大功率超声波换能器的制作方法

1.本实用新型涉及超声波换能器领域，特别涉及一种大功率超声波换能器。


背景技术：

2.在超声波领域中，超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。
3.目前，为了获得更大功率的压电换能器，通常需要选择尺寸更大的陶瓷晶片或者采用更多数量的陶瓷晶片。然而当陶瓷数量增多或尺寸变大时，为保证换能器的谐振频率，换能器的前盖一般会设计得更短，从而使得前盖偏离超声波换能器振动时振幅为零的节点区域较远。
4.因此，前盖上靠近陶瓷的区域振动依旧较大，再采用常规的将换能器罩壳夹持在靠近陶瓷的前盖区域的方法将会造成较大的空载损耗，甚至会影响换能器的振动特性。
5.有鉴于此，本技术实用新型人设计了一种大功率超声波换能器，以期克服上述技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中超声波换能器无法兼顾大功率和减小振动两方面，且容易造成较大空载损耗等缺陷，提供一种大功率超声波换能器。
7.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
8.一种大功率超声波换能器，其特点在于，所述大功率超声波换能器包括多片压电陶瓷、前盖、后盖和夹持片，所述夹持片夹设在多片所述压电陶瓷之间，所述前盖安装在一侧的所述压电陶瓷外侧，所述后盖安装在另一侧的所述压电陶瓷外侧，通过紧固件将所述后盖、所述压电陶瓷、所述夹持片和所述前盖固定连接为一体；
9.所述夹持片位于靠近所述大功率超声波换能器振动时振幅为零的节点区域处，沿所述夹持片的外边缘设置有至少一个薄壁区域，用于夹持换能器罩壳。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述夹持片为圆环形或对称的多边形。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述夹持片上开设有至少一个通孔，所述通孔靠近所述夹持片的外边缘，使得所述通孔与所述夹持片的外边缘之间的部分形成所述薄壁区域。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述夹持片上开设有两个或两个以上的所述通孔，所述通孔相互间隔地环绕所述夹持片的外边缘。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述夹持片的外边缘处还设置有多对沉槽，每一对所述沉槽分别相互对称地布置在所述夹持片的两侧面上，且每一对所述沉槽位于相邻的两个所述通孔之间。
14.根据本实用新型的一个实施例，沿所述夹持片的径向方向上，所述沉槽的宽度大于所述薄壁区域的宽度。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述夹持片的外边缘处还开设有多个缺口，每一所述缺口位于相邻的两个所述通孔之间。
16.根据本实用新型的一个实施例，沿所述夹持片的径向方向上，所述缺口的深度大于所述薄壁区域的宽度。
17.根据本实用新型的一个实施例，所述薄壁区域沿所述夹持片的外边缘向外凸出。
18.根据本实用新型的一个实施例，沿所述夹持片的径向方向上，所述薄壁区域的径向宽度为1-5mm。
19.本实用新型的积极进步效果在于：
20.本实用新型大功率超声波换能器，可以在更大的陶瓷晶片和更多的陶瓷片数量的情况下，实现相同谐振频率的换能器，且换能器上设有罩壳夹持区域，对换能器的空载损耗很小。
21.所述大功率超声波换能器通过设置夹持环实现在大功率的情况下，可以将换能器罩壳安装和夹持在振幅为零的节点区域内，从而同时满足大功率和低振幅的优选特征。这种结构还可以进一步降低超声波换能器的空载损耗，不影响其振动性能。
附图说明
22.本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
23.图1为本实用新型大功率超声波换能器实施例一的立体图。
24.图2为本实用新型大功率超声波换能器实施例一的主视图。
25.图3为本实用新型大功率超声波换能器实施例一中夹持片的主视图。
26.图4为本实用新型大功率超声波换能器实施例二的立体图。
27.图5为本实用新型大功率超声波换能器实施例二的主视图。
28.图6为本实用新型大功率超声波换能器实施例二中夹持片的立体图。
29.图7为本实用新型大功率超声波换能器实施例三的纵向剖视图。
30.【附图标记】
31.压电陶瓷
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10
32.前盖
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20
33.后盖
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30
34.夹持片
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40
35.紧固件
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50
36.节点区域
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀa37.虚线部分
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀb38.薄壁区域
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
41
39.通孔
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42
40.薄壁区域的径向宽度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀa41.沉槽
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43
42.沉槽的宽度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀb43.连接部
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411
44.折弯部
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412
具体实施方式
45.为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
46.现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
47.此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
48.此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。
49.实施例一：
50.图1为本实用新型大功率超声波换能器实施例一的立体图。图2为本实用新型大功率超声波换能器实施例一的主视图。图3为本实用新型大功率超声波换能器实施例一中夹持片的主视图。
51.如图1至图3所示，本实用新型公开了一种大功率超声波换能器，其包括多片压电陶瓷10、前盖20、后盖30和夹持片40。其中，夹持片40夹设在多片压电陶瓷10之间，前盖20安装在一侧的压电陶瓷10外侧，后盖30安装在另一侧的压电陶瓷10外侧，通过紧固件50将后盖30、压电陶瓷10、夹持片40和前盖20固定连接为一体。夹持片40位于靠近所述大功率超声波换能器振动时振幅为零的节点区域a处，沿夹持片40的外边缘设置有至少一个薄壁区域41，用于夹持换能器罩壳。
52.优选地，夹持片40可以选用圆环形或对称的多边形。本实施例中以圆环形的夹持片40作为举例，但不对夹持片40的形状作出限定，其同样可以采用对称的多边形，也在本技术的保护范围内。
53.其中，图2中虚线部分b表示声波位移振动曲线，沿纸面水平方向上代表声波的位移，竖直方向上代表声波的振动，节点区域a表示为所述大功率超声波换能器振动时振幅为零的区域。夹持片40设置在靠近节点区域a处。
54.如图3所示，在夹持片40上开设有至少一个通孔42，通孔42靠近夹持片40的外边缘，使得通孔42与夹持片40的外边缘之间的部分形成薄壁区域41。
55.优选地，在沿夹持片40的径向方向上，薄壁区域41的径向宽度a优选为1-5mm。这个宽度范围内的薄壁区域41可以实现较佳的夹持效果。
56.当然，为了提高夹持的稳定性和持久度，优选地可以在夹持片40上开设有两个或两个以上的通孔42，多个通孔42相互间隔地环绕夹持片40的外边缘。
57.此处，通孔42的形状优选为长条形的腰孔，当然其他形状的通孔也可以，腰孔的形状最有利于形成薄壁区域。但是其他形状的通孔也可以实现同样的功能，因此通孔42的形状仅为举例，并不作为限定，其他形状也在本技术的保护范围内。
58.多片压电陶瓷10叠加形成陶瓷晶堆，通常其包含偶数片压电陶瓷10。夹持片40夹设在多片压电陶瓷10之间，其左侧具有偶数片压电陶瓷10，右侧也具有偶数片压电陶瓷10。
59.例如，本实施例中陶瓷晶堆包含6片压电陶瓷，当前盖20较长，后盖30较短时，夹持
片40设置在第2片压电陶瓷和第3片压电陶瓷之间。当前盖20较短，后盖30较长时，夹持片40设置在第4片压电陶瓷和第5片压电陶瓷之间。当然此处关于压电陶瓷10的数量，以及夹持片40的布置位置仅为举例说明，其可以根据实际需求进行调整，并不受本实施例的限定，其他起到同样作用的布置方式均在本技术的保护范围内。
60.本实施例中夹持片40设置在靠近所述大功率超声波换能器振动时振幅为零的节点区域a处，同时通过通孔42的结构设计，使得夹持片40的薄壁区域41的振动得到了极大的衰减。如图3所示，薄壁区域41的振动得到了极大的衰减，从而使得换能器可以通过薄壁区域41实现换能器罩壳的安装和夹持，对换能器的空载损耗小，且不影响其振动特性。
61.实施例二：
62.图4为本实用新型大功率超声波换能器实施例二的立体图。图5为本实用新型大功率超声波换能器实施例二的主视图。图6为本实用新型大功率超声波换能器实施例二中夹持片的立体图。
63.如图4至图6所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：在实施例一所述大功率超声波换能器的结构基础上，本实施例中夹持片40的外边缘处还设置有多对沉槽43，每一对沉槽43分别相互对称地布置在夹持片40的两侧面上，且每一对沉槽43位于相邻的两个通孔42之间。
64.沉槽43分别设置在通孔42的两侧，可以有效地将薄壁区域41凸出来，这样可以实现结构上的避让，使得换能器罩壳与薄壁区域41之间的夹持更加平稳和牢固。
65.进一步优选地，在沿夹持片40的径向方向上，沉槽43的宽度b大于薄壁区域41的宽度a。这样可以进一步保证换能器罩壳与薄壁区域41之间的夹持稳定且牢固。
66.或者，可替换地，本实施例在夹持片40的外边缘处还开设有多个缺口，每一所述缺口位于相邻的两个通孔42之间(图中未示)。在沿夹持片40的径向方向上，所述缺口的深度大于薄壁区域41的宽度a。这种设置缺口的结构可以起到沉槽43同样的效果，同样可以提高换能器罩壳与薄壁区域41之间的夹持稳定且牢固。
67.实施例三：
68.图7为本实用新型大功率超声波换能器实施例三的纵向剖视图。
69.如图7所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：在实施例一所述大功率超声波换能器的结构基础上，本实施例中薄壁区域41的结构可以设置为，沿夹持片40的外边缘向外凸出。薄壁区域41包括连接部411和折弯部412，连接部411沿夹持片40的外边缘向外延伸，例如水平地向外延伸，折弯部412的一端与连接部411连接，另一端向上延伸。
70.此处连接部411可以优选为直条型，折弯部412可以优选为l型。当然，此处有关薄壁区域41采用的连接部411和折弯部412的结构仅为举例，其他形式的连接部和折弯部也同样可以采用，只要其可以实现同样的功能效果即可，并不受此处举例限定，均在本技术的保护范围内。
71.综上所述，本实用新型大功率超声波换能器，可以在更大的陶瓷晶片和更多的陶瓷片数量的情况下，实现相同谐振频率的换能器，且换能器上设有罩壳夹持区域，对换能器的空载损耗很小。
72.所述大功率超声波换能器通过设置夹持环实现在大功率的情况下，可以将换能器
罩壳安装和夹持在振幅为零的节点区域内，从而同时满足大功率和低振幅的优选特征。这种结构还可以进一步降低超声波换能器的空载损耗，不影响其振动性能。
73.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。