单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器制造技术

本发明专利技术公开了一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，包括：定子装置和转子装置。定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，换能线圈缠绕在线圈载体上，导磁体外套在换能线圈上。转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，转子轴的一部分伸进线圈载体内，换能材料堆设在转子轴上，后匹配块装配在换能材料堆的轴向一侧，换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，换能材料堆的轴向两端均为永磁体。其中，换能线圈包在导磁体内，换能材料堆包在换能线圈内，转子装置与线圈载体、导磁体均间隔开，转子装置相对定子装置可转动。本发明专利技术可以简化结构，提高系统的连续使用时间、稳定性和可靠性。

Single circuit rotating giant magnetostrictive ultrasonic transducer

【技术实现步骤摘要】
单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器
本专利技术涉及超声加工装备领域，尤其是涉及一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器。
技术介绍
旋转超声加工因为在正常旋转加工的基础上增加了一个高频率的振动，与一般旋转加工相比，在加工过程中具有切削力小，切削热低，加工表面质量高等优势。旋转超声加工需要传输电能并由超声换能器将电能转化为高频率振动，而旋转的系统中无法使用导线，因此，一般的超声换能器多使用非接触电能传输装置。非接触传输电能使用一组由导线与超声电源连接的原边，和一组随主轴旋转的副边，利用电磁感应传递电能，如CN105397920A使用的超声振动刀柄中，换能线圈、超磁致伸缩材料件设于转子装置上，需要设有副边部件和原边部件组成非接触电能传输系统以传输电能至换能线圈。又如CN108704830B使用的超声换能器中，导磁体、第二导磁体、振动体、线圈组件和枢纽件均为同轴结构，需要共同转动，所述线圈组件也需要通过非接触电能传输才能接收电能。再如CN107931079A也使用非接触电能传输方式。然而，非接触电能传输存在以下问题：其一，电能在非接触传输中存在损耗，且损耗的电能会变为热能使得原边和副边电路发热；其二，无法直接监测、控制对换能材料作用的换能线圈，只能通过控制原边电路调整副边电路，存在滞后性等；其三，在非接触电能传输过程中，由于副边的旋转，原副边之间的间隙值可能随主轴晃动而改变，电能传输比不稳定，进而影响超磁致伸缩超声换能器的振动稳定性。因此，超声换能器存在较大的改进空间，以改善非接触电能传输中所带来的一系列问题。<br>
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，以简化超声换能器的结构，无需非接触电能传输装置，提高系统的连续使用时间，提高超磁致伸缩超声换能器的稳定性和可靠性。根据本专利技术实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，包括：定子装置，所述定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，所述线圈载体为两端敞开的中空件，所述换能线圈缠绕在所述线圈载体上，所述换能线圈构造成在通电时产生交变磁场，所述导磁体外套在所述换能线圈上；转子装置，所述转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，所述转子轴的一部分伸进所述线圈载体内，所述换能材料堆设在所述转子轴上，所述后匹配块装配在所述换能材料堆的轴向一侧以使所述换能材料堆的轴向两端被夹紧，所述换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，所述换能材料堆的轴向两端均为所述永磁体；其中，所述换能线圈包在所述导磁体内，所述换能材料堆包在所述换能线圈内，所述转子装置与所述线圈载体、所述导磁体均间隔开，所述转子装置相对所述定子装置可转动，所述超磁致伸缩材料件在交变磁场中产生伸缩运动以使所述转子装置在转动的同时振动。根据本专利技术实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，通过利用换能线圈产生本身与超磁致伸缩材料不接触的特性，使用磁场为定子装置和转子装置进行能量交换，取消了原副边电路和非接触电能传输，而将换能线圈作为固定端，产生磁场作用于旋转的超磁致伸缩材料件，具有电路简单，电能传输稳定，发热小，可直接检测、控制换能线圈电路，加工成本低，便于装卸等优势，从而有利于简化超声换能器的结构，提高系统的连续使用时间，提高超磁致伸缩超声换能器的稳定性和可靠性。在一些实施例中，所述导磁体包括：第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体外套在所述换能线圈上，所述第二导磁体为片状且连接在所述第一导磁体的轴向两端，所述第二导磁体覆盖在所述换能线圈的轴向两端上。具体地，所述换能线圈和所述线圈载体整体为圆管体，所述第一导磁体为圆筒状且外套在所述圆管体上，所述第二导磁体为圆环片，所述第一导磁体的内径与所述圆管体的外径相等，所述第二导磁体的外径与所述第一导磁体的外径相等，所述第二导磁体的内径与所述圆管体的内径相等，所述第一导磁体上设有穿孔，所述换能线圈的导线穿过所述穿孔后接电。在一些实施例中，所述转子轴内设有第一轴腔，所述换能材料堆和所述后匹配块设在所述第一轴腔内。具体地，所述转子轴内设有第二轴腔，所述第二轴腔在远离所述第一轴腔的一侧敞开，所述第一轴腔和所述第二轴腔之间的隔板上设有连通孔，所述转子装置还包括第一螺钉，所述第一螺钉装配在所述连通孔处且止抵在所述后匹配块上，通过所述第一螺钉在所述连接孔上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。在一些实施例中，所述第一轴腔的远离所述后匹配块的一端敞开，所述转子装置还包括：输出盖，所述输出盖连接在所述转子轴的对应所述第一轴腔敞开的一端上，所述输出盖的一部分形成止抵在所述换能材料堆上的抵块，以夹紧所述换能材料堆。具体地，所述转子轴和所述输出盖的其中一个上设有第一圆台，所述转子轴和所述输出盖的另一个上设有第二圆台，所述第一圆台外套在所述第二圆台上，所述第一圆台与所述第二圆台之间为过盈配合连接。在一些实施例中，所述超磁致伸缩材料件和所述永磁体均为环形且外套在所述转子轴上，所述后匹配块为环形且外套在所述转子轴上。具体地，所述转子轴的外周上设有轴台，所述轴台环绕所述转子轴的轴线设置，所述换能材料堆的轴向一端止抵在所述轴台上，所述后匹配块螺纹连接在所述转子轴上，所述后匹配块止抵在所述换能材料堆的轴向另一端上，通过所述后匹配块在所述转子轴上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。进一步地，所述轴台的一侧设有环槽，所述换能材料堆的一部分卡入所述环槽内。在一些实施例中，单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器还包括：刀柄和壳体部，所述刀柄适于连接在机床的主轴上，所述壳体部外套在所述刀柄上，所述壳体部构造成随所述主轴移动但不随所述主轴转动；其中，所述定子装置连接固定在所述壳体部上，所述转子装置连接固定在所述刀柄上。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器的立体图(换能器整体沿轴线进行了剖开以展示内部装配关系)；图2为本专利技术一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括主轴外壳、连接壳和定子装置)；图3为本专利技术一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括刀柄和转子装置)；图4为本专利技术另一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括刀柄和转子装置)；图5为本专利技术一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的立体图(其中，定子壳体和连接壳上设有用于露出第三螺钉的方槽)。附图标记：单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100、壳体部1、主轴外壳12、连接壳13、第四螺钉14、定子壳体15、第五螺钉16、定子装置2、换能线圈22、线圈载体23、第一导磁体24、第二导磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，包括：/n定子装置，所述定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，所述线圈载体为两端敞开的中空件，所述换能线圈缠绕在所述线圈载体上，所述换能线圈构造成在通电时产生交变磁场，所述导磁体外套在所述换能线圈上；/n转子装置，所述转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，所述转子轴的一部分伸进所述线圈载体内，所述换能材料堆设在所述转子轴上，所述后匹配块装配在所述换能材料堆的轴向一侧以使所述换能材料堆的轴向两端被夹紧，所述换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，所述换能材料堆的轴向两端均为所述永磁体；其中，/n所述换能线圈包在所述导磁体内，所述换能材料堆包在所述换能线圈内，所述转子装置与所述线圈载体、所述导磁体均间隔开，所述转子装置相对所述定子装置可转动，所述超磁致伸缩材料件在交变磁场中产生伸缩运动以使所述转子装置在转动的同时振动。/n

【技术特征摘要】
1.一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，包括：
定子装置，所述定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，所述线圈载体为两端敞开的中空件，所述换能线圈缠绕在所述线圈载体上，所述换能线圈构造成在通电时产生交变磁场，所述导磁体外套在所述换能线圈上；
转子装置，所述转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，所述转子轴的一部分伸进所述线圈载体内，所述换能材料堆设在所述转子轴上，所述后匹配块装配在所述换能材料堆的轴向一侧以使所述换能材料堆的轴向两端被夹紧，所述换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，所述换能材料堆的轴向两端均为所述永磁体；其中，
所述换能线圈包在所述导磁体内，所述换能材料堆包在所述换能线圈内，所述转子装置与所述线圈载体、所述导磁体均间隔开，所述转子装置相对所述定子装置可转动，所述超磁致伸缩材料件在交变磁场中产生伸缩运动以使所述转子装置在转动的同时振动。


2.根据权利要求1所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述导磁体包括：第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体外套在所述换能线圈上，所述第二导磁体为片状且连接在所述第一导磁体的轴向两端，所述第二导磁体覆盖在所述换能线圈的轴向两端上。


3.根据权利要求2所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述换能线圈和所述线圈载体整体为圆管体，所述第一导磁体为圆筒状且外套在所述圆管体上，所述第二导磁体为圆环片，所述第一导磁体的内径与所述圆管体的外径相等，所述第二导磁体的外径与所述第一导磁体的外径相等，所述第二导磁体的内径与所述圆管体的内径相等，所述第一导磁体上设有穿孔，所述换能线圈的导线穿过所述穿孔后接电。


4.根据权利要求1所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴内设有第一轴腔，所述换能材料堆和所述后匹配块设在所述第一轴腔内。


5.根据权利要求4所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴内设有第二轴腔，所述第二轴腔在远离所述第一轴腔的一侧敞开，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建富，冯平法，马恪，郁鼎文，吴志军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11