[實用新型]一種壓電超聲波換能單元及其組成的大功率超聲波換能器

有效

• 申請號: 201420608306.0
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN204220430U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 楊奇
• 申請（專利權）人: 湖北瑜暉超聲科技有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 襄陽中天信誠知識產權事務所 42218
• 代理人: 何靜月;馮媛

技術領域

本實用新型涉及一種壓電式超聲波換能器，屬于功率超聲領域。

背景技術

壓電超聲波換能器由于壓電陶瓷晶片的壓電效應，能將輸入的電功率轉換成機械功率。大功率超聲波換能器被廣泛應用于清洗、焊接、破碎、防垢、除垢等，尤其是應用于工業或民用換熱設備及管道的防垢除垢，不僅能夠解決長期困擾企業除垢的煩惱，還能從根本上解決防垢的難題。既能節約能源消耗，提高生產效率，降低企業成本，又不污染環境。

目前大功率壓電超聲波換能器大多數設計成柱狀，縱向末端發射超聲。這種換能器的主要缺點是：

一、只有縱向能夠發射超聲波，發射面窄，導致超聲波能量不能多個方位均勻發射超聲波。

二、單個換能器功率小，在需要較大超聲功率的應用場合，必須安裝多個換能器才能達到使用效果，同時大大增加了設備成本。

三、壓電陶瓷晶片在工作時會產生熱量，導致換能器整體溫度升高，當溫度超過換能器的正常工作溫度范圍時，可能導致換能器損壞，需要設置專門的散熱裝置。

四、壓電陶瓷晶片至超聲波發射端面之間設置了多級變幅，每級變幅都會產生能量損耗，導致其能量轉換效率較低。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本實用新型提供一種壓電超聲波換能單元及其組成的大功率超聲波換能器，能夠較高功率且多方位均勻發射超聲波。

本實用新型提供的壓電超聲波換能單元包括一發射板；發射板上設有一組或一組以上的壓電陶瓷晶堆；各壓電陶瓷晶堆包括依次交疊設置于發射板上的多個壓電陶瓷晶片和多個電極片、一個用于將壓電陶瓷晶片與電極片壓裝于發射板的后蓋板。

所述后蓋板經貫穿后蓋板、壓電陶瓷晶片、電極片的螺桿與發射板連接。

所述發射板上壓電陶瓷晶片與電極片所在的一面為方形；所述發射板超聲面為平面或弧面。

本實用新型提供的大功率超聲波換能器，包括一發射板；發射板上設有一組或一組以上的壓電陶瓷晶堆；各壓電陶瓷晶堆包括依次交疊設置于發射板上的多個壓電陶瓷晶片和多個電極片、一個用于將壓電陶瓷晶片與電極片壓裝于發射板的后蓋板；發射板上設有用于罩住壓電陶瓷晶片、電極片、后蓋板的密封罩。

所述后蓋板經貫穿后蓋板、壓電陶瓷晶片、電極片的螺桿與發射板連接。

所述電極片上連接的電極引出導線從密封罩上引出。

本實用新型提供的由上述壓電超聲波換能單元組成的大功率超聲波換能器，其中超聲波換能單元為三個或三個以上；各超聲波換能單元依次連接后經端部蓋板封閉形成封閉狀結構；各超聲波換能單元中的壓電陶瓷晶片與電極片位于封閉狀結構內部。

當超聲波換能單元的發射板超聲面為平面時，各超聲波換能單元依次連接形成棱柱狀結構，棱柱狀結構兩端設有與其端部結構匹配的端部蓋板；各超聲波換能單元中的壓電陶瓷晶片與電極片位于棱柱內部；大功率超聲波換能器縱向截面為多邊形（如三角形、四邊形、五邊形或六邊形等）。

當超聲波換能單元的發射板超聲面為弧面時，各超聲波換能單元依次連接形成圓柱狀結構，圓柱狀結構兩端設有與其端部結構匹配的端部蓋板；各超聲波換能單元中的壓電陶瓷晶片與電極片位于圓柱內部；大功率超聲波換能器縱向截面為圓形。

所述電極片上連接的電極引出導線從端部蓋板引出。

上述發射板和后蓋板由金屬材料制成。

上述發射板縱向截面形狀為多邊形或半圓形。

上述電極片材料為銅或銅合金。

上述發射板與后蓋板之間設置有至少兩片壓電陶瓷晶片。

發射板與相鄰發射板、端部蓋板之間通過焊接、粘接、鉚接、螺絲連接的方式組合在一起。

本實用新型的優點在于：

一、可以多個面同時發射超聲波；如兩面、三面、四面等。

二、超聲功率大；多單元組合提高超聲功率。

三、無需設置專門的散熱裝置；直接投入液體介質中使用，利用液體介質散熱。

四、能量轉換效率高；壓電陶瓷晶片直接設置在發射板上，壓電陶瓷晶片產生的能量直接傳遞到發射板上，由發射板將能量傳導到液體介質。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一（發射板上設置一組壓電陶瓷晶堆，發射板超聲面為平面）的結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例二（超聲波換能單元為三個）的結構示意圖。

圖3為實施例二中端部蓋板的剖視圖。

圖4為本實用新型實施例三（超聲波換能單元為六個）的結構示意圖。

圖5為實施例三中端部蓋板的剖視圖。