超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器制造技术

本发明专利技术公开了一种超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，包括：换能器主体；线圈支架；壳体，所述壳体包括顶板、底板以及设在所述顶板和所述底板之间的多个超磁致伸缩棒安装管；多个超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒分别安装在所述超磁致伸缩棒安装管内；第一导磁片和第二导磁片；上盖板和下盖板；紧固件；磁性件；和线圈，所述线圈绕在所述线圈支架上，所述线圈与所述紧固件同轴，所述线圈中通入超声频交变电流产生交变磁场以驱动所述超磁致伸缩棒产生纵-扭复合振动。根据本发明专利技术实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，减少了零部件，简化了换能器的结构，使换能器结构更为紧凑，有利于超声能量的高效传输。

Giant magnetostrictive longitudinal torsional composite vibration ultrasonic transducer

The invention discloses a magnetostrictive longitudinal - Torsional Vibration of ultrasonic transducer includes a transducer body coil; stent; housing, the housing includes between roof and floor, located in the top and the bottom of a giant magnetostrictive rod installed tube; multiple giant magnetostrictive rod, the super the magnetostrictive rod are respectively installed on the magnetostrictive rod is installed inside the tube; the first and second magnetic conductive sheets; the cover plate and the cover plate; fasteners; magnetic components; and the coil, the coil is wound on the coil bracket, the coil and the fastener in the coil coaxial. The ultrasonic frequency alternating current produces alternating magnetic field to drive the giant magnetostrictive rod to produce longitudinal torsional vibration. According to the embodiment of the invention of the giant magnetostrictive longitudinal torsional vibration transducer, reducing components and simplify the structure of the transducer, the transducer structure is more compact, is conducive to efficient transmission of ultrasonic energy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声精密仪器加工
，更具体地，涉及一种超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器。
技术介绍
目前，在超声加工(如钻孔、铣削等)中，主要采用的是压电纵振换能器，即以压电陶瓷作为电-机能量转换元件，产生的机械振动为纵向振动(即沿主轴轴向)。研究表明，在超声加工中引入扭转振动(即沿主轴切向)，能够减小切削扭矩和切削力(如钻削力、铣削力等)，提高加工质量，延长刀具寿命。对于压电换能器，可以通过以下两类方法来产生扭振:1.制作切向极化的压电陶瓷晶堆。对压电陶瓷晶片作切向极化的制作工艺比较复杂，尤其是扇形晶片的切向极化，当尺寸较大时，会出现诸如电击穿、极化不完全等许多问题。因此尽管这种方法结构简单，但功率容量不大，在目前的陶瓷生产工艺水平下，很难研制出大功率高性能的扭转振动换能器。2.通过一些具有特殊结构的传振装置，将振动模式从纵振或弯振转换为扭振。如:I)利用压电纵振或弯振换能模块在变幅杆的切向做推挽振动产生扭振；2)利用压电纵振换能器和具有螺旋形沟槽的变幅杆配合产生扭振；3)利用压电纵振换能器和斜槽式传振杆配合产生扭振。这些方法多出了振动转换装置，结构比较复杂，能量转换效率较低，输出功率较小,对于大功率旋转超声加工而言适用性不高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种结构简单、能量转换效率高的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器。根据本专利技术实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，包括:换能器主体；线圈支架，所述线圈支架设在所述换能器主体上；壳体，所述壳体包括顶板、底板以及设在所述顶板和所述底板之间的多个超磁致伸缩棒安装管，多个所述超磁致伸缩棒安装管分别与所述顶板和底板连通且与所述底板的上表面之间倾斜成预定角度，所述顶板和底板上分别形成有安装孔；多个超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒分别安装在所述超磁致伸缩棒安装管内；第一导磁片和第二导磁片，所述第一导磁片和第二导磁片设在所述线圈支架内，且所述第一导磁片设在所述顶板的上方，所述第二导磁片设在所述底板的下方；上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板设在所述线圈支架内，且所述上盖板设在所述第一导磁片的上方，所述下盖板设在所述第二导磁片的下方；紧固件，所述紧固件依次穿过所述上盖板、第一导磁片、顶板和底板上的安装孔、第二导磁片和下盖板并将其紧固；磁性件，所述磁性件设在所述顶板和所述底板之间且分布在所述紧固件外周；和线圈，所述线圈绕在所述线圈支架上，所述线圈与所述紧固件同轴，所述线圈中通入超声频交变电流产生交变磁场以驱动所述超磁致伸缩棒产生纵-扭复合振动。根据本专利技术实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，利用倾斜成一定角度的超磁致伸缩棒直接产生纵-扭复合振动，减少了零部件，简化了换能器的结构，使换能器结构更为紧凑，有利于超声能量的高效传输；大大提高了能量转换效率，在同等条件下增大了输出功率和输出振幅；超磁致伸缩材料的声速低，并且改变了传统的振动模式转换装置，有利于换能器的小型化设计，减小了换能器质量，适合在超声加工中应用。另外，根据本专利技术实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，还可以具有如下附加的技术特征:根据本专利技术的一个实施例，所述顶板和底板分别形成为圆形，且所述底板的直径小于所述顶板的直径，所述安装孔分别设在所述顶板和底板的中心位置。根据本专利技术的一个实施例，所述超磁致伸缩棒为四个，四个所述超磁致伸缩棒沿所述底板的外周间隔开均匀分布。根据本专利技术的一个实施例，所述紧固件为螺栓，所述螺栓与所述下盖板通过螺纹连接。根据本专利技术的一个实施例，所述线圈的竖直高度大于所述超磁致伸缩棒的竖直高度。根据本专利技术的一个实施例，所述线圈支架与所述换能器主体一体形成。根据本专利技术的一个实施例，所述超磁致伸缩棒为多个间隔开布置的切片，多个所述切片之间通过环氧树脂粘接。根据本专利技术的一个实施例，所述换能器还包括:冷却管，所述冷却管的一端伸入到所述线圈支架和所述壳体之间的间隙内。根据本专利技术的一个实施例,所述磁性件为永磁体。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是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的分离设计的结构示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的一体式设计的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的壳体的侧视图；图4是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的壳体的一个角度的示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的壳体的另一个角度的示意图；(因为权利要求中保留了对壳体结构的描述，也就是超磁致伸缩棒的外壳，而没有另外提出超磁致伸缩棒的外壳，因此，图3-图5中还是保留壳体的说法，说明书同)图6是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的超磁致伸缩棒与所述底板的俯视图；图7是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的超磁致伸缩棒与所述底板的另一个角度的示意图；图8是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的磁场方向的分解示意图；图9是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的超磁致伸缩棒机械振动分解示意图；图10是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的超磁致伸缩棒的切片结构示意图；图11是根据本专利技术一个实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器的超磁致伸缩棒的切片的另一结构示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合附图具体描述根据本专利技术实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器。如图1至图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超磁致伸缩纵?扭复合振动超声换能器，其特征在于，包括：换能器主体；线圈支架，所述线圈支架设在所述换能器主体上；壳体，所述壳体设在所述线圈支架内，所述壳体包括顶板、底板以及设在所述顶板和所述底板之间的多个超磁致伸缩棒安装管，多个所述超磁致伸缩棒安装管分别与所述顶板和底板连通且与所述底板的上表面之间倾斜成预定角度，所述顶板和底板上分别形成有安装孔；多个超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒分别安装在所述超磁致伸缩棒安装管内；第一导磁片和第二导磁片，所述第一导磁片和第二导磁片设在所述线圈支架内，且所述第一导磁片设在所述顶板的上方，所述第二导磁片设在所述底板的下方；上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板设在所述线圈支架内，且所述上盖板设在所述第一导磁片的上方，所述下盖板设在所述第二导磁片的下方；紧固件，所述紧固件依次穿过所述上盖板、第一导磁片、顶板和底板上的安装孔、第二导磁片和下盖板并将其紧固；磁性件，所述磁性件设在所述顶板和所述底板之间且分布在所述紧固件外周；和线圈，所述线圈绕在所述线圈支架上，所述线圈与所述紧固件同轴，所述线圈中通入超声频交变电流产生交变磁场以驱动所述超磁致伸缩棒产生纵?扭复合振动。...

【技术特征摘要】

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