专利名称：回转式非接触超声波电信号传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波电信号非接触传输领域，尤其是涉及回转的压电 超声振动加工设备。
背景技术：
超声振动加工以其较多优点普遍适用于精密与超精密加工技术中，在非 回转超声振动加工设备，如超声车削、超声挤压、超声焊接等系统中，其换 能器超声波电能信号传输是采用导线直接相连的方式，而回转超声振动加工 设备如超声铣削、超声钻削、超声磨削等其换能器电信号传输多采用碳刷、 集流环连接的传输方式，这种方式存在碳刷、集流环滑动磨损较快、大量发 热、碳积、裸露导线、转速不宜过高和容易打火等缺陷，甚至存在一定的安 全隐患，这就阻碍了其产业化应用和发展。迫切需要对这种电信号传输方式 进行改进，以适合其产业化发展的需要。
也有有关人员设计了一些相似的非接触电能传输装置，但是这些非接触 装置因为存在一些问题，所以不适合在回转超声加工设备中应用。存在的问 题如下
1. 非接触装置副边需要加装匹配元件，匹配元件重心不在回转的中心 轴线上，造成匹配原件在回转运动时发生偏心、磕碰、磨损，不能 满足高速回转超声振动加工设备的要求。
2. 采用U型、E型等类型磁芯，不适合超声设备回转部件的安装。且
这类磁芯很难在中间穿孔并传递力矩使回转部件转动，不利于部件 动平衡良好的实现，结构形式也不方便在回转超声振动加工设备中安装。
3. 采用的磁芯材料损耗高，电能信号传输效率低。
4. 磁芯材料采用脆性铁氧体材料，不能承受回转超声设备的转动冲击。 这几个问题使现有的这些非接触电能传输装置不适合在高速回转超声
加工装置中使用，制约了它们在超声振动加工装置中的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种回转式的超声波电信号传输装置，实现 超声波电信号的非接触传输。 本实用新型的技术方案是
回转式非接触超声波电信号传输装置，它包括外壳、原边磁芯线圈、副 边磁芯线圈和驱动轴，外壳与原边磁芯线圈的磁芯外圆周固定连接构成定子 部分，副边磁芯线圈与驱动轴连接构成转子部分，原边磁芯线圈与副边磁芯 线圈之间具有一定间隙。
所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯同轴设置。 所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯采用开口相对设置。 所述原边磁芯线圈与副边磁芯线圈在轴向上具有一定间隙。 所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯采用同轴套设设置。 所述原边磁芯线圈与副边磁芯线圈在径向方向具有一定间隙。 所述驱动轴与内套连接，副边磁芯线圈与驱动轴通过内套连接。 它还包括匹配元件，匹配元件连接在原边磁芯线圈的回路中。 所述匹配元件为匹配电感和/或匹配电容。
它还包括匹配电感和/或匹配电容，匹配电感和匹配电容连接在原边磁 芯线圈的回路中。本实用新型可应用到超声内圆磨削、超声铣削、超声钻削、超声雕刻、 超声镗削、超声攻丝、超声铰孔等回转式超声振动加工设备中，解决其超声 波电信号传输问题。本实用新型还具有以下优点
1. 解决了以往碳刷、集流环接触式传输的转速限制问题。
2. 回转一侧的副边电路不需要添加匹配元件进行电路匹配，可以大大 降低超声加工设备中回转部件的动不平衡问题；
3. 縮小了非接触超声波电能传输装置转子部分的回转直径，降低了转 子部分的转动惯量，有利于提高非接触超声波电能传输装置和超声 加工设备整体的动平衡性能。
4. 使用高导铁基纳米晶材料特殊粘接工艺制作磁芯，提高了装置能量
传输效率，提高磁芯强度，更好抵抗转动冲击。
5. 提高了超声波电能传输的安全性能。
6. 该装置可以作为一个完整独立的部件，可以单独更换和使用，维护方便。
7. 小间隙，高耦合，低漏磁，高效率。
图1是本实用新型实施例一的结构示意图； 图2是本实用新型实施例二的结构示意图； 图3是本实用新型实施例三的结构示意图4是实施例一、二中的原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的结构示意图； 图5是实施例三中的原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的结构示意图； 图6是采用本实用新型的机电系统电路原理图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本实用新型包括外壳4、原边磁芯线圈3、副边磁芯线圈 5、驱动轴2、匹配电感10和匹配电容11，外壳4与原边磁芯线圈3的磁芯 外圆周固定连接，构成定子部分。副边磁芯线圈5与驱动轴2固定连接构成 转子部分，驱动轴2与内套6固定连接，内套6内设有换能器7，换能器7 右端设有工具9。原边磁芯线圈3、副边磁芯线圈5之间设有适当的间隙。 外壳4通过两个轴承8与内套6形成回转连接。原边磁芯线圈3通过线路与 超声波电源1连接，副边磁芯线圈5通过线路与换能器7连接。超声波电源 1与原边磁芯线圈3构成的原边回路中装设匹配元件串联电感10和并联电 容11。如图4所示为原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5的形状，原边磁芯 线圈3和副边磁芯线圈5同轴且开口相对且轴向上具有间隙L。
在换能器的谐振频率点附近，由超声波电源l、非接触式传输装置和换 能器7振子构成的机电耦合系统的原理电路如图6所示。
图6中，非接触传输装置的原边线圈与超声波电源1的输出端相连形成 原边回路，副边线圈与超声换能器振子相连形成副边回路，副边回路中不加
匹配元件，在副边磁芯线圈5的副边线圈的制作过程中，使其电感L2满足
丄= C0i L 公式2i + "20)2^2
公式中，Co为换能器静态电容，RL为换能器动态等效电阻，o为超声 振动谐振角频率，即合理地设计非接触互感传输装置的副边线圈，可以使副 边回路中的感抗与容抗相抵消，使副边回路处于纯阻状态，实现副边回路的 谐振匹配。在超声波电源1与原边磁芯线圈3构成的原边回路中装设匹配元件，匹 配元件包括串联电感10和并联电容11，进行电路谐振匹配，可以实现回转 式非接触超声电信号传输系统的功率最大输出。
工作过程为超声波电源1输出的超声波电信号连接在原边磁芯线圈3 的两端，当原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5相对距离较近放置时，副边磁
芯线圈5就能够感应出同频率的超声电信号，副边磁芯线圈5两端和换能器 7的电极相连，副边磁芯线圈5感应出的超声电信号激励换能器7的输出端 做超声波简谐振动，从而驱动工具9进行超声波振动加工。 实施例二
如图2所示，与实施例一不同之处在于因非接触超声波电信号传输装
置安装位置不同，其体积相对较大，原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5均套 在内套6夕卜，原边磁芯线圈3与外壳4构成定子部分，副边磁芯线圈5与内 套6固定连接，副边磁芯线圈5、驱动轴2、内套6、换能器7以及工具9 构成了转子部分，原边磁芯线圈3与内套6在圆周方向上设有适当的间隙。 原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5之间在圆周方向上设有一定间隙。 实施例三
如图3所示，与实施例一不同之处在于原边磁芯线圈3和副边磁芯线
圈5的磁芯结构不同，原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5安装方式也不同。 如图5所示，本实施例中，原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5采用同轴套设 结构，外侧为原边磁芯线圈3，内侧同轴设有副边磁芯线圈5，原边磁芯线 圈3与驱动轴2以及外壳4构成定子部分。副边磁芯线圈5与驱动轴2固定 连接构成了转子部分。原边磁芯线圈3和副边磁芯线圈5之间在圆周径向方 向上具有一定间隙L。
权利要求1、回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征在于它包括外壳、原边磁芯线圈、副边磁芯线圈和驱动轴，外壳与原边磁芯线圈的磁芯外圆周固定连接构成定子部分，副边磁芯线圈与驱动轴连接构成转子部分，原边磁芯线圈与副边磁芯线圈之间具有一定间隙。
2、 根据权利要求1所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征 在于所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯同轴设置。
3、 根据权利要求2所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征 在于所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯采用开口相对设置。
4、 根据权利要求3所述的的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特 征在于所述原边磁芯线圈与副边磁芯线圈在轴向上具有一定间隙。
5、 根据权利要求1所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征 在于所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯采用同轴套设设置。
6、 根据权利要求5所述的的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特 征在于所述原边磁芯线圈与副边磁芯线圈在径向方向具有一定间隙。
7、 根据权利要求1或2所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其 特征在于所述驱动轴与内套连接，副边磁芯线圈与驱动轴通过内套 连接。
8、 根据权利要求l-6任一条所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征在于它还包括匹配元件，匹配元件连接在原边磁芯线圈的回 路中。
9、 根据权利要求8所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征在于所述匹配元件为匹配电感和/或匹配电容。
10、根据权利要求7所述的回转式非接触超声波电信号传输装置，其特征 在于它还包括匹配电感和/或匹配电容，匹配电感和匹配电容连接在 原边磁芯线圈的回路中。
专利摘要本实用新型公开了回转式非接触超声波电信号传输装置，它包括外壳、原边磁芯线圈、副边磁芯线圈和驱动轴，外壳与原边磁芯线圈的磁芯外圆周固定连接构成定子部分，副边磁芯线圈与驱动轴连接构成转子部分，原边磁芯线圈与副边磁芯线圈之间具有一定间隙。所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯同轴设置。本实用新型可应用到超声内圆磨削、超声铣削、超声钻削、超声雕刻、超声镗削、超声攻丝、超声铰孔等回转式超声振动加工设备中，解决其超声波电信号传输问题。
文档编号H02N2/00GK201393181SQ20092008913
公开日2010年1月27日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者刘自然, 逵 孟, 燕 张, 华 李, 征 李, 振 殷, 杰 沙 申请人:河南工业大学