CN111185357A - 单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，包括：定子装置和转子装置。定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，换能线圈缠绕在线圈载体上，导磁体外套在换能线圈上。转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，转子轴的一部分伸进线圈载体内，换能材料堆设在转子轴上，后匹配块装配在换能材料堆的轴向一侧，换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，换能材料堆的轴向两端均为永磁体。其中，换能线圈包在导磁体内，换能材料堆包在换能线圈内，转子装置与线圈载体、导磁体均间隔开，转子装置相对定子装置可转动。本发明可以简化结构，提高系统的连续使用时间、稳定性和可靠性。

Description

单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器

技术领域

本发明涉及超声加工装备领域，尤其是涉及一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器。

背景技术

旋转超声加工因为在正常旋转加工的基础上增加了一个高频率的振动，与一般旋转加工相比，在加工过程中具有切削力小，切削热低，加工表面质量高等优势。旋转超声加工需要传输电能并由超声换能器将电能转化为高频率振动，而旋转的系统中无法使用导线，因此，一般的超声换能器多使用非接触电能传输装置。

非接触传输电能使用一组由导线与超声电源连接的原边，和一组随主轴旋转的副边，利用电磁感应传递电能，如CN105397920A使用的超声振动刀柄中，换能线圈、超磁致伸缩材料件设于转子装置上，需要设有副边部件和原边部件组成非接触电能传输系统以传输电能至换能线圈。又如CN108704830B使用的超声换能器中，导磁体、第二导磁体、振动体、线圈组件和枢纽件均为同轴结构，需要共同转动，所述线圈组件也需要通过非接触电能传输才能接收电能。再如CN107931079A也使用非接触电能传输方式。

然而，非接触电能传输存在以下问题：其一，电能在非接触传输中存在损耗，且损耗的电能会变为热能使得原边和副边电路发热；其二，无法直接监测、控制对换能材料作用的换能线圈，只能通过控制原边电路调整副边电路，存在滞后性等；其三，在非接触电能传输过程中，由于副边的旋转，原副边之间的间隙值可能随主轴晃动而改变，电能传输比不稳定，进而影响超磁致伸缩超声换能器的振动稳定性。因此，超声换能器存在较大的改进空间，以改善非接触电能传输中所带来的一系列问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，以简化超声换能器的结构，无需非接触电能传输装置，提高系统的连续使用时间，提高超磁致伸缩超声换能器的稳定性和可靠性。

根据本发明实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，包括：定子装置，所述定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，所述线圈载体为两端敞开的中空件，所述换能线圈缠绕在所述线圈载体上，所述换能线圈构造成在通电时产生交变磁场，所述导磁体外套在所述换能线圈上；转子装置，所述转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，所述转子轴的一部分伸进所述线圈载体内，所述换能材料堆设在所述转子轴上，所述后匹配块装配在所述换能材料堆的轴向一侧以使所述换能材料堆的轴向两端被夹紧，所述换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，所述换能材料堆的轴向两端均为所述永磁体；其中，所述换能线圈包在所述导磁体内，所述换能材料堆包在所述换能线圈内，所述转子装置与所述线圈载体、所述导磁体均间隔开，所述转子装置相对所述定子装置可转动，所述超磁致伸缩材料件在交变磁场中产生伸缩运动以使所述转子装置在转动的同时振动。

根据本发明实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，通过利用换能线圈产生本身与超磁致伸缩材料不接触的特性，使用磁场为定子装置和转子装置进行能量交换，取消了原副边电路和非接触电能传输，而将换能线圈作为固定端，产生磁场作用于旋转的超磁致伸缩材料件，具有电路简单，电能传输稳定，发热小，可直接检测、控制换能线圈电路，加工成本低，便于装卸等优势，从而有利于简化超声换能器的结构，提高系统的连续使用时间，提高超磁致伸缩超声换能器的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，所述导磁体包括：第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体外套在所述换能线圈上，所述第二导磁体为片状且连接在所述第一导磁体的轴向两端，所述第二导磁体覆盖在所述换能线圈的轴向两端上。

具体地，所述换能线圈和所述线圈载体整体为圆管体，所述第一导磁体为圆筒状且外套在所述圆管体上，所述第二导磁体为圆环片，所述第一导磁体的内径与所述圆管体的外径相等，所述第二导磁体的外径与所述第一导磁体的外径相等，所述第二导磁体的内径与所述圆管体的内径相等，所述第一导磁体上设有穿孔，所述换能线圈的导线穿过所述穿孔后接电。

在一些实施例中，所述转子轴内设有第一轴腔，所述换能材料堆和所述后匹配块设在所述第一轴腔内。

具体地，所述转子轴内设有第二轴腔，所述第二轴腔在远离所述第一轴腔的一侧敞开，所述第一轴腔和所述第二轴腔之间的隔板上设有连通孔，所述转子装置还包括第一螺钉，所述第一螺钉装配在所述连通孔处且止抵在所述后匹配块上，通过所述第一螺钉在所述连接孔上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。

在一些实施例中，所述第一轴腔的远离所述后匹配块的一端敞开，所述转子装置还包括：输出盖，所述输出盖连接在所述转子轴的对应所述第一轴腔敞开的一端上，所述输出盖的一部分形成止抵在所述换能材料堆上的抵块，以夹紧所述换能材料堆。

具体地，所述转子轴和所述输出盖的其中一个上设有第一圆台，所述转子轴和所述输出盖的另一个上设有第二圆台，所述第一圆台外套在所述第二圆台上，所述第一圆台与所述第二圆台之间为过盈配合连接。

在一些实施例中，所述超磁致伸缩材料件和所述永磁体均为环形且外套在所述转子轴上，所述后匹配块为环形且外套在所述转子轴上。

具体地，所述转子轴的外周上设有轴台，所述轴台环绕所述转子轴的轴线设置，所述换能材料堆的轴向一端止抵在所述轴台上，所述后匹配块螺纹连接在所述转子轴上，所述后匹配块止抵在所述换能材料堆的轴向另一端上，通过所述后匹配块在所述转子轴上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。

进一步地，所述轴台的一侧设有环槽，所述换能材料堆的一部分卡入所述环槽内。

在一些实施例中，单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器还包括：刀柄和壳体部，所述刀柄适于连接在机床的主轴上，所述壳体部外套在所述刀柄上，所述壳体部构造成随所述主轴移动但不随所述主轴转动；其中，所述定子装置连接固定在所述壳体部上，所述转子装置连接固定在所述刀柄上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器的立体图(换能器整体沿轴线进行了剖开以展示内部装配关系)；

图2为本发明一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括主轴外壳、连接壳和定子装置)；

图3为本发明一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括刀柄和转子装置)；

图4为本发明另一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的剖视图(其中，包括刀柄和转子装置)；

图5为本发明一实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器部分结构的立体图(其中，定子壳体和连接壳上设有用于露出第三螺钉的方槽)。

附图标记：

单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100、

壳体部1、主轴外壳12、连接壳13、第四螺钉14、定子壳体15、第五螺钉16、

定子装置2、换能线圈22、线圈载体23、第一导磁体24、第二导磁体25、穿孔26、转子装置3、转子轴31、第一圆台311、轴台312、换能材料堆32、超磁致伸缩材料件321、永磁体322、后匹配块33、隔板34、第一螺钉35、输出盖36、第二圆台361、第二螺钉37、

第三螺钉4、方槽5、刀柄7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100。

根据本发明实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100，如图1所示，包括：定子装置2和转子装置3。定子装置2包括换能线圈22、线圈载体23和导磁体，线圈载体23为两端敞开的中空件，换能线圈22缠绕在线圈载体23上，换能线圈22构造成在通电时产生交变磁场，导磁体外套在换能线圈22上。转子装置3包括：转子轴31、换能材料堆32和后匹配块33，转子轴31的一部分伸进线圈载体23内，换能材料堆32设在转子轴31上，后匹配块33装配在换能材料堆32的轴向一侧以使换能材料堆32的轴向两端被夹紧，换能材料堆32包括超磁致伸缩材料件321和多个永磁体322，换能材料堆32的轴向两端均为永磁体322。其中，换能线圈22包在导磁体内，换能材料堆32包在换能线圈22内，转子装置3与线圈载体23、导磁体均间隔开，转子装置3相对定子装置2可转动，超磁致伸缩材料件321在交变磁场中产生伸缩运动以使转子装置3在转动的同时振动。

在此过程中，换能线圈和超磁致伸缩材料件未接触，中间用磁场做介质传递了能量。由此本发明实施例单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100中，将换能线圈22和导磁体放到定子装置2上，可以取消原副边，此时换能线圈22和导磁体无需旋转。从而整个系统可以包括仅一个不旋转的电路，便于该电路直接被检测和控制。

也就是说，单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100利用换能线圈22产生本身与超磁致伸缩材料不接触的特性，使用磁场为定子装置2和转子装置3进行能量交换，取消了原副边电路和非接触电能传输，而将换能线圈22作为固定端，产生磁场作用于旋转的超磁致伸缩材料件321，从而可以简化超声换能器100的结构，降低加工成本，并可以减少电能传输过程中的损耗，减少损耗的电能发热而对系统运行产生影响，从而可以提高单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100的连续使用时间。

另外本发明实施例单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100中将换能线圈22作为固定端，还具有电能传输稳定，可直接检测、控制换能线圈22电路等优势，从而有利于提高超磁致伸缩超声换能器100的稳定性和可靠性。

根据本发明实施例的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100，通过利用换能线圈22产生本身与超磁致伸缩材料件321不接触的特性，使用磁场为定子装置2和转子装置3进行能量交换，取消了原副边电路和非接触电能传输，而将换能线圈22作为固定端，产生磁场作用于旋转的超磁致伸缩材料件321，具有电路简单，电能传输稳定，发热小，可直接检测、控制换能线圈22电路，加工成本低，便于装卸等优势，从而有利于简化超声换能器100的结构，提高系统的连续使用时间，提高超磁致伸缩超声换能器100的稳定性和可靠性。

在一些实施例中，如图1和图2所示，导磁体包括：第一导磁体24和第二导磁体25，第一导磁体24外套在换能线圈22上，第二导磁体25为片状且连接在第一导磁体24的轴向两端，第二导磁体25覆盖在换能线圈22的轴向两端上。这样第一导磁体24和第二导磁体25可以优化交变磁场，使得磁场分布更加合理。这里第一导磁体24和第二导磁体25的导磁材料可以不同，有利于调节磁场集中的范围。当然，第一导磁体24和第二导磁体25也可以一体化设置，也能起到优化交变磁场的作用，在此对第一导磁体24和第二导磁体25的具体形式不作限制。

具体地，如图1和图2所示，换能线圈22和线圈载体23整体为圆管体，第一导磁体24为圆筒状且外套在圆管体上，第二导磁体25为圆环片，第一导磁体24的内径与圆管体的外径相等，第二导磁体25的外径与第一导磁体24的外径相等，第二导磁体25的内径与圆管体的内径相等。这样便于第一导磁体24和第二导磁体25加工、装配，且使得超声换能器100的布局更加紧凑。

如图1所示，第一导磁体24上设有穿孔26，换能线圈22的导线穿过穿孔26后接电。这样电能可以直接通过导线传输至换能线圈22，电路更加简单，减少电能传输过程中的损耗，减少损耗的电能发热而对系统运行产生影响。

在一些实施例中，如图3所示，转子轴31内设有第一轴腔，换能材料堆32和后匹配块33设在第一轴腔内。可以理解的是，第一轴腔可以对换能材料堆32和后匹配块33起到限位、固定的作用，从而可以提高换能材料堆32的作业稳定性。

具体地，如图3所示，转子轴31内设有第二轴腔，第二轴腔在远离第一轴腔的一侧敞开，第一轴腔和第二轴腔之间的隔板34上设有连通孔，转子装置3还包括第一螺钉35，第一螺钉35装配在连通孔处且止抵在后匹配块33上，通过第一螺钉35在连接孔上的旋紧圈数可调节后匹配块33对换能材料堆32的夹紧力。可以理解的是，第一螺钉35可以为后匹配块33提供预紧力，使得后匹配块33紧压换能材料堆32，且第一螺钉35在连接孔上的旋紧圈数可以实现对换能材料堆32夹紧力的可控，从而进一步提高换能材料堆32的安装及作业稳定性。

可选的，如图3所示，超磁致伸缩材料件321和永磁体322均可以为圆柱状，其直径略小于第一轴腔的内径。多个永磁体322将多个超磁致伸缩材料件321隔开并夹在中间，从而可以为超磁致伸缩材料件321提供预磁场。超磁致伸缩材料件321和永磁体322可以切片并粘接，从而可以提高超磁致伸缩材料件321和永磁体322可承受压力的能力，超磁致伸缩材料件和永磁体322之间也可以粘接起来，当然，在粘结时应保证超磁致伸缩材料件321和永磁体322的同轴度和圆度。

可选的，后匹配块33朝向换能材料堆32的一端设有与换能材料堆32外径间隙配合的第三腔体，后匹配块33与第一腔体间隙配合。在装配时，可以先将换能材料堆32装入后匹配块33中，随之将后匹配块33与换能材料堆32一起装入第一腔体，通过第二腔体向连通孔内装入第一螺钉35，通过长的力矩扳手等可以旋转第一螺钉35，调整换能材料堆32的预紧力。

在一些实施例中，如图3所示，第一轴腔的远离后匹配块33的一端敞开，转子装置3还包括：输出盖36，输出盖36连接在转子轴31的对应第一轴腔敞开的一端上，输出盖36的一部分形成止抵在换能材料堆32上的抵块，以夹紧换能材料堆32。这样可以进一步提升换能材料推的安装及作业稳定性。

可选的，如图3所示，输出盖36通过第二螺钉37连接在转子轴31上。可以理解的是，第二螺钉37的设置可以提高输出盖36的安装稳定性，使得输出盖36可以对换能材料堆32起到良好的限位、固定作用。当然，在其它的一些实施例中，输出盖36也可以采用其它的连接方式，如卡扣结构、螺栓、销子等，在此对输出盖36的具体连接形式不作限制。

具体地，转子轴31和输出盖36的其中一个上设有第一圆台311，转子轴31和输出盖36的另一个上设有第二圆台361，第一圆台311外套在第二圆台361上，第一圆台311与第二圆台361之间为过盈配合连接。这样通过第一圆台311、第二圆台361的配合，可以提高转子轴31和输出盖36连接的可靠性，且便于定位，使得拆卸、装配更加方便。如图3所示，转子轴31上可以设有第一圆台311，输出盖36上可以设有第二圆台361。当然，在其它的一些实施例中，输出盖36上可以设有第一圆台311，转子轴31上可以设有第二圆台361，以上均能实现转子轴31和输出盖36的可靠连接，在此对第一圆台311、第二圆台361的具体位置不作限制。

在一些实施例中，如图4所示，超磁致伸缩材料件321和永磁体322均为环形且外套在转子轴31上，后匹配块33为环形且外套在转子轴31上。这样可以提高超磁致伸缩材料件321和永磁体322的同轴度，从而提高永磁体322为超磁致伸缩材料件321提供预磁场的稳定性。

具体地，如图4所示，转子轴31的外周上设有轴台312，轴台312环绕转子轴31的轴线设置，换能材料堆32的轴向一端止抵在轴台312上，后匹配块33螺纹连接在转子轴31上，后匹配块33止抵在换能材料堆32的轴向另一端上，通过后匹配块33在转子轴31上的旋紧圈数可调节后匹配块33对换能材料堆32的夹紧力。可以理解的是，轴台312可以对换能材料堆32起到限位、固定的作用，从而可以提高换能材料堆32的安装及作用稳定性。后匹配块33的设置可以为换能材料堆32提供预紧力，且通过后匹配块33在转子轴31上的旋紧圈数可以实现对换能材料堆32夹紧力的可控，从而进一步提高换能材料堆32的安装及作业稳定性。

进一步地，如图4所示，轴台312的一侧设有环槽，换能材料堆32的一部分卡入环槽内。这样便于换能材料推的定位，有利于提升换能材料堆32的安装及作业稳定性。

可选的，在后匹配块33与换能材料堆32之间可以涂抹润滑剂。当然，在其它的一些实施例中，也可以将换能材料堆32上的永磁体322用键等形式连接在输出盖36或轴台312上，以上方式均能减少过大的扭矩传递到超磁致伸缩材料件321上，从而可以避免粘结的换能材料堆损坏，提高超磁致伸缩材料件321的作业稳定性，提高超磁致伸缩材料件321的使用寿命。

在一些实施例中，如图1所示，单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100还包括：刀柄7和壳体部1，刀柄7适于连接在机床的主轴上，壳体部1外套在刀柄7上，壳体部1构造成随主轴移动但不随主轴转动。其中，定子装置2连接固定在壳体部1上，转子装置3连接固定在刀柄7上。这样刀柄7可以随机床的主轴旋转，并带动转子装置3旋转以与定子装置2进行能量交换。另外，壳体部1的设置可以对定子装置2起到限位、固定的作用，提升定子装置2的安装及作业稳定性。

可选的，如图1所示，壳体部1包括主轴外壳12、连接壳13和定子壳体15。主轴外壳12、连接壳13和定子壳体15依次相连，主轴外壳12和连接壳13外套在刀柄7上，主轴外壳12构造成随主轴同步移动，定子壳体15外套连接在第一导磁体24和两端的第二导磁体25上。这样便于装配作业，有利于检测、维修操作。

可选的，刀柄7可以采用侧定的方式连接在转子装置3上。如图5所示，在一些实施例中，转子轴31和刀柄7之间可以通过第三螺钉4连接，第三螺钉4沿转子轴31的径向延伸设置，定子壳体15和连接壳13上设有用于露出第三螺钉4的方槽5。可以理解的是，第三螺钉4的设置可以使得转子轴31和刀柄7同步转动，且可以提高实现刀柄7作业的稳定性。方槽5的设置可以便于装配作业，这样在装配作业时，可以旋转主轴将转子轴31和刀柄7上的第三螺钉4安装位与定子壳体15和连接壳13上的方槽5对齐，然后用第三螺钉4固定转子轴31和刀柄7。当然，在其它的一些实施例中，也可以销子进行侧定连接，也能实现上述功能。

当然，在其它的一些实施例中，刀柄7还可以通过热装、莫氏锥度和液压刀柄等方式与转子装置3连接实现周向定位。在此对刀柄7与转子轴31的具体连接形式不作限制。

可选的，如2图所示，主轴外壳12和连接壳13之间可以通过第四螺钉14连接，从而可以提高主轴外壳12和连接壳13的连接可靠性。当然，在其它的一些实施例中，主轴外壳12和连接壳13之间可以使用其它的连接结构，如卡扣结构等，在此对主轴外壳12和连接壳13的连接形式不作限制。

可选的，如2图所示，连接壳13和定子壳体15之间可以通过第五螺钉16连接，从而可以提高连接壳13和定子壳体15的连接可靠性。当然，在其它的一些实施例中，连接壳13和定子壳体15之间还可以使用其它的连接结构，如卡扣结构等，在此对连接壳13和定子壳体15的连接形式不作限制。

下面参考附图描述本发明的多个具体实施例中单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100。

实施例1：

如图1-图3所示，单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器100包括：定子装置2、转子装置3、刀柄7和壳体部1。

其中，定子装置2包括换能线圈22、线圈载体23、第一导磁体24和第二导磁体25，线圈载体23为中空的回转件，换能线圈22缠绕在线圈载体23上，换能线圈22和线圈载体23整体形成为圆管体，第一导磁体24为圆筒状且外套在圆管体上，第二导磁体25为圆环片，第二导磁体25设在圆管体的轴向两端，，第一导磁体24和第二导磁体25的导磁材料不同，第一导磁体24和定子壳体15上设有对应的穿孔26，换能线圈22的导线穿过两个穿孔26后伸出定子壳体15。第二导磁体25的内径与圆管体的内径相等，第二导磁体25的内径与圆管体的外径相等。

转子装置3包括：转子轴31、换能材料堆32、后匹配块33和输出盖36。转子轴31的一端与刀柄7相连，转子轴31的另一端从定子装置2内伸出，换能材料堆32设在转子轴31上，换能材料堆32包括多个超磁致伸缩材料件321和多个永磁体322，多个超磁致伸缩材料件321和多个永磁体322沿转子轴31的轴向交替叠层，换能材料堆32的轴向两端均为永磁体322，换能材料堆32至少部分同轴设置在圆管体内，后匹配块33设在转子轴31上，后匹配块33位于换能材料堆32的朝向刀柄7的一侧。转子轴31内设有第一轴腔，换能材料堆32和后匹配块33设在第一轴腔内。转子轴31内设有第二轴腔，第二轴腔在远离第一轴腔的一侧敞开且外套在刀柄7上，第一轴腔和第二轴腔之间的隔板34上设有连通孔，转子装置3还包括第一螺钉35，第一螺钉35装配在连通孔处且止抵在后匹配块33上。输出盖36通过第二螺钉37连接在转子轴31的远离刀柄7的一端，输出盖36位于定子装置2外。输出盖36上设有第一圆台311，转子轴31上设有第二圆台361，第一圆台311外套在第二圆台361上，第一圆台311与第二圆台361之间为过盈配合连接。

壳体部1包括：主轴外壳12、连接壳13和定子壳体15。刀柄7适于连接在机床的主轴上。主轴外壳12和连接壳13相连，主轴外壳12和连接壳13外套在刀柄7上，主轴外壳12构造成随主轴同步移动，定子壳体15外套连接在第一导磁体24和两端的第二导磁体25上。

如图5所示，转子轴31和刀柄7之间设有通过第三螺钉4连接，第三螺钉4沿转子轴31的径向延伸设置，定子壳体15和连接壳13上设有用于露出第三螺钉4的方槽5。

在整体装配中，可以先将刀柄7的一端安装在机床主轴上，然后依次将连接壳13安装在主轴外壳12上，将定子装置2安装在连接壳13上，转子子装置2中的转子壳体11套合在刀柄7的另一端。随后可以旋转主轴将转子轴31和刀柄7上的第三螺钉4安装位与定子壳体15和连接壳13上的方槽5对齐，然后用第三螺钉4固定转子轴31和刀柄7。

实施例2：

如图4所示，转子装置3包括：转子轴31、换能材料堆32、后匹配块33和输出盖36。转子轴31的一端与刀柄7相连，转子轴31的另一端从定子壳体15内伸出，换能材料堆32设在转子轴31上，换能材料堆32包括多个超磁致伸缩材料件321和多个永磁体322，多个超磁致伸缩材料件321和多个永磁体322沿转子轴31的轴向交替叠层，换能材料堆32的轴向两端均为永磁体322，换能材料堆32至少部分同轴设置在圆管体内，后匹配块33设在转子轴31上，后匹配块33位于换能材料堆32的朝向刀柄7的一侧。超磁致伸缩材料件321和永磁体322均为环形且外套在转子轴31上，后匹配块33为环形且外套在转子轴31上。转子轴31的外周上设有轴台312，轴台312环绕转子轴31的轴线设置，轴台312位于定子装置2外，轴台312的朝向刀柄7的一侧设有环槽，换能材料堆32的一部分卡入环槽内。后匹配块33螺纹连接在转子轴31上。

壳体部1、定子装置2和第三螺钉4已在实施例1中详细介绍，这里不在赘述。

在整体装配中，可以先将刀柄7的一端安装在机床主轴上，然后依次将连接壳13安装在主轴外壳12上、定子装置2安装在连接壳12上、转子装置3中的输出盖36插入刀柄的另一端。随后可以旋转主轴将转子轴31和刀柄7上的第三螺钉4安装位与定子壳体15和连接壳13上的方槽5对齐，然后用第三螺钉4固定转子轴31和刀柄7。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，包括：

定子装置，所述定子装置包括换能线圈、线圈载体和导磁体，所述线圈载体为两端敞开的中空件，所述换能线圈缠绕在所述线圈载体上，所述换能线圈构造成在通电时产生交变磁场，所述导磁体外套在所述换能线圈上；

转子装置，所述转子装置包括：转子轴、换能材料堆和后匹配块，所述转子轴的一部分伸进所述线圈载体内，所述换能材料堆设在所述转子轴上，所述后匹配块装配在所述换能材料堆的轴向一侧以使所述换能材料堆的轴向两端被夹紧，所述换能材料堆包括超磁致伸缩材料件和多个永磁体，所述换能材料堆的轴向两端均为所述永磁体；其中，

所述换能线圈包在所述导磁体内，所述换能材料堆包在所述换能线圈内，所述转子装置与所述线圈载体、所述导磁体均间隔开，所述转子装置相对所述定子装置可转动，所述超磁致伸缩材料件在交变磁场中产生伸缩运动以使所述转子装置在转动的同时振动。

2.根据权利要求1所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述导磁体包括：第一导磁体和第二导磁体，所述第一导磁体外套在所述换能线圈上，所述第二导磁体为片状且连接在所述第一导磁体的轴向两端，所述第二导磁体覆盖在所述换能线圈的轴向两端上。

3.根据权利要求2所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述换能线圈和所述线圈载体整体为圆管体，所述第一导磁体为圆筒状且外套在所述圆管体上，所述第二导磁体为圆环片，所述第一导磁体的内径与所述圆管体的外径相等，所述第二导磁体的外径与所述第一导磁体的外径相等，所述第二导磁体的内径与所述圆管体的内径相等，所述第一导磁体上设有穿孔，所述换能线圈的导线穿过所述穿孔后接电。

4.根据权利要求1所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴内设有第一轴腔，所述换能材料堆和所述后匹配块设在所述第一轴腔内。

5.根据权利要求4所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴内设有第二轴腔，所述第二轴腔在远离所述第一轴腔的一侧敞开，所述第一轴腔和所述第二轴腔之间的隔板上设有连通孔，所述转子装置还包括第一螺钉，所述第一螺钉装配在所述连通孔处且止抵在所述后匹配块上，通过所述第一螺钉在所述连接孔上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。

6.根据权利要求4所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述第一轴腔的远离所述后匹配块的一端敞开，所述转子装置还包括：输出盖，所述输出盖连接在所述转子轴的对应所述第一轴腔敞开的一端上，所述输出盖的一部分形成止抵在所述换能材料堆上的抵块，以夹紧所述换能材料堆。

7.根据权利要求6所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴和所述输出盖的其中一个上设有第一圆台，所述转子轴和所述输出盖的另一个上设有第二圆台，所述第一圆台外套在所述第二圆台上，所述第一圆台与所述第二圆台之间为过盈配合连接。

8.根据权利要求1所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述超磁致伸缩材料件和所述永磁体均为环形且外套在所述转子轴上，所述后匹配块为环形且外套在所述转子轴上。

9.根据权利要求8所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述转子轴的外周上设有轴台，所述轴台环绕所述转子轴的轴线设置，所述换能材料堆的轴向一端止抵在所述轴台上，所述后匹配块螺纹连接在所述转子轴上，所述后匹配块止抵在所述换能材料堆的轴向另一端上，通过所述后匹配块在所述转子轴上的旋紧圈数可调节所述后匹配块对所述换能材料堆的夹紧力。

10.根据权利要求9所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，所述轴台的一侧设有环槽，所述换能材料堆的一部分卡入所述环槽内。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的单电路的旋转超磁致伸缩超声换能器，其特征在于，还包括：刀柄和壳体部，所述刀柄适于连接在机床的主轴上，所述壳体部外套在所述刀柄上，所述壳体部构造成随所述主轴移动但不随所述主轴转动；其中，所述定子装置连接固定在所述壳体部上，所述转子装置连接固定在所述刀柄上。

Images