぞれの第二端部は、ネジ、ボルト、ピン、接着接合部及び他の機械的締結手段を介して第二ピストン３１０に接続可能である。
【００５１】
動作の間、音源３００は電気コネクタ３３７を介して電源（図示せず）からの出力（例えば、電流）を受け取る。電気コネクタ３３７は、複数のアクチュエータ３２０のそれぞれの間の直列接続、複数のアクチュエータのそれぞれの間の部分的な直列接続、及び又は複数のアクチュエータ３２０のすべて又は一部分に電流を供給することのできる接続を介して、複数のアクチュエータ３２０のそれぞれに受け取った電流を供給する。
【００５２】
電流を受け取ると、複数のアクチュエータ３２０のそれぞれは、第一ピストン３０５及び第二ピストン３１０をお互いの方向に及びお互いから離れる方向に移動させるように動作する（ある周波数で振動、特定の周波数で振動、及び又は複雑な波形により振動する）。第一柔軟シールヒンジ３４０及び第二柔軟シールヒンジ３４５は第一ピストン２０５及び第二ピストン２１０を移動させることができる。
【００５３】
複数のコイル３１５は第一ピストン３０５及び第二ピストン３１０にスプリング力を供給することができる。そのスプリング力により、第一ピストン３０５及び第二ピストン３１０を振動経路の中心点に集めることができる。前記複数のコイル３１５は、音源３００が水中に入れられた時に水によってピストン３０５及び３１０に働く力がスプリング力で打ち消されるようにバイアスが掛けられている。この方法では、音源３００は内部圧力を補正する部品を有することなく、水中の圧力を補正することができる。ある実施例では、複数のコイル３１５は音源３００の所望な共振周波数に基づくスプリング力を有している。例えば、複数のコイル３１５はバネ定数の集計が１０，５００ｌｂ／ｉｎを有しており、３０Ｈｚの共振周波数を達成することができる。
【００５４】
音源２００及び３００は２０〜５００Ｈｚの間の振動周波数を有する音波を作り出すことができる。各種実施例では、音源２００及び又は３００の第一ピストン及び又は第二ピストンはそこに発生した熱を放散する。
【００５５】
図４Ａは、本発明の一実施例による、水中の音源（例えば、上述したような図２Ａの音源）用のリニア磁気アクチュエータ４００を示す三次元図であり、図４Ｂは、本発明の一実施例による、図４Ａのリニア磁気アクチュエータ４００の断面を示す三次元図であり、
図４Ｃは、本発明の一実施例による、図４Ａのリニア磁気アクチュエータ４００の断面を示す二次元図である。
【００５６】
リニア磁気アクチュエータ４００は、堅固な強磁性ハウジング４０５、円筒形の電気コイル４１０、円筒形の磁石組立品４２０、リニアシャフト４３０、リニア軸受け４４０、複数の強磁性返し部（returns）４５０、複数のスタンドオフ（standoffs）４６０及び電線４７０を有している。
【００５７】
堅固な強磁性ハウジング４０５は第一端部４０７及び第二端部４０９を有している。堅固な強磁性ハウジング４０５は円筒形状とすることができる。堅固な強磁性ハウジング４０５は３〜５インチの間の直径Ｄｆを有することができる。堅固な強磁性ハウジング４０５は２．５〜８インチの間の長さＬｆを有することができる。堅固な強磁性ハウジング４０５は４．３インチの直径ｄと３．９インチの長さＬｆを有することができる。堅固な強磁性ハウジング４０５は１０１８鋼とすることができる。各種実施例では、堅固な強磁性ハウジング４０５は、鉄、鋼、珪素鋼、積層鋼（例えば、珪素）及びニッケル合金である。
【００５８】
リニアシャフト４３０はネジ４３２を介して堅固な強磁性ハウジング４０５の第一端部４０７及び第二端部４０９に接続されている。ある実施例では、リニアシャフト４３０は、接着、圧着、ピン及び又は圧入により堅固な強磁性ハウジング４０５に接続されている。リニアシャフト４３０は縦軸４９０（例えば、中心縦軸）に集中可能である。中心縦軸４９０はリニアシャフト４３０の中心軸に沿って縦方向に延出することができる。リニアシャフト４３０は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、又はその組み合わせとすることができる。リニアシャフト４３０は使用される軸受けのタイプ及び強磁性ハウジングの長さに依存する直径を有することができる。ある実施例では、リニアシャフトは０．５インチの直径を有している。ある実施例では、リニアシャフトは０．３〜０．７５インチの直径を有している。リニアシャフト４３０は強磁性ハウジング４０５の長さに依存する長さを有することができる。
【００５９】
リニア軸受け４４０はリニアシャフト４３０に近接して配置されている。リニア軸受け４４０は縦軸４９０の周りに集められている。リニア軸受け４４０は、プラスチック製スリーブ軸受け、銅合金製スリーブ軸受け、又は再循環ボール軸受けとすることができる。
【００６０】
円筒形の電気コイル４１０は堅固な強磁性ハウジング４０５に結合されている。ある実施例では、円筒形の電気コイル４１０は、接着混合物により堅固な強磁性ハウジング４０５に取り付けられている。円筒形の電気コイル４１０は堅固な強磁性ハウジング４０５の直径ｄｆに依存する直径ｄｃを有することができる。円筒形の電気コイル４１０は３．２インチの内径を有することができる。各種実施例では、円筒形の電気コイル４１０は銅及び又はアルミニウムワイヤ製とすることができる。
【００６１】
円筒形の磁石組立品４２０は円筒形の電気コイル４１０に近接して配置されている。円筒形の磁石組立品４２０は、シャフト４２２（例えば、磁石シャフト）、第一の円筒形の磁石４２３ａ、第二の円筒形の磁石４２３ｂ、第一の円筒形の強磁性体４２７ａ、第二の円筒形の強磁性体４２７ｂ、及び第三の円筒形の強磁性体４２７ｃを有している。円筒形の磁石組立品４２０は、要求される力の出力及び又はモータの直径に依存する直径ｄｍａを有することができる。円筒形の磁石組立品４２０はリニア磁石アクチュエータ４００のための所望な走行距離に依存する長さＬｍａを有することができる。円筒形の磁石組立品４２０は、３インチの外径ｄｍａ及び３．２５インチの長さＬｍａを有することができる。
【００６２】
第一の円筒形の強磁性体４２７ａは第一の円筒形の磁石４２３ａの第一面４２４ａに近接して配置されている。第二の円筒形の強磁性体４２７ｂは第一の円筒形の磁石４２３ａの第二面４２４ｂに近接して配置されている。第二の円筒形の強磁性体４２７ｂは第二の円筒形の磁石４２３ｂの第一面４２８ａで第二の円筒形の強磁性体４２７ｂに近接して配置されている。第三の強磁性体４２７ｃは第二の円筒形の磁石４２３ｂの第二面４２８ｂに近接して配置されている。
【００６３】
磁石シャフト４２２はリニアシャフト４３０の中心縦軸４９０の直線上にある縦軸と同心に設けられている。磁石シャフト４２２は強磁性ハウジング４０５の長さより短い長さを有することができる。磁石シャフト４２２の長さと強磁性ハウジング４０５の長さの間の差はリニア磁気アクチュエータ４００の所望な最大直線走行距離に依存する。所望な最大直線走行距離はリニア磁気アクチュエータ４００のための用途に依存する（例えば、２０Ｈｚのような低共振の音源用のアクチュエータは２００Ｈｚのような高共振の音源用のアクチュエータより数倍の移動を必要とする）。各種実施例では、磁石シャフト４２２の長さと強磁性体ハウジング４０５の長さの間の割合は、０．７５と０．８７の間である。
【００６４】
第一の円筒形の磁石４２３ａ、第二の円筒形の磁石４２３ｂ、第一の円筒形の強磁性体４２７ａ、第二の円筒形の強磁性体４２７ｂ及び又は第三の円筒形の強磁性体４２７ｃは、中心縦軸４９０の直線上にある縦軸の周りに集中している。
【００６５】
第一の円筒形の磁石４２３ａは３インチの外径を有することができる。第二の円筒形の磁石４２３ｂは３インチの外径を有することができる。第一の円筒形の磁石４２３ａ及び第二の円筒形の磁石４２３ｂは等しい（又は実質的に等しい）内径及び又は外径を有することができる。第一の円筒形の磁石４２３ａ及び第二の円筒形の磁石４２３ｂは異なる内径及び又は外径を有することができる。第一の円筒形の磁石４２３ａ及び第二の円筒形の磁石４２３ｂはお互いに対向する類似する極（例えば、それぞれ、南に対向する南又は北に対向する北）で軸方向に進められる。第一の円筒形の磁石４２３ａ及び又は第二の円筒形の磁石４２３ｂはネオジム合金とすることができる。
【００６６】
第一の円筒形の強磁性体４２７ａ、第二の円筒形の強磁性体４２７ｂ及び又は第三の円筒形の強磁性体４２７ｃは１０１８鋼とすることができる。各種実施例では、第一の円筒形の強磁性体４２７ａ、第二の円筒形の強磁性体４２７ｂ及び又は第三の円筒形の強磁性体４２７ｃは、鉄、鋼、珪素鋼、積層鋼（例えば、珪素）及び又はニッケル合金である。
【００６７】
第一の円筒形の強磁性体４２７ａ及び第三の円筒形の強磁性体は第二の円筒形の強磁性体４２７ｂの直径より大きい直径を有することができる（例えば、第一及び第三の円筒形の強磁性体４２７ａ及び４２７ｃは３．４８インチの直径を有し、第二の円筒形の強磁性体４２７ｂは３．０９インチの直径を有することができる）。第二の円筒形の強磁性体４２７ｂは第一の円筒形の磁石４２３ａ及び又は第二の円筒形の磁石４２３ｂに等しい（又は実質的に等しい）直径を有することができる。
【００６８】
ある実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、第一の円筒形の磁石４２３ａだけを有している。ある実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、第一の円筒形の磁石４２３ａと第二の円筒形の磁石４２３ｂだけを有している。ある実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、第一の円筒形の強磁性体４２７ａだけを有している。ある実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、第一の円筒形の強磁性体４２７ａと第二の円筒形の強磁性体４２７ｂだけを有している。各種実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、ｎ個の円筒形の強磁性体を含んでおり、ｎは整数値である。ある実施例では、円筒形の磁石組立品４２０は、ｎ個の円筒形の磁石を含んでおり、ｎは整数値である。
【００６９】
円筒形の磁石組立品４２０は、第三の円筒形の強磁性体４２７に接続され、強磁性ハウジング４０５の第二端部４０７の各孔を通って延びる複数のスタンドオフ４６０を含むことができる。当業者にとって明らかなように、多少の強磁性体及び又は磁石がある実施例では、複数のスタンドオフは利用可能な部品を介して円筒形の磁石組立体に結合される。ある実施例では、複数のスタンドオフにｎ個のスタンドオフがあり、ｎは整数値である。
【００７０】
強磁性体ハウジング４０５は、円筒形の電気コイル４１０に接続され、強磁性体ハウジング４０５を出る１つ以上の電線４７０のための開口４６５を有することができる。
【００７１】
各種実施例では、堅固な強磁性ハウジング４０５は正方形状又は長方形状である。これらの実施例では、磁石、コイル、及び強磁性体は、それぞれ、正方形状又は長方形状である。
【００７２】
動作の間、第一の円筒形の磁石４２３ａ及び第二の円筒形の磁石４２３ｂは磁界（例えば、１〜２テスラの間）を発生することができる。磁界は、それぞれ、第一、第二及び第三の強磁性体４２７ａ，４２７ｂ及び４２７ｃによってループ状に形成される。磁界は、電気コイル４１０を通過することもできる。電流（例えば、直流電流）は、（例えば、電線４７０を介して）電気コイル４１０に加えられる。電流は０〜７０アンペア実効値（amps RMS）の直流電流とすることができる。電気コイル４１０に電流を加えることで、例えば、電気コイル４１０を通過する電流と第一及び第二の円筒形の磁石４２３ａ及び４２３ｂにより発生する磁界の直角の相互作用によって、力を発生させることができる。その力により、強磁性体ハウジング４０５と第一及び第二の円筒形の磁石４２３ａ及び４２３ｂに取り付けられる電気コイル４１０（及び従って円筒形の磁石組立品４２０）を、それぞれ、リニア軸受け４４０を介して軸４９０に沿ってお互いに対して軸方向に動かさせる（例えば、移動させる）ことができる。その移動方向は、強磁性体ハウジング４０５の第一端部４０７の方向に配置させ、或いは強磁性体ハウジング４５０の第二端部４０９の方向に配置させることができる。その力の方向は、所定時間で直流電流の方向に依存することができる。この方法では、直流電流は円筒形の磁石組立体４２０を軸方向４９０に沿って強磁性体４０５に対して前後に移動させるように加えられることができる。
【００７３】
リニア磁気アクチュエータ４００は、それぞれ、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、及び図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃに関連して上述されたように、音源２００及び又は音源３００で使用可能である。例えば、両方の音源２００及び３００において、複数のアクチュエータはそれぞれリニア磁気アクチュエータ４００とすることができる。強磁性体ハウジングのそれぞれの第一端部は第一ピストンに結合可能であり、各リニア磁気アクチュエータのための複数のスタンドオフは第二ピストンに結合可能である。複数のアクチュエータのそれぞれは同じ直流電流を受け取り、複数のアクチュエータのそれぞれは同時に（或いは実質的に同時に）同じ方向に移動するようになっている。それぞれの円筒形の磁石組立品を有する複数のアクチュエータのそれぞれが移動する時、第一ピストン及び第二ピストンは円筒形の磁石組立品が振動すると同じ周波数で動く。この方法では、複数のアクチュエータは、それ自身の軸受け構造を有する音源なしに音源を振動させることができる。ある実施例では、音源内に軸受け構造がないことにより、音源の構造の簡素化、音源の重量の軽減化、及び又は音源全体を交換することなく欠陥のある音源を容易に交換する能力を実現することができる。
【００７４】
ある実施例では、所望な数のアクチュエータに従ってアクチュエータは、音源に追加及び又は音源から削除することができる。
【００７５】
当業者は、発明が精神又はその本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形で具現化されても良いことを理解するだろう。そのため、上述した実施例はここに記載された本発明の限定よりむしろ例示としてすべての点について考慮されるべきである。従って、本発明の範囲は、上述した記載よりむしろ添付された特許請求の範囲により表され、特許請求の範囲の意味及び同等の範囲内にあるすべての変形はここに包含されるものと意図される。
【００７６】
上述した詳細な説明において、多数の特別な詳細は本発明を理解するために示されている。しかし、これらの特別な詳細なしに本発明が実施されることは当業者によって理解されるだろう。他の例では、本発明を不明瞭にしないため、周知な方法、手順、及び部品、態様、ユニット及び又は回路は詳細に説明しない。一実施例に関連して説明された幾つかの特徴又は要素は他の実施例に関連して説明された特徴又は要素と組み合わせ可能である。
【００７７】
本発明の実施例はこの点において限定されないが、ここで使用される「複数（plurality）」及び「複数（a plurality）」という用語は、例えば、「複数（multiple）」又は「２つ以上」を含むことができる。「複数（plurality）」又は「複数（a plurality）」という用語は、明細書と通して、２つ以上の部品、装置、要素、ユニット、パラメータ等を説明するものとして使用することができる。ここに使用される時の用語は１つ以上の項目を含むことができる。明確に述べられていない場合、ここに説明される方法の実施例は特定の順序又は流れに制限されるものではない。さらに、説明された方法の実施例又はその要素の幾つかはある時に同一点で或いは同時に発生したり或いは実行可能である。
【図１】
2021523000.tif 000003
【図２Ａ】
2021523000.tif 000004
【図２Ｂ】
2021523000.tif 000005
【図２Ｃ】
2021523000.tif 000006
【図３Ａ】
2021523000.tif 000007
【図３Ｂ】
2021523000.tif 000008
【図３Ｃ】
2021523000.tif 000009
【図４Ａ】
2021523000.tif 000010
【図４Ｂ】
2021523000.tif 000011
【図４Ｃ】
2021523000.tif 000012
【国際調査報告】
2021523000.tif 000013
2021523000.tif 000014