[00029699]超磁致伸缩功率超声换能器

超磁致伸缩功率超声换能器项目介绍

本课题组在国家自然科学基金（项目编号50875177）的资助下，用φ12超磁致伸缩棒设计制造了20kHz和15kHz换能器实验样机，见图1和图2，并对样机进行了动力学和电磁学设计计算。对换能器磁滞损耗、涡流损耗、线路电阻损耗及机械阻尼损耗等严重影响换能器工作的热源进行了详细的理论和实验研究，用有限元方法对该样机进行了热分析，弄清楚了换能器内的温度分布情况，并由此设计了冷却系统路线。证实了用超磁致伸缩材料制造功率超声换能器完全可行。

　　技术创新和指标

　　本研究是在我们自己独立研究成果的基础上，首次在国内用国产的材料研发该类产品，故项目本身就是创新。提出用矽钢片作为线圈骨架的端面，端面和芯轴之间用不导磁的不锈钢螺钉联接，这样既防止了涡流，增加了导磁效果，又减小了轴向尺寸，是对线圈骨架材料的创新（见图9）。线圈内部设有一冷却水套，内套和驱动材料接触，用不导磁、不导电但导热的氮化硼制成，这样使的磁力线基本上全部经过伸缩棒，提高了效率，同时还防止了涡流，又带走了热量，使得驱动材料能在最佳温度上工作 。另外，由于氮化硼良好的润滑性，使得伸缩棒的运动更为顺畅。外套由工程塑料制成，作用是挡住来自线圈的热量，同时对线圈起支撑作用，两个套之间用粘接剂粘接（见图4），很好地满足了要求。

　　换能器连续工作额定功率达3kW，谐振频率15kHz，谐振时的输出振幅达6μm

　　市场前景

　　当前功率超声在很多方面得到了应用，最为成功的应用在超声清洗和超声焊接两个方面，现在就这两个方面来论述一下本项目对社会经济的作用。

　　与其它清洗方法相比，超声清洗具有效率高、质量好，可清洗复杂零件、深孔、盲孔及狭缝中的污物等特点。随着国民经济进一步发展，超声清洗已经成为许多工业、医疗、环保等部门不可缺少的一种工艺手段。我国超声清洗近年来发展较快，超声清洗市场很大，有的一个城市就有十几家超声清洗设备公司，如果将超声波家用洗衣机考虑进去，其市场规模超过300亿。但由于受功率的限制，大规格的超声清洗机不得不靠多个换能器组成换能器阵来推动，设计和选配困难，结构复杂。

　　随着塑料工业、电子工业、汽车工业的发展，超声塑料焊接机近年来在我国发展迅速，我国已有一百多家研制生产超声塑焊机的单位，每年的产值达120亿，但超声焊接机一样受到最大功率的限制，超声金属焊接机受到的影响更大，各方均急盼大功率的功率超声换能器能有突破性的进展。

　　因此，研发出大功率的超磁致伸缩功率超声换能器系列产品，让大量长期受功率超声换能器最大功率限制的超声加工工艺，彻底走出实验室，告别小规模，进入崭新的工业化使用，给功率超声界带来革命性的变化，让整个功率超声行业因此受益，为科技进步做出应有的贡献是我们永不变化的长远目标。在当期情况下，出色地完成好本项目的研发工作，做好该产品的推广，争取让这种新型功率超声换能器能被社会广泛接受，部分或最终全部取代传统功率超声换能器，为本市百亿以上产值产业链的建设添砖加瓦是近期的社会经济目标。