CN209379357U - 一种多模态振动的超声清洗用换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多模态振动的超声清洗用换能器，所述换能器包括后匹配块、压电晶体组件及声能辐射块，所述压电晶体组件后端与所述后匹配块前端相连，所述后匹配块中心连接有预应力螺杆，所述压电晶体组件连接有电极片；所述声能辐射块的后端面连接至少一个所述压电晶体组件；工作时，所述声能辐射块在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率分别与其厚度方向振动模态频率接近或相同。本多模态振动的超声清洗用换能器能在水中实现相同频率下不同振动方向模态，产生不同方向声能均匀分布的效果，用于清洗零件时具有清洗效果好、使用成本低、能量均匀分布等特点。

Description

一种多模态振动的超声清洗用换能器

技术领域

本实用新型涉及一种超声换能器，特别是涉及一种多模态振动的超声清洗用换能器。

背景技术

超声换能器，是一种实现电能与声能(即高频机械振动能)相互转换的器件。超声清洗或处理，是通过换能器产生的超声波振动，在水中发生空化效应所产生的瞬间高压空泡，冲击被清洗物而达到良好的清洗效果称为超声清洗，或这种空泡对溶解于水中的物质产生特殊的物理和化学反应效果，称为超声处理。

传统的在水中多维度振动的换能器多采用单一振动模态的变截面棒式或多模态振动的空心棒式通过插入水中工作来实现(简称：棒式清洗换能器)，或者在清洗槽外侧布置不同方向的单一轴向振动的清洗换能器来实现。如图1所述的现有棒式清洗换能器结构示意图，棒式清洗换能器包括现有换能器主体11和变截面棒12，变截面棒12为实心棒或空心棒。

传统的清洗换能器的变截面棒12通常设计为圆锥体形或直柱体形，为轴向的单一振动模态，在水中的声场能量同样表现为沿其振动方向的单一轴向的优势分布。对应产生的空化效应及清洗效果也呈类似的区域分布。对于复杂待清洗物体，如需对具有不同方向的盲孔进行清洗的金属零件，就需要定时变换被清洗零件的角度或在多方向上排布换能器来实现不同方向的振动效果振动，以达到彻底清洗的目的。

现有的棒式清洗因为电学Q值高，输出功率大，需要高精度的频率跟踪电路驱动，因此技术难度大，成本高，一般只能适用在频率较低(如15－30KHZ)，不适合功率较大的场合。而在多方向排布的传统的清洗换能器，需要特定结构清洗槽体，相对结构复杂，成本也高。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种多模态振动的超声清洗用换能器，其能在水中实现相同频率下不同振动方向模态，产生不同方向声能均匀分布的效果，用于清洗零件时具有清洗效果好、使用成本低、能量均匀分布等特点。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种多模态振动的超声清洗用换能器，所述换能器包括后匹配块、压电晶体组件及声能辐射块，所述压电晶体组件后端与所述后匹配块前端相连，所述后匹配块中心连接有预应力螺杆，所述压电晶体组件连接有电极片；所述声能辐射块的后端面连接至少一个所述压电晶体组件；所述声能辐射块为基于振动模态设计的几何体；工作时，所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率分别与其厚度方向振动模态频率接近或相同。

优选地，所述声能辐射块的后端面连接至少两个相并联的所述压电晶体组件。

优选地，所述压电晶体组件包括一个压电晶体，或N个压电晶体,其中N为偶数，且N>1。

优选地，所述压电晶体为压电陶瓷。

优选地，所述声能辐射块为长方体、正方体、椭圆体或扁圆体。

优选地，所述几何体为实心体。

优选地，所述压电晶体组件与所述后匹配块及声能辐射块之间分别设有绝缘片。

如上所述，本实用新型的一种多模态振动的超声清洗用换能器，具有以下有益效果：

由于所述声能辐射块的后端面连接至少一个所述压电晶体组件；所述声能辐射块为基于振动模态设计的几何体；工作时，所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率分别与其厚度方向的振动模态频率接近或相同，故多模态振动的超声清洗用换能器能在水中实现相同频率下不同振动方向模态，产生不同方向声能均匀分布的效果，用于清洗零件时具有清洗效果好、使用成本低等特点。

附图说明

图1显示为现有技术中的棒式清洗换能器结构示意图。

图2显示为本实用新型的第一实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的立体图。

图3显示为本实用新型的第一实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的主视图。

图4显示为本实用新型的第一实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的俯视图。

图5显示为本实用新型的第二实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的立体图。

图6显示为本实用新型的第二实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的主视图。

图7显示为本实用新型的第二实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的俯视图。

元件标号说明

11 现有换能器主体

12 变截面棒

2 预应力螺杆

3 后匹配块

4 电极片

5 压电晶体组件

6 声能辐射块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图2至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种多模态振动的超声清洗用换能器，该换能器能在水中实现相同频率下不同振动方向模态，产生不同方向声能均匀分布的效果，取得清洗效果好、成本低等效果。

图2为本实用新型第一实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的立体图，如图2至图4所示，多模态振动的超声清洗用换能器包括一个后匹配块3、一个压电晶体组件5和一个声能辐射块6，所述压电晶体组件5后端面与所述后匹配块3相连，所述压电晶体组件5前端面与所述声能辐射块6后端面相连，后匹配块3中心连接有预应力螺杆2；通过所述预应力螺杆2很大程度上能够消除或减弱所述压电晶体组件5在起振过程中受到的拉应力，避免因应力过大造成所述压电晶体组件5损坏，进而延长了本换能器使用寿命，降低了维修成本。

所述声能辐射块6为基于振动模态设计的几何体，只要设计的尺寸满足在工作时所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率，和/或，椭圆体或扁圆体直径方向的频率分别与其厚度方向的振动模态频率接近或相同即可。本实用新型对几何体的形状不做严格限制，只要设计的几何体尺寸满足在工作时所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率分别与其厚度方向的振动模态频率接近或相同均属于本实用新型保护范围。

所述几何体可以是长方体、正方体、或椭圆体；换句话说，所述声能辐射块6可以是长方体、正方体、椭圆体或扁圆体。所述几何体为椭圆体或扁圆体时，在工作时所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率，和/或，椭圆体或扁圆体直径方向的频率分别与其厚度方向的振动模态频率接近或相同。

优选地，所述几何体设计为长方体或正方体；为了获得更好清洗效果，所述长方体、正方体至少一个边具有倒角。

所述压电晶体组件5连接电极片4。所述压电晶体组件5通过所述电极片4与电源相连，利用压电效应将电信号转换为机械振动。

在本实施例中，根据振动能量需要，所述压电晶体组件5可以只包括一个压电晶体，也可以包括N个压电晶体，其中N为偶数，且N>1。优选地，所述压电晶体为压电陶瓷。压电陶瓷是现有材料，这里不做赘述。

图5为本实用新型的第二实施例中一种多模态振动的超声清洗用换能器的立体图；参考图5至图7，本实施例与第一实施例的不同之处主要是：所述声能辐射块6的后端面连接有两个所述压电晶体组件5，且所述两个所述压电晶体组件5并联。

本实用新型不局限于所述声能辐射块6后端只连接一个所述压电晶体组件5，或者两个压电晶体组件5。实际上，同一块所述声能辐射块6的后端面可以连接多个所述压电晶体组件5，多个所述压电晶体组件5相并联。所述声能辐射块6连接的所述压电晶体组件5具体数目，受所述超声清洗换能器空间、使用场所等条件影响。当需要较大振动时，可以适当增加所述压电晶体组件5数目。

另外，根据使用场所情况，所述声能辐射块6前端设有变幅杆；所述变幅杆和声能辐射块6可以分别是独立结构，它们也可以是一体成型结构。

另外，为了提高安全度，所述压电晶体组件5与所述后匹配块3之间，及所述压电晶体组件5与声能辐射块6之间均设有绝缘片(图中未示出)。

本实用新型多模态振动的超声清洗用换能器的超声频率范围为：15kHz－200KHZ。与传统棒式清洗换能器相比，超声频率范围广，不仅可以适合频率较低场合，也适合功率较大的场合。故本实用新型多模态振动的超声清洗用换能器运用范围较广。另外，本多模态振动的超声清洗用换能器在工作时，所述声能辐射块6在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率，分别与厚度方向的振动模态频率接近或相同，能够产生多模态振动，实现全方位清洗待清洗产品，清洗效果好。此外，与传统棒式清洗换能器相比，清洗复杂零件时，采用本实用新型多模态振动的超声清洗用换能器后，不用定时变换被清洗零件的角度或在多方向上排布换能器来实现不同方向的振动达到彻底清洗效果，故成本低，使用方便且对安装环境要求低。

本实用新型的一种多模态振动的超声清洗用换能器可以运用于工业清洗、桌上型槽式清洗设备，家用果蔬清洗槽、洗碗机、婴儿奶瓶清洗设备等场合。

综上所述，本实用新型的一种多模态振动的超声清洗用换能器，工作时能实现相同频率下不同振动方向模态，产生不同方向声能均匀分布的效果，用于清洗零件时具有清洗效果好、使用成本低等特点。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种多模态振动的超声清洗用换能器，所述换能器包括后匹配块、压电晶体组件及声能辐射块，所述压电晶体组件后端与所述后匹配块前端相连，所述后匹配块中心连接有预应力螺杆，所述压电晶体组件连接有电极片，其特征在于，所述声能辐射块的后端面连接至少一个所述压电晶体组件；所述声能辐射块为基于振动模态设计的几何体；工作时，所述几何体在宽度方向的频率，和/或，长度方向的频率，和/或，对角方向的频率分别与其厚度方向振动模态频率接近或相同。

2.根据权利要求1所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述声能辐射块的后端面连接至少两个相并联的所述压电晶体组件。

3.根据权利要求2所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述压电晶体组件包括一个压电晶体，或N个压电晶体,其中N为偶数，且N>1。

4.根据权利要求3所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述压电晶体为压电陶瓷。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述声能辐射块为长方体、正方体、椭圆体或扁圆体。

6.根据权利要求5所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述几何体为实心体。

7.根据权利要求5所述的一种多模态振动的超声清洗用换能器，其特征在于：所述压电晶体组件与所述声能辐射块及后匹配块之间分别设有绝缘片。