專利名稱：超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件的制作方法
技術領域：
超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件技術領域[0001]本實用新型涉及一種功率超聲的技術領域，尤指一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件。
背景技術：
[0002]功率超聲在各個工程領域得到廣泛的應用。與傳統的功率超聲換能器驅動材料相比，超磁致伸縮材料具有伸縮應變大、能量密度大、響應速度快和工作電壓低等特點，可以克服換能器功率做不大的問題，開始在功率超聲換能器中得到應用。驅動線圈是超磁致伸縮功率超聲換能器中的重要部件，它產生交變的磁場，驅動超磁致伸縮材料的伸長和縮短， 從而產生超聲振動。但由于換能器在高頻率磁場下工作，容易產生渦流；同時，渦流、磁滯等損耗加在一起發熱很大，而超磁致伸縮材料對溫度又很敏感。所以，線圈組件的設計除了必須能產生必要的磁場外，一要考慮盡可能減少渦流，減少渦流損耗熱量的產生，二要讓產生的熱量盡快散發，以免造成過大的溫升。[0003]美國專利US6624539也涉及一種超磁致伸縮功率超聲換能器，該專利為了解決渦流問題，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，但其制造過程復雜，必須花很多錢先做專門的模具，成本很高，而且粉末冶金材料比較脆，機械性能較差。實用新型內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，它能按要求產生強大而均勻的磁場，又能減少渦流，減小發熱，控制溫度。[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術解決方案是[0006]一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，主要由上端面、下端面、上聚磁片、下聚磁片、芯軸部件和導磁套構成；該芯軸部件為筒狀體，其和上、下端面固定形成線圈骨架， 在芯軸部件之外纏繞有線圈，在芯軸部件中間孔內放置有超磁致伸縮棒；所述上下端面由若干片硅鋼片疊成，在每片硅鋼片上沿徑向開設一絕緣槽；所述上下聚磁片設置于超磁致伸縮棒的上下兩端；所述導磁套固定在上述上下端面之間。[0007]所述上下端面的各硅鋼片在疊加時各片的絕緣槽錯開放置。[0008]所述導磁套由矩形的硅鋼片卷成若干層呈圓筒狀。[0009]所述芯軸部件的側壁內部設置有冷卻水道，下方設有兩個用于冷卻水進出的水管。[0010]所述的芯軸部件由內套及外套組合而成，兩者之間形成冷卻水道，冷卻水道下方設有兩個用于冷卻水進出的水管。[0011]所述的內套由不導磁、不導電但導熱的材料制造。[0012]所述內套由氮化硼或氮化硅制成。[0013]所述外套采用不導磁、不導電也不導熱的材料制造。[0014]所述外套由ABS工程塑料或尼龍制成。[0015]所述內外套之間的冷卻水道之間還設置一隔板。[0016]所述線圈的軸向長度比超磁致伸縮棒長。[0017]所述的導磁套由若干導磁條組成，各導磁條再通過絕緣膠粘接呈圓筒狀。[0018]導磁條由電工純鐵制成。[0019]采用上述方案后，由于本實用新型采用硅鋼片來制造主要導磁元件，硅鋼片厚度很小，表面又涂有絕緣層，加工中在每一片硅鋼片上又沿徑向開了絕緣槽，完全能防止渦流，減小渦流損耗與發熱；同時，由硅鋼片組成的導磁元件還有導磁能力強，機械強度高，加工方便，成本低等特點。[0020]此外，本實用新型又在芯軸部件內設置了冷卻水道，內套由不導磁不導電但導熱的氮化硼制造，從而，超磁致伸縮棒的磁滯損耗發熱能迅速被冷卻水帶走，同時，由不導磁不導電不導熱的工程塑料制造的外套擋住了來自線圈的發熱，避免其對超磁致伸縮棒產生影響，這樣就保證了超磁致伸縮棒能在適合的溫度下工作。
[0021]圖1是本實用新型的結構示意圖；[0022]圖2是本實用新型所述下端面其中一片硅鋼片的結構示意圖；[0023]圖3A是本實用新型所述芯軸部件沿軸線的剖視圖；[0024]圖;3B是本實用新型所述芯軸部件垂直于軸線的截面圖；[0025]圖4是本實用新型通電后磁力線走向的示意圖；[0026]圖5A、圖5B是本實用新型所述導磁套另一實施例的結構示意圖。
具體實施方式
[0027]
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳述。[0028]本實用新型所揭示的是一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，如圖1所示， 為本實用新型的較佳實施例。所述的線圈組件主要由上端面1、下端面7、上聚磁片4、下聚磁片9、芯軸部件3和導磁套6構成，該芯軸部件3為筒狀體，其和上、下端面1、7之間可以通過螺栓8固定形成線圈骨架，在芯軸部件3之外纏繞有線圈2，在芯軸部件3中間孔內放置有超磁致伸縮棒5。[0029]所述的上、下端面1、7由若干片硅鋼片疊成，每片硅鋼片的厚度可以在0.3mm左右，也可以為0. 2,0. 23,0. 27,0. 3,0. 35或0. 5mm等多種規格，該硅鋼片可以加工成圖2所示形狀(圖2以下端面7的其中一片硅鋼片加以說明)，在硅鋼片上沿徑向開設一絕緣槽71， 該絕緣槽71 一般由線切割加工而成，其寬度通常為0. 2mm左右。設置了絕緣槽可以防止沿圓周方向產生渦流。各硅鋼片在疊加時，盡可能將各片的絕緣槽錯開，以免削弱上下端面的強度。各硅鋼片上還可開有相應的孔(如螺柱孔72及水管孔73)，用于固定螺栓8及穿設下述芯軸部件3上的冷卻水管。所述上端面1的形狀與下端面7相似，也開設有絕緣槽及相應的孔(通常僅有螺柱孔)，不予圖示。采用疊置的若干硅鋼片構成上下端面后，可以防止端面厚度方向的渦流，設置了絕緣槽后又可以防止沿圓周方向的渦流，因此上述措施可確保端面上的渦流基本消除。4[0030]所述的上、下聚磁片4、9設置于超磁致伸縮棒5上下兩端，其用于收集磁力線，均化通過超磁致伸縮棒的磁場，該上、下聚磁片4、9可以由電工純鐵等導磁材料制造。[0031]所述芯軸部件3的結構如圖3A及圖;3B所示，其為筒狀體，其側壁內部可以設置有冷卻水道31，下方設有兩個水管32用于冷卻水的進出。所述的芯軸部件3可由內套33及外套34組合而成，兩者之間形成所述的冷卻水道31，兩構件之間用膠粘劑粘接并密封，保證不漏水。另外，所述的內套33可以由不導磁、不導電但導熱的材料制造，例如氮化硼、氮化硅等，采用這種材料既不會產生渦流，又不會影響磁場分布，還能帶走超磁致伸縮棒5產生的磁滯損耗熱量，同時，氮化硼具有潤滑作用，它直接和超磁致伸縮棒5接觸，能夠在接觸表面上形成潤滑，減少摩擦。所述的外套34可以采用不導磁、不導電也不導熱的材料制造，例如ABS工程塑料或其他工程塑料(如尼龍等)，該外套34既為線圈提供了支撐作用，也借助于其不良的導熱性，擋住了來自線圈的發熱，避免該熱量對超磁致伸縮棒5產生影響。 所述內外套33、34之間的冷卻水道31之間還可以設置一隔板35，該隔板35將兩個水管32 (即冷卻水進出水口)分開，且該隔板35也可用與外套34 —樣的材料如ABS工程塑料制造。[0032]所述的導磁套6由矩形的硅鋼片卷成若干層呈圓筒狀，固定在所述上、下端面1、7 之間，構成外磁路，采用硅鋼片制成的導磁套也能防止渦流。該導磁套6也可以采用其他導磁材料制成，例如粉末冶金導磁材料等等。再如圖5A及圖5B所示，所述的導磁套6 ‘也可以由若干導磁條61'組成，各導磁條61'再通過絕緣膠62'粘接呈圓筒狀，該導磁條 61丨可由電工純鐵制成。實際制作時，可用電工純鐵做成整體導磁套，然后沿半徑豎向切成厚度2毫米左右的導磁條，最后用絕緣膠粘接回整體形狀。[0033]此外，為了盡可能的使超磁致伸縮棒5處于均勻的強磁場，所述線圈2的軸向長度最好比超磁致伸縮棒5稍長。理論上的講，線圈的長度比超磁致伸縮棒長的越多，磁場越均勻，但因為空間的限制，線圈的軸向高度也不能太大，一般兩頭比超磁致伸縮棒5各長5毫米左右。[0034]將導線規則地纏繞在芯軸部件3的外套34上，即形成驅動線圈2。當線圈2中通入電流時，在線圈周圍形成磁場，線圈的上端面1、下端面7、上聚磁片4、下聚磁片9、導磁套 6和超磁致伸縮棒5構成封閉磁路，磁力線走向如圖4所示，經過超磁致伸縮棒5的磁力線既均勻又密集，磁場強度達到了預期效果，同時，由于所述上下端面1、7、導磁套6均由硅鋼片制造，防止了渦流的產生，減少了發熱。工作時，經過水管32通入冷卻水，由于芯軸內套 33由導熱性能良好的材料如氮化硼制造，超磁致伸縮棒5的磁滯損耗發熱能迅速被冷卻水帶走，同時，由工程塑料制造的外套34擋住了來自線圈2的發熱，避免其對超磁致伸縮棒5 產生影響，這樣就保證了超磁致伸縮棒5能在適合的溫度下工作。[0035]理論計算和實驗測量均表明，本線圈組件產生的磁場滿足預期的磁場強度和均勻性要求，同時還能大大地降低渦流現象，減少熱量產生，及時散發熱量，使得超磁致伸縮棒的工作溫度保持在60°C以下。
權利要求1.一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于該線圈組件主要由上端面、下端面、上聚磁片、下聚磁片、芯軸部件和導磁套構成；該芯軸部件為筒狀體，其和上、下端面固定形成線圈骨架，在芯軸部件之外纏繞有線圈，在芯軸部件中間孔內放置有超磁致伸縮棒；所述上下端面由若干片硅鋼片疊成，在每片硅鋼片上沿徑向開設一絕緣槽；所述上下聚磁片設置于超磁致伸縮棒的上下兩端；所述導磁套固定在上述上下端面之間。
2.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述上下端面的各硅鋼片在疊加時各片的絕緣槽錯開放置。
3.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述導磁套由矩形的硅鋼片卷成若干層呈圓筒狀。
4.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述芯軸部件的側壁內部設置有冷卻水道，下方設有兩個用于冷卻水進出的水管。
5.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述的芯軸部件由內套及外套組合而成，兩者之間形成冷卻水道，冷卻水道下方設有兩個用于冷卻水進出的水管。
6.根據權利要求5所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述的內套由不導磁、不導電但導熱的材料制造。
7.根據權利要求5所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述外套采用不導磁、不導電也不導熱的材料制造。
8.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述線圈的軸向長度比超磁致伸縮棒長。
9.根據權利要求1所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，所述的導磁套由若干導磁條組成，各導磁條再通過絕緣膠粘接呈圓筒狀。
10.根據權利要求9所述的超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，其特征在于所述導磁條由電工純鐵制成。
專利摘要本實用新型公開了一種超磁致伸縮功率超聲換能器線圈組件，主要由上端面、下端面、上聚磁片、下聚磁片、芯軸部件和導磁套構成；該芯軸部件為筒狀體，其和上下端面固定形成線圈骨架，在芯軸部件之外纏繞有線圈，在芯軸部件中間孔內放置有超磁致伸縮棒；該上下端面由若干片硅鋼片疊成，在每片硅鋼片上沿徑向開設一絕緣槽；該上下聚磁片設置于超磁致伸縮棒的上下兩端；所述導磁套固定在上述上下端面之間。本實用新型采用了硅鋼片來制造線圈主要導磁元件，由于硅鋼片厚度很小，表面又涂有絕緣層，加工中在每一片硅鋼片上又開了絕緣槽，完全能防止渦流，減小損耗與發熱；同時，由硅鋼片組成的導磁元件還有導磁能力強，機械強度高，加工方便，成本低等特點。
文檔編號B06B1/08GK202270640SQ20112029748
公開日2012年6月13日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者曾海泉 申請人:廈門理工學院