專利名稱：回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波電信號非接觸傳輸領(lǐng)域，尤其是涉及回轉(zhuǎn)的壓電 超聲振動加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
超聲振動加工以其較多優(yōu)點(diǎn)普遍適用于精密與超精密加工技術(shù)中，在非 回轉(zhuǎn)超聲振動加工設(shè)備，如超聲車削、超聲擠壓、超聲焊接等系統(tǒng)中，其換 能器超聲波電能信號傳輸是采用導(dǎo)線直接相連的方式，而回轉(zhuǎn)超聲振動加工 設(shè)備如超聲銑削、超聲鉆削、超聲磨削等其換能器電信號傳輸多采用碳刷、 集流環(huán)連接的傳輸方式，這種方式存在碳刷、集流環(huán)滑動磨損較快、大量發(fā) 熱、碳積、裸露導(dǎo)線、轉(zhuǎn)速不宜過高和容易打火等缺陷，甚至存在一定的安 全隱患，這就阻礙了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和發(fā)展。迫切需要對這種電信號傳輸方式 進(jìn)行改進(jìn)，以適合其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。
也有有關(guān)人員設(shè)計了一些相似的非接觸電能傳輸裝置，但是這些非接觸 裝置因為存在一些問題，所以不適合在回轉(zhuǎn)超聲加工設(shè)備中應(yīng)用。存在的問 題如下
1. 非接觸裝置副邊需要加裝匹配元件，匹配元件重心不在回轉(zhuǎn)的中心 軸線上，造成匹配原件在回轉(zhuǎn)運(yùn)動時發(fā)生偏心、磕碰、磨損，不能 滿足高速回轉(zhuǎn)超聲振動加工設(shè)備的要求。
2. 采用U型、E型等類型磁芯，不適合超聲設(shè)備回轉(zhuǎn)部件的安裝。且
這類磁芯很難在中間穿孔并傳遞力矩使回轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動，不利于部件 動平衡良好的實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)形式也不方便在回轉(zhuǎn)超聲振動加工設(shè)備中安裝。
3. 采用的磁芯材料損耗高，電能信號傳輸效率低。
4. 磁芯材料采用脆性鐵氧體材料，不能承受回轉(zhuǎn)超聲設(shè)備的轉(zhuǎn)動沖擊。 這幾個問題使現(xiàn)有的這些非接觸電能傳輸裝置不適合在高速回轉(zhuǎn)超聲
加工裝置中使用，制約了它們在超聲振動加工裝置中的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種回轉(zhuǎn)式的超聲波電信號傳輸裝置，實(shí)現(xiàn) 超聲波電信號的非接觸傳輸。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，它包括外殼、原邊磁芯線圈、副 邊磁芯線圈和驅(qū)動軸，外殼與原邊磁芯線圈的磁芯外圓周固定連接構(gòu)成定子 部分，副邊磁芯線圈與驅(qū)動軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)子部分，原邊磁芯線圈與副邊磁芯 線圈之間具有一定間隙。
所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯同軸設(shè)置。 所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯采用開口相對設(shè)置。 所述原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈在軸向上具有一定間隙。 所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯采用同軸套設(shè)設(shè)置。 所述原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈在徑向方向具有一定間隙。 所述驅(qū)動軸與內(nèi)套連接，副邊磁芯線圈與驅(qū)動軸通過內(nèi)套連接。 它還包括匹配元件，匹配元件連接在原邊磁芯線圈的回路中。 所述匹配元件為匹配電感和/或匹配電容。
它還包括匹配電感和/或匹配電容，匹配電感和匹配電容連接在原邊磁 芯線圈的回路中。本實(shí)用新型可應(yīng)用到超聲內(nèi)圓磨削、超聲銑削、超聲鉆削、超聲雕刻、 超聲鏜削、超聲攻絲、超聲鉸孔等回轉(zhuǎn)式超聲振動加工設(shè)備中，解決其超聲 波電信號傳輸問題。本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 解決了以往碳刷、集流環(huán)接觸式傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速限制問題。
2. 回轉(zhuǎn)一側(cè)的副邊電路不需要添加匹配元件進(jìn)行電路匹配，可以大大 降低超聲加工設(shè)備中回轉(zhuǎn)部件的動不平衡問題；
3. 縮小了非接觸超聲波電能傳輸裝置轉(zhuǎn)子部分的回轉(zhuǎn)直徑，降低了轉(zhuǎn) 子部分的轉(zhuǎn)動慣量，有利于提高非接觸超聲波電能傳輸裝置和超聲 加工設(shè)備整體的動平衡性能。
4. 使用高導(dǎo)鐵基納米晶材料特殊粘接工藝制作磁芯，提高了裝置能量
傳輸效率，提高磁芯強(qiáng)度，更好抵抗轉(zhuǎn)動沖擊。
5. 提高了超聲波電能傳輸?shù)陌踩阅堋?br> 6. 該裝置可以作為一個完整獨(dú)立的部件，可以單獨(dú)更換和使用，維護(hù)方便。
7. 小間隙，高耦合，低漏磁，高效率。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖4是實(shí)施例一、二中的原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是實(shí)施例三中的原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是采用本實(shí)用新型的機(jī)電系統(tǒng)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
如圖1所示，本實(shí)用新型包括外殼4、原邊磁芯線圈3、副邊磁芯線圈 5、驅(qū)動軸2、匹配電感10和匹配電容11，外殼4與原邊磁芯線圈3的磁芯 外圓周固定連接，構(gòu)成定子部分。副邊磁芯線圈5與驅(qū)動軸2固定連接構(gòu)成 轉(zhuǎn)子部分，驅(qū)動軸2與內(nèi)套6固定連接，內(nèi)套6內(nèi)設(shè)有換能器7，換能器7 右端設(shè)有工具9。原邊磁芯線圈3、副邊磁芯線圈5之間設(shè)有適當(dāng)?shù)拈g隙。 外殼4通過兩個軸承8與內(nèi)套6形成回轉(zhuǎn)連接。原邊磁芯線圈3通過線路與 超聲波電源1連接，副邊磁芯線圈5通過線路與換能器7連接。超聲波電源 1與原邊磁芯線圈3構(gòu)成的原邊回路中裝設(shè)匹配元件串聯(lián)電感10和并聯(lián)電 容11。如圖4所示為原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5的形狀，原邊磁芯 線圈3和副邊磁芯線圈5同軸且開口相對且軸向上具有間隙L。
在換能器的諧振頻率點(diǎn)附近，由超聲波電源l、非接觸式傳輸裝置和換 能器7振子構(gòu)成的機(jī)電耦合系統(tǒng)的原理電路如圖6所示。
圖6中，非接觸傳輸裝置的原邊線圈與超聲波電源1的輸出端相連形成 原邊回路，副邊線圈與超聲換能器振子相連形成副邊回路，副邊回路中不加
匹配元件，在副邊磁芯線圈5的副邊線圈的制作過程中，使其電感L2滿足
丄= C0i L 公式2i + "20)2^2
公式中，Co為換能器靜態(tài)電容，RL為換能器動態(tài)等效電阻，o為超聲 振動諧振角頻率，即合理地設(shè)計非接觸互感傳輸裝置的副邊線圈，可以使副 邊回路中的感抗與容抗相抵消，使副邊回路處于純阻狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)副邊回路的 諧振匹配。在超聲波電源1與原邊磁芯線圈3構(gòu)成的原邊回路中裝設(shè)匹配元件，匹 配元件包括串聯(lián)電感10和并聯(lián)電容11，進(jìn)行電路諧振匹配，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn) 式非接觸超聲電信號傳輸系統(tǒng)的功率最大輸出。
工作過程為超聲波電源1輸出的超聲波電信號連接在原邊磁芯線圈3 的兩端，當(dāng)原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5相對距離較近放置時，副邊磁
芯線圈5就能夠感應(yīng)出同頻率的超聲電信號，副邊磁芯線圈5兩端和換能器 7的電極相連，副邊磁芯線圈5感應(yīng)出的超聲電信號激勵換能器7的輸出端 做超聲波簡諧振動，從而驅(qū)動工具9進(jìn)行超聲波振動加工。 實(shí)施例二
如圖2所示，與實(shí)施例一不同之處在于因非接觸超聲波電信號傳輸裝
置安裝位置不同，其體積相對較大，原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5均套 在內(nèi)套6夕卜，原邊磁芯線圈3與外殼4構(gòu)成定子部分，副邊磁芯線圈5與內(nèi) 套6固定連接，副邊磁芯線圈5、驅(qū)動軸2、內(nèi)套6、換能器7以及工具9 構(gòu)成了轉(zhuǎn)子部分，原邊磁芯線圈3與內(nèi)套6在圓周方向上設(shè)有適當(dāng)?shù)拈g隙。 原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5之間在圓周方向上設(shè)有一定間隙。 實(shí)施例三
如圖3所示，與實(shí)施例一不同之處在于原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線
圈5的磁芯結(jié)構(gòu)不同，原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5安裝方式也不同。 如圖5所示，本實(shí)施例中，原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5采用同軸套設(shè) 結(jié)構(gòu)，外側(cè)為原邊磁芯線圈3，內(nèi)側(cè)同軸設(shè)有副邊磁芯線圈5，原邊磁芯線 圈3與驅(qū)動軸2以及外殼4構(gòu)成定子部分。副邊磁芯線圈5與驅(qū)動軸2固定 連接構(gòu)成了轉(zhuǎn)子部分。原邊磁芯線圈3和副邊磁芯線圈5之間在圓周徑向方 向上具有一定間隙L。
權(quán)利要求1、回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征在于它包括外殼、原邊磁芯線圈、副邊磁芯線圈和驅(qū)動軸，外殼與原邊磁芯線圈的磁芯外圓周固定連接構(gòu)成定子部分，副邊磁芯線圈與驅(qū)動軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)子部分，原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈之間具有一定間隙。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征 在于所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯同軸設(shè)置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征 在于所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯采用開口相對設(shè)置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特 征在于所述原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈在軸向上具有一定間隙。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征 在于所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯采用同軸套設(shè)設(shè)置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特 征在于所述原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈在徑向方向具有一定間隙。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其 特征在于所述驅(qū)動軸與內(nèi)套連接，副邊磁芯線圈與驅(qū)動軸通過內(nèi)套 連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l-6任一條所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征在于它還包括匹配元件，匹配元件連接在原邊磁芯線圈的回 路中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征在于所述匹配元件為匹配電感和/或匹配電容。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，其特征 在于它還包括匹配電感和/或匹配電容，匹配電感和匹配電容連接在 原邊磁芯線圈的回路中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電信號傳輸裝置，它包括外殼、原邊磁芯線圈、副邊磁芯線圈和驅(qū)動軸，外殼與原邊磁芯線圈的磁芯外圓周固定連接構(gòu)成定子部分，副邊磁芯線圈與驅(qū)動軸連接構(gòu)成轉(zhuǎn)子部分，原邊磁芯線圈與副邊磁芯線圈之間具有一定間隙。所述原邊磁芯線圈和副邊磁芯線圈的磁芯同軸設(shè)置。本實(shí)用新型可應(yīng)用到超聲內(nèi)圓磨削、超聲銑削、超聲鉆削、超聲雕刻、超聲鏜削、超聲攻絲、超聲鉸孔等回轉(zhuǎn)式超聲振動加工設(shè)備中，解決其超聲波電信號傳輸問題。
文檔編號H02N2/00GK201393181SQ20092008913
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者劉自然, 逵 孟, 燕 張, 華 李, 征 李, 振 殷, 杰 沙 申請人:河南工業(yè)大學(xué)