[发明专利]一种超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声换能器，属于压电技术、MEMS技术领域。

背景技术

当今世界，随着工业的快速发展，大型工业装备企业对大功率超声换能器的需求不断增加，例如功率超声领域中超声清洗和超声焊接，它们在产品生产和装配环节中发挥了极其重要的作用。然而，随着功率的提高，压电片的发热量迅速增加，传统的换能器在大功率状态下工作时所产生的热量得不到有效地传递，压电片的温度就会不断上升，从而导致整个超声换能器性能的下降，严重的情况下（例如压电片上温度接近居里温度）换能器会完全失效，从而影响整个系统的可靠性，甚至造成设备故障，引起灾难性的后果。因此，为了避免系统故障，超声换能器无法达到最大输出功率，也可以认为是最大输出功率较低。如何设计并增加压电换能器的最大输出功率，稳定大功率超声换能器的工作性能，延长系统的使用寿命，提高设备的可靠性等问题成为亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有的超声换能器，它可以在其最大输出功率输出的条件下连续工作，并延长其使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超声换能器，包括前端盖、后端盖、压电组片、以及金属电极，所述的压电组片包括至少一对极化方向相反的两个压电片，所述压电组片固定在前端盖与后端盖之间，在所述的压电组片与前端盖之间、压电组片与后端盖之间均设置有所述的金属电极，其特征在于：在所述的压电组片内还设置有一接地的电极法兰盘，该电极法兰盘位于超声换能器在共振频率下其轴向的最大应力截面上，该电极法兰盘的上下表面分别与一个压电片相接触，在所述的电极法兰盘上设置有散热结构。

法兰盘接地可以使液体流过或者其他散热装置安装在其上而不影响其电学性能，电极法兰盘的上下表面分别与一个压电片相接触，从而在两个压电片之间施加电场，并通过电极法兰盘接地。超声换能器在共振频率下其轴向的最大应力截面是换能器的固有特征，其具体位置取决于换能器的材料及其结构，并随频率的变化而改变，它可以通过动力学仿真计算或振动测量得到。

电极法兰盘的外径大于压电片的外径，所述的散热结构设置在电极法兰盘突出于压电片的表面上。

所述的散热结构为固定在电极法兰盘上的散热片。

所述的散热结构为开设在电极法兰盘上的导液槽，导液槽具有进液口和出液口。

本发明换能器的电极法兰盘因为外径大于压电片的外径，同时它在工作状态下接地，所以散热结构可以安装在其上；为使法兰盘处于轴向的最大应力截面，同时又由于压电组片需要产生最大的振动功率，因此电极法兰盘的上下表面分别与一个压电片相接触，在两个压电片上它是施加电场，将电极法兰盘接地即施加0电位；压电组片的两侧都连接金属电极，上下两个金属电极表面分别连接前端盖和后端盖；整个设备由螺钉或螺栓施加预紧力把前端盖、后端盖、金属电极、电极法兰盘和压电组片紧固在一起。此外，对于散热片式结构，若干散热片安装在散热电极法兰盘的上下表面；对于液冷式结构，导液槽盖板则固定在槽式电极法兰盘的凹槽上方，起到与法兰盘沟槽形成冷却液流通通道的作用。

与现有技术相比，本发明利用超声换能器振动时具有位移节点的特性，把安装有散热结构的电极法兰盘布置在整个换能器振动时其应力最大的截面处，用以提高换能器的最大输出功率，并大幅减小超声换能器在大功率工作状态下产生的高温，达到在大功率工作状态下稳定超声换能器输出性能的目的。同时，通过上述结构，可以在保证大功率换能器高输出功率的前提下，增加超声换能器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例（散热片式）的结构示意图；

图2是图1的正视图。

图3是本发明第二实施例（液冷式）的结构示意图（导液槽盖板未示出）。

图4 是图3装配后的正视图。

图中标号名称：

1：后端盖；2：旋紧螺钉或螺栓；3：散热片；4：金属电极；5：压电组片；6：电极法兰盘；7：前端盖；8：导液槽盖板。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。