CN109589506B - 一种可切换振动模态的超声针灸换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可切换振动模态的超声针灸换能器，涉及超声治疗技术领域，该发明包括振动元件、线圈、永磁体、输出杆、磁轭、碟簧、上端盖和下端盖；所述振动元件包括磁致伸缩棒和磁致伸缩筒；所述磁轭包括外磁轭、下磁轭和上磁轭；所述线圈包括扭转驱动线圈和纵向驱动线圈；该发明通过磁致伸缩材料的结构设计及和组合以及线圈的绕制，而使整个磁致伸缩换能器能够实现纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同振动模态之间的任意转换。在针灸治疗过程中，针对患者的症状和穴位的不同，需要利用不同的振动模态来刺激穴位，而该磁致伸缩换能器满足了不同振动形式的切换，不需要再更换不同振动模态的换能器，便能达到治疗需求。
Description
技术领域
本发明属于超声治疗技术领域，尤其涉及到一种可切换振动模态的超声针灸换能器。
背景技术
目前，通过超声振动来进行治疗的针灸装置不多，例如一种超声振动与传统针灸相结合的针灸方法和装置，该装置通过换能器只能产生单一的振动形式，而振动形式包括纵向振动、扭转振动、弯曲振动或者纵扭振动，如果需要更换振动模态，就需要重新制备多种不同的换能器来逐一实现，成本大大增高。且在操作过程中，无法快速更换超声振动模态，操作十分不便，且大大的降低了治疗效率，同时极大地影响了病人的舒适度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可切换不同的振动模态的新型换能器；该装置是通过磁致伸缩材料的结构设计及和组合以及线圈的绕制，而使整个磁致伸缩换能器能够实现纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同振动模态之间的任意转换。在针灸治疗过程中，针对患者的症状和穴位的不同，需要利用不同的振动模态来刺激穴位，而该磁致伸缩换能器刚好满足了不同振动形式的切换，不需要再更换不同振动模态的换能器，便能达到治疗需求，同时操作更加方便快捷，具有良好的实用价值。
一种可切换振动模态的超声针灸换能器，包括振动元件、线圈、永磁体、输出杆、磁轭、碟簧、上端盖和下端盖；所述振动元件包括磁致伸缩棒和磁致伸缩筒；所述磁轭包括外磁轭、下磁轭和上磁轭；所述线圈包括扭转驱动线圈和纵向驱动线圈；
所述磁致伸缩筒为圆形空筒，其上端部和下端部均为台阶面；所述磁致伸缩筒下端安装有连接短轴；所述连接短轴与磁致伸缩棒之间通过永磁体连接；所述磁致伸缩棒与输出杆之间通过永磁体连接；所述磁致伸缩棒置于磁致伸缩筒内；所述磁致伸缩棒上设置有纵向驱动线圈；所述磁致伸缩筒上端部台阶面上的凹槽内设置有扭转驱动线圈；
所述磁致伸缩筒轴向外壁圆周上设置有外磁轭；磁致伸缩筒的上端设置有上磁轭，下端设置有下磁轭；所述下磁轭、上磁轭和外磁轭均置于密闭结构内；
所述输出杆延伸出密闭结构的上端盖；所述输出杆与上端盖之间设置有碟簧。
进一步的，所述输出杆与上磁轭接触处设置有自润滑套筒。
进一步的，所述磁致伸缩筒下端部为四个方形台阶面。
进一步的，所述方形台阶面与连接短轴键连接。
进一步的，所述线圈的导线直径选择为0.1mm～1mm范围内。
进一步的，所述磁轭材料为软铁、A3钢或者软磁合金。
进一步的，所述永磁体的材料为稀土永磁材料钕铁硼Nd2Fe14B、钐钴(SmCo)或铝镍钴AlNiCo。
本发明的优点及有益效果
1.振动元件包括磁致伸缩棒和磁致伸缩筒两部分。其中磁致伸缩棒经过轴向磁化，在交变磁场作用下产生纵向振动，而磁致伸缩筒经过周向磁化，在交变磁场作用下产生扭转振动。两者通过结构的设计连接在一起，组成一个复合的振动元件，来共同实现纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同的振动形式。
2.线圈包括纵向驱动线圈和扭转驱动线圈，其中纵向驱动线圈缠绕在磁致伸缩棒上，为其提供交变磁场；而扭转驱动线圈则是缠绕在筒壁上，为其提供周向的交变磁场。设计驱动线圈时考虑的匝数和尺寸，为了使换能器小型化，线圈的导线直径选择为0.1mm～1mm范围内。
3.永磁体的材料可选为稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)或铝镍钴(AlNiCo)，其作用是为磁致伸缩材料提供的偏置磁场，避免磁致伸缩棒上产生倍频效应。其结构分为两种：圆盘形和圆筒形。
4.磁轭包含上磁轭、下磁轭和外磁轭。磁轭材料可选用导磁率比较高的软铁、A3钢以及软磁合金等。其作用是励磁线圈产生的磁场在空间范围形成一个环路，减小磁路中的磁阻，从而可以更好的让磁场的损耗降低，进而增加换能器的工作效率。
5.输出杆、上端盖和下端盖的材料可选为45钢，铝、铝合金、钛或者钛合金，为了使装置的小型化，优选密度较小的铝和铝合金。
6.线圈的绕制有多种方法，包括单层绕法和多层绕法。单层绕法又分为单层间绕和单层密绕，多层绕法又分为多层密绕和蜂房式绕法。由于选用的导线的直径较小，同时装置需要具有较大的电感量和较小的体积，故绕法均选择为多层密绕，其中可以通过控制线圈绕制的层数来控制电感量的大小。
7.线圈的材料选用高温线材，避免换能器工作时过热而损坏。
9.磁致伸缩筒的下表面，连接短轴的下表面以及下磁轭的上表面之间应添加润滑剂，例如添加润滑脂，作用是减少摩擦力，减少换能器扭转振动时因摩擦产生的机械损耗。
10.输出杆和上盖板之间的自润滑套筒，减少输出杆的机械损耗。
附图说明
图1为本发明一种可切换不同的振动模态的新型换能器的结构示意图；
图2为本发明图1的A-A剖视图；
图3为磁致伸缩筒的主视图的半剖图；
图4为磁致伸缩筒的俯视图；
图5为磁致伸缩筒的仰视图；
图6为连接短轴的俯视图；
图7为连接短轴的主视图的半剖图。
1-下端盖；2-下磁轭；3-连接短轴；4-永磁体；5-磁致伸缩棒；6-外磁轭；7-扭转驱动线圈；8-磁致伸缩筒；9-纵向驱动线圈；10-上磁轭；11-自润滑套筒；12-上盖板；13-碟簧；14-压紧螺栓；15-输出杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种可切换不同振动模态的超声针灸换能器，所述换能器是一种通过对磁致伸缩材料的结构设计及和组合以及线圈的绕制，在接通不同控制电路的情况下，能够实现不同的振动方式，包括纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种振动模态。
本发明是一种可切换不同振动模态的超声针灸换能器，结合附图1所示为可切换不同振动模态的超声针灸换能器的结构总图，其工作形式分为三种模态：
(1)纵向振动模态：接通驱动电源控制开关，为纵向驱动线圈9提供高频交变电流，磁致伸缩棒5在纵向驱动线圈9提供的交变电场作用，产生轴向的振动，并通过输出杆15向外传递；
(2)扭转振动模态：接通驱动电源控制开关，为扭转驱动线圈7提供高频交变电流，磁致伸缩筒8在扭转驱动线圈7提供的交变电场作用，产生扭转振动，并通过连接短轴3传递到磁致伸缩棒5，最后通过输出杆15向外传递；
(3)纵扭振动模态：同时启动纵向振动和扭转振动控制开关，产生复合的纵扭振动。
结合附图1和4所示，磁致伸缩筒8的上端，台阶面上的四段圆弧与输出杆15和磁致伸缩棒5所在的轴之间是过盈配合，无明显的连接关系，磁致伸缩筒8的下端，结合附图5，四个方形台阶面与连接短轴3之间键连接，连接短轴3四周有四个键槽。两个“十”字形的永磁体4与磁致伸缩棒5和连接短轴3之间也是键连接，为了使磁致伸缩筒8产生扭转振动时能够带动输出杆产生扭转振动，键连接是为了扭转振动传递到输出杆15。下磁轭2、外磁轭6和上磁轭10是一个整体，与传动部分没有连接关系。
本发明中的振动元件包括磁致伸缩棒5和磁致伸缩筒8两部分复合而成。其中磁致伸缩棒5经过轴向磁化，在交变磁场作用下产生纵向振动，而磁致伸缩筒8经过周向磁化，在交变磁场作用下产生扭转振动。两者通过结构的设计，以及连接短轴3的过渡，将两者复合成一个整体，组成一个复合的振动元件，来共同实现纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同的振动形式。
结合附图3至7，连接短轴3的周围开了四个槽，用于与磁致伸缩筒8的下端进行键槽连接，连接短轴3的上表面开的槽是与“十字形”永磁体4键连接，使磁致伸缩筒8产生的扭转振动准确的传递到输出杆15上。
线圈包括纵向驱动线圈9和扭转驱动线圈7，其中纵向驱动线圈9缠绕在磁致伸缩棒5上，为其提供轴向的交变磁场；而扭转驱动线圈7则是缠绕在筒壁8上，为其提供周向的交变磁场。设计驱动线圈时需考虑其尺寸，为了使换能器小型化，线圈的导线直径选择为0.1mm～1mm范围内。
永磁体4的材料可选为稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)，其作用是为磁致伸缩材料提供的偏置磁场，避免磁致伸缩棒上产生倍频效应。其结构设计成十字形，是为了约束磁致伸缩棒5和输出杆15以及磁致伸缩棒5和连接短轴3相互之间的轴向转动，使磁致伸缩筒8产生的扭转振动准确的传递到输出杆15上。
磁轭包含上磁轭10、下磁轭2和外磁轭6。磁轭材料选择导磁率比较高的软铁。其作用是励磁线圈产生的磁场在空间范围形成一个环路，减小磁路中的磁阻，从而可以更好的让磁场的损耗降低，进而增加换能器的工作效率。
输出杆15、上端盖12和下端盖1的材料选为铝合金，铝合金应用广泛，易于获得，且密度小，更符合小型化的设计理念。
压紧螺栓14为上盖板12和下盖板1之间施加预紧力，使碟簧13处于压缩状态，碟簧13起缓冲、吸振和储能作用。
线圈的绕制有多种方法，包括单层绕法和多层绕法。单层绕法又分为单层间绕和单层密绕，多层绕法又分为多层密绕和蜂房式绕法。
纵向驱动线圈9和扭转驱动线圈7选用的导线的直径较小，同时装置需要具有较大的电感量和较小的体积，故绕法均选择为多层密绕，其中可以通过控制线圈绕制的层数来控制电感量的大小。同时线圈的材料选择高温线材，防止线圈温度过高而损坏。
磁致伸缩筒8的下表面，连接短轴3的下表面以及下磁轭2的上表面之间应添加润滑剂，例如添加润滑脂，作用是减少摩擦力，减少换能器扭转振动时因摩擦产生的机械损耗。
输出杆15和上磁轭10之间连有一个自润滑套筒11，作用是减少输出杆的机械损耗。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，包括振动元件、线圈、永磁体(4)、输出杆(15)、磁轭、碟簧(13)、上端盖(12)和下端盖(1)；所述振动元件包括磁致伸缩棒(5)和磁致伸缩筒(8)；所述磁轭包括外磁轭(6)、下磁轭(2)和上磁轭(10)；所述线圈包括扭转驱动线圈(7)和纵向驱动线圈(9)；
所述磁致伸缩筒(8)为圆形空筒，其上端部和下端部均为台阶面；所述磁致伸缩筒(8)下端安装有连接短轴(3)；所述连接短轴(3)与磁致伸缩棒(5)之间通过永磁体(4)连接；所述磁致伸缩棒(5)与输出杆(15)之间通过永磁体(4)连接；所述磁致伸缩棒(5)置于磁致伸缩筒(8)内；所述磁致伸缩棒(5)上设置有纵向驱动线圈(9)；所述磁致伸缩筒(8)上端部台阶面上的凹槽内设置有扭转驱动线圈(7)；
所述磁致伸缩筒(8)轴向外壁圆周上设置有外磁轭(6)；磁致伸缩筒(8)的上端设置有上磁轭(10)，下端设置有下磁轭(2)；所述下磁轭(2)、上磁轭(10)和外磁轭(6)均置于密闭结构内；所述输出杆(15)延伸出密闭结构的上端盖(12)；所述输出杆(15)与上端盖(12)之间设置有碟簧(13)；扭转驱动线圈和纵向驱动线圈分别与驱动电源连接。
2.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述输出杆(15)与上磁轭(10)接触处设置有自润滑套筒(11)。
3.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述磁致伸缩筒(8)下端部为四个方形台阶面。
4.根据权利要求3所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述方形台阶面与连接短轴(3)键连接。
5.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述线圈的导线直径选择为0.1mm～1mm。
6.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述磁轭材料为软铁、A3钢或者软磁合金。
7.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声针灸换能器，其特征在于，所述永磁体(4)的材料为稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)或者铝镍钴(AlNiCo)。
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