一种压电超声波换能单元及其组成的大功率超声波换能器的制造方法
【专利摘要】一种压电超声波换能单元及其组成的大功率超声波换能器，包括一发射板；发射板上设有一组或一组以上的压电陶瓷晶堆；各压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板上的多个压电陶瓷晶片和多个电极片、一个用于将压电陶瓷晶片与电极片压装于发射板的后盖板。发射板上设有用于罩住压电陶瓷晶片、电极片、后盖板的密封罩。多个压电超声波换能单元可组合成一个大功率超声波换能器。本实用新型能够较大功率多个方位发射超声波，可直接投入液体介质中使用，能量转换效率高，安装简单使用方便。
【专利说明】一种压电超声波换能单元及其组成的大功率超声波换能器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压电式超声波换能器，属于功率超声领域。
【背景技术】
[0002]压电超声波换能器由于压电陶瓷晶片的压电效应，能将输入的电功率转换成机械功率。大功率超声波换能器被广泛应用于清洗、焊接、破碎、防垢、除垢等，尤其是应用于工业或民用换热设备及管道的防垢除垢，不仅能够解决长期困扰企业除垢的烦恼，还能从根本上解决防垢的难题。既能节约能源消耗，提高生产效率，降低企业成本，又不污染环境。
[0003]目前大功率压电超声波换能器大多数设计成柱状，纵向末端发射超声。这种换能器的主要缺点是:
[0004]—、只有纵向能够发射超声波，发射面窄，导致超声波能量不能多个方位均匀发射超声波。
[0005]二、单个换能器功率小，在需要较大超声功率的应用场合，必须安装多个换能器才能达到使用效果，同时大大增加了设备成本。
[0006]三、压电陶瓷晶片在工作时会产生热量，导致换能器整体温度升高，当温度超过换能器的正常工作温度范围时，可能导致换能器损坏，需要设置专门的散热装置。
[0007]四、压电陶瓷晶片至超声波发射端面之间设置了多级变幅，每级变幅都会产生能量损耗，导致其能量转换效率较低。
【发明内容】
[0008]针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种压电超声波换能单元及其组成的大功率超声波换能器，能够较高功率且多方位均匀发射超声波。
[0009]本实用新型提供的压电超声波换能单元包括一发射板；发射板上设有一组或一组以上的压电陶瓷晶堆；各压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板上的多个压电陶瓷晶片和多个电极片、一个用于将压电陶瓷晶片与电极片压装于发射板的后盖板。
[0010]所述后盖板经贯穿后盖板、压电陶瓷晶片、电极片的螺杆与发射板连接。
[0011]所述发射板上压电陶瓷晶片与电极片所在的一面为方形；所述发射板超声面为平面或弧面。
[0012]本实用新型提供的大功率超声波换能器，包括一发射板；发射板上设有一组或一组以上的压电陶瓷晶堆；各压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板上的多个压电陶瓷晶片和多个电极片、一个用于将压电陶瓷晶片与电极片压装于发射板的后盖板；发射板上设有用于罩住压电陶瓷晶片、电极片、后盖板的密封罩。
[0013]所述后盖板经贯穿后盖板、压电陶瓷晶片、电极片的螺杆与发射板连接。
[0014]所述电极片上连接的电极引出导线从密封罩上引出。
[0015]本实用新型提供的由上述压电超声波换能单元组成的大功率超声波换能器，其中超声波换能单元为三个或三个以上；各超声波换能单元依次连接后经端部盖板封闭形成封闭状结构；各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片与电极片位于封闭状结构内部。
[0016]当超声波换能单元的发射板超声面为平面时，各超声波换能单元依次连接形成棱柱状结构，棱柱状结构两端设有与其端部结构匹配的端部盖板；各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片与电极片位于棱柱内部；大功率超声波换能器纵向截面为多边形(如三角形、四边形、五边形或六边形等)。
[0017]当超声波换能单元的发射板超声面为弧面时，各超声波换能单元依次连接形成圆柱状结构，圆柱状结构两端设有与其端部结构匹配的端部盖板；各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片与电极片位于圆柱内部；大功率超声波换能器纵向截面为圆形。
[0018]所述电极片上连接的电极引出导线从端部盖板引出。
[0019]上述发射板和后盖板由金属材料制成。
[0020]上述发射板纵向截面形状为多边形或半圆形。
[0021]上述电极片材料为铜或铜合金。
[0022]上述发射板与后盖板之间设置有至少两片压电陶瓷晶片。
[0023]发射板与相邻发射板、端部盖板之间通过焊接、粘接、铆接、螺丝连接的方式组合在一起。
[0024]本实用新型的优点在于:
[0025]一、可以多个面同时发射超声波；如两面、三面、四面等。
[0026]二、超声功率大；多单元组合提高超声功率。
[0027]三、无需设置专门的散热装置；直接投入液体介质中使用，利用液体介质散热。
[0028]四、能量转换效率高；压电陶瓷晶片直接设置在发射板上，压电陶瓷晶片产生的能量直接传递到发射板上，由发射板将能量传导到液体介质。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型实施例一(发射板上设置一组压电陶瓷晶堆，发射板超声面为平面)的结构示意图。
[0030]图2为本实用新型实施例二 (超声波换能单元为三个)的结构示意图。
[0031]图3为实施例二中端部盖板的剖视图。
[0032]图4为本实用新型实施例三(超声波换能单元为六个)的结构示意图。
[0033]图5为实施例三中端部盖板的剖视图。
[0034]图6为本实用新型实施例四(发射板上设置一组压电陶瓷晶堆，发射板超声面为弧面)的结构示意图。
[0035]图7为图6 (去掉密封罩)的俯视图。
[0036]图8为本实用新型实施例五(发射板上设置两组压电陶瓷晶堆)的结构示意图。
[0037]图9为本实用新型实施例六(超声波换能单元为三个，压电陶瓷晶堆错位分布)的结构示意图。
[0038]图10为本实用新型实施例六的展开图。
[0039]图中，101、压电陶瓷晶堆，1、发射板，2、压电陶瓷晶片，3、电极片，4、后盖板，5、螺杆，6、密封罩。
【具体实施方式】
[0040]实施例一:
[0041]图1中，发射板I上设有一组压电陶瓷晶堆；压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板I上的多个压电陶瓷晶片2和多个电极片3、一个用于将压电陶瓷晶片2与电极片3压装于发射板I的后盖板4 ;螺杆5穿过中心设孔的后盖板4、压电陶瓷晶片2、电极片3连接到发射板I上拧紧固定。发射板I上设有用于罩住压电陶瓷晶片2、电极片3、后盖板4的密封罩6。密封罩6与发射板I组成一个密封空间，将压电陶瓷晶片2、电极片3、螺杆5密封于其中。电极片3上连接有电极引出导线从密封罩6上引出。发射板超声面为平面。发射板纵向截面形状为多边形。
[0042]压电陶瓷晶片2直接设置在发射板I上，使能量直接传递到发射板I上，发射板I两面均可发射超声波。
[0043]实施例二:
[0044]图2、图3中，大功率超声波换能器由三个压电超声波换能单元组合而成。各压电超声波换能单元包括一发射板I ;发射板I上设有一组压电陶瓷晶堆；压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板I上的多个压电陶瓷晶片2和多个电极片3、一个用于将压电陶瓷晶片2与电极片3压装于发射板I的后盖板4 ;螺杆5穿过中心设孔的后盖板4、压电陶瓷晶片
2、电极片3连接到发射板I上拧紧固定组成一个单元。将三个超声波换能单元依次连接后经三角形端部盖板7封闭形成封闭状结构。
[0045]三个压电超声波换能器单元的发射板与发射板、端部盖板之间通过焊接、粘接、铆接、螺丝连接的方式组合在一起。电极片3上连接有电极引出导线从端部盖板7上引出。
[0046]所述的大功率超声波换能器，如图2所示，设置有三个发射板可三面发射超声波。
[0047]实施例三:
[0048]图4、图5中，大功率超声波换能器由六个压电超声波换能单元组合而成。压电超声波换能单元包括:在发射板I 一面设置有后盖板4，发射板I与后盖板4之间设置有至少两片压电陶瓷晶片2和电极片3，螺杆5穿过中心设孔的后盖板4、压电陶瓷晶片2、电极片3连接到发射板I上拧紧固定组成一个单元。将六个超声波换能单元依次连接后经六边形端部盖板7封闭形成封闭状结构。
[0049]该大功器率超声波换能设置有六个发射板可六面发射超声波。
[0050]除上述的三种实施例以外，还可以组合成四面、五面、七面、八面发射超声波的结构。
[0051]实施例四:
[0052]图6、图7中，发射板I上设有一组压电陶瓷晶堆101 ;压电陶瓷晶堆101包括依次交叠设置于发射板I上的多个压电陶瓷晶片2和多个电极片3、一个用于将压电陶瓷晶片2与电极片3压装于发射板I的后盖板4 ;螺杆5穿过中心设孔的后盖板4、压电陶瓷晶片2、电极片3连接到发射板I上拧紧固定。发射板I上设有用于罩住压电陶瓷晶片2、电极片
3、后盖板4的密封罩6。密封罩6与发射板I组成一个密封空间，将压电陶瓷晶片2、电极片3、螺杆5密封于其中。电极片3上连接有电极引出导线从密封罩6上引出。发射板超声面为弧面。发射板纵向截面形状为半圆形。
[0053]实施例五:
[0054]图8中，发射板I上设有两组压电陶瓷晶堆101。
[0055]实施例六:
[0056]图9、图10中，各超声波换能单元I上的压电陶瓷晶堆101错位分布，可减小组合后径向外形尺寸。
【权利要求】
1.一种压电超声波换能单元，其特征在于:包括一发射板(I);发射板(I)上设有一组或一组以上的压电陶瓷晶堆(101);各压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板(I)上的多个压电陶瓷晶片(2)和多个电极片(3)、一个用于将压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)压装于发射板(I)的后盖板(4)。
2.根据权利要求1所述的压电超声波换能单元，其特征在于:所述后盖板(4)经贯穿后盖板(4)、压电陶瓷晶片(2)、电极片(3)的螺杆(5)与发射板(I)连接。
3.根据权利要求1所述的压电超声波换能单元，其特征在于:所述发射板(I)上压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)所在的一面为方形；所述发射板(I)超声面为平面或弧面。
4.一种大功率超声波换能器，其特征在于:包括一发射板(I);发射板(I)上设有一组或一组以上的压电陶瓷晶堆(101);各压电陶瓷晶堆包括依次交叠设置于发射板(I)上的多个压电陶瓷晶片(2)和多个电极片(3)、一个用于将压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)压装于发射板(I)的后盖板(4);发射板(I)上设有用于罩住压电陶瓷晶片(2)、电极片(3)、后盖板(4)的密封罩(6)。
5.根据权利要求4所述的大功率超声波换能器，其特征在于:所述后盖板(4)经贯穿后盖板(4)、压电陶瓷晶片(2)、电极片(3)的螺杆(5)与发射板(I)连接。
6.根据权利要求4所述的大功率超声波换能器，其特征在于:所述电极片(3)上连接的电极引出导线从密封罩(6)上引出。
7.一种由权利要求1或3所述压电超声波换能单元组成的大功率超声波换能器，其特征在于:超声波换能单元为三个或三个以上；各超声波换能单元依次连接后经端部盖板(7)封闭形成封闭状结构；各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)位于封闭状结构内部。
8.根据权利要求7所述的大功率超声波换能器，其特征在于:各超声波换能单元依次连接形成棱柱状结构，棱柱状结构两端设有与其端部结构匹配的端部盖板(7);各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)位于棱柱内部。
9.根据权利要求7所述的大功率超声波换能器，其特征在于:各超声波换能单元依次连接形成圆柱状结构，圆柱状结构两端设有与其端部结构匹配的端部盖板(7);各超声波换能单元中的压电陶瓷晶片(2)与电极片(3)位于圆柱内部。
10.根据权利要求7所述的大功率超声波换能器，其特征在于:所述电极片(3)上连接的电极引出导线从端部盖板(7)引出。
【文档编号】B06B1/06GK204220430SQ201420608306
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】杨奇 申请人:湖北瑜晖超声科技有限公司