[发明专利]一种超磁致伸缩换能器及其温控方法

说明书

本发明公开一种超磁致伸缩换能器及其温控方法，换能器包括：外壳，为筒体；压盖，所述压盖连接在外壳的一端；输出盘，连接在所述外壳的另一端；以及同轴设置在所述外壳内的多个片状超磁致伸缩体、多个片状永磁体和线圈，所述片状永磁体与所述片状超磁致伸缩体堆叠设置，且有片状永磁体位于两端；线圈，围绕在所述片状超磁致伸缩体和片状永磁体的外围；其中，所述压盖和所述输出盘分别与对应端的片状永磁体接触。本发明可极大地抑制涡流效应，减小热损耗，提高能量利用率；本发明在大功率加工的情况下，依然能够起到良好的冷却效果。

技术领域

本发明属于超声精密特种加工技术领域，特别涉及一种超磁致伸缩换能器及其温控方法。

背景技术

旋转超声加工技术是在加工中给工具头施加沿某一方向以一定规律周期性变化的超声振动，以改善加工效果。与传统的不施加超声振动的加工方法相比，旋转超声加工在很多方面存在显著的优点，如提高加工效率和精度、降低切削力，延长刀具寿命等。

磁致伸缩现象是铁磁体在磁场中受磁场影响尺寸发生变化的现象。由于磁致伸缩现象，超磁致伸缩体可以在施加的交变磁场作用下反复伸长与缩短，从而产生振动，实现从电磁能转到机械能或声能的能量转换，基于上述原理，超磁致伸缩体可以应用于换能器。

在旋转超声振动系统中，实现将电信号转换为振动信号的超声换能器是核心部件，为使换能器能有稳定输出的振幅，需要使超磁致伸缩体处于稳定状态。在高频工作情况下，由于超磁致伸缩体为导电材料因此内部会产生较大的涡流，并会产生涡流损耗，同时超磁致伸缩体在工作过程中还会产生磁滞损耗以及线圈在高频交流电下会产生焦耳热，同时由于换能器工作时内部环境较为封闭，损耗会产生较多的热量，导致换能器温度显著升高。超磁致伸缩体对于温度比较敏感，随温度升高，其磁致伸缩系数会产生显著降低，导致输出振幅显著降低，同时随着温度升高，超磁致伸缩体会产生热变形，严重影响换能器的输出性能。

目前，现有的换能器存在以下技术缺点：

在涡流抑制方面，现有技术中，对换能器内部的超磁致伸缩体进行了切片处理，有效抑制了超磁致伸缩体的涡流损耗与集肤效应，但并未考虑永磁体上产生的涡流损耗，而这是现在涡流产热的主要来源；

在温度控制方面，现有技术中仅能实现在加工过程中的气冷，气冷对温升的抑制效果较为有限，无法在大功率下实现温控，而目前提出的水冷均为管道式水冷，需将水管置于换能器内部，无法应用于旋转超声加工系统。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种超磁致伸缩换能器，包括：

外壳，为筒体；

压盖，所述压盖连接在外壳的一端；

输出盘，连接在所述外壳的另一端；

以及同轴设置在所述外壳内的多个片状超磁致伸缩体、多个片状永磁体和线圈，

所述片状永磁体与所述片状超磁致伸缩体堆叠设置，且有片状永磁体位于两端；

线圈，围绕在所述片状超磁致伸缩体和片状永磁体的外围；

其中，所述压盖和所述输出盘分别与对应端的片状永磁体接触。

可选地，所述压盖设有螺纹孔，并通过穿过所述螺纹孔的预紧螺栓将压盖连接在外壳的所述一端，还具有预紧块，所述预紧块分别接触设置在所述两端的片状永磁体的外端，所述压盖和所述输出盘分别通过对应的预紧块与片状永磁体接触。

可选地，所述片状超磁致伸缩体和所述片状永磁体的厚度都满足以下公式：

其中，δ为片状超磁致伸缩体或片状永磁体的厚度；

ω为激励频率；

μ₀为通过真空磁导率；