[发明专利]具有热管冷却装置的大功率超声波换能器

说明书

技术领域

本发明涉及大功率超声波换能器，尤其涉及一种具有热管冷却装置的大功率超 声波换能器，属于超声波换能器和热管应用技术领域。

背景技术

超声波换能器在电能与声能转换过程中，因涡流而产生热量，使超声波换能器 装置温度升高，有可能导致换能器性能衰减或无法长时间正常工作而不能满足实际 使用要求。小功率超声波换能器，由于发热功率相对较少，通常不需要设专用的冷 却系统；但对于大功率超声波换能器，例如功率在100瓦以上的超声波换能器，因 发热功率较大，如果在其工作时不能有效进行冷却，换能器温度将会达到较高温度， 不仅导致换能器工作效率下降较快，而且还将损坏换能器中核心元件——压电晶 片。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请CN200810163538.9号，名称为 “超声波换能器冷却系统”，公开了一种利用制冷系统对超声波换能器进行冷却， 使超声波换能器能够在规定的温度范围内高效工作。这种冷却系统采用蒸汽压缩式 制冷原理，通过制冷剂的压缩、冷凝、节流和蒸发过程，形成制冷循环，制冷剂不 断带走超声波换能器内腔的热量，冷却系统比较复杂，而且投资也较高，不利于实 际推广；中国实用新型CN200620133985.6号，名称为“超声波换能器”，公开了 一种多振子以阵列形式排列而成的超声波换能器，该换能器采用“T”型管多路气 体对各个振子分别进行冷却，达到迅速降温的效果，但这种直接气体冷却方式，由 于换热面积较小，因此需要较低温度的冷却气体才能达到换能器散热要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有高效冷却系统的大功率超声波换 能器。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高效 冷却系统的大功率超声波换能器，在不影响换能器性能的前提下，以超声波换能器 的机械结构为基础，利用热管高效的传热特性将大功率超声波换能器工作时产生的 热量带走，确保换能器在正常的温度范围内安全高效运行，并延长超声波换能器寿 命。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有热管冷却装置的大功率超声波换能 器，包括：呈圆柱形状的超声波换能器，所述超声波换能器包括超声波辐射头、两 块压电陶瓷元件和后盖板，通过紧固螺栓将所述超声波辐射头、所述压电陶瓷元件 和所述后盖板紧密连接加工而成；其中，相邻的两块所述压电陶瓷元件的正极面相 对，中间夹有薄铜片，作为所述超声波换能器的正极引线端；一块所述压电陶瓷元 件的负极面与所述超声波辐射头的下端面相对，中间夹有薄铜片作为所述超声波换 能器的第一负极引线端；另一块所述压电陶瓷元件的负极面与所述后盖板的上端面 相对，中间也夹有薄铜片作为所述超声波换能器的第二负极引线端；正电极引线与 所述超声波换能器的所述正极引线端相连；负电极引线与所述超声波换能器的所述 第一和第二负极引线端同时相连；所述热管冷却装置由蒸发段、中间段、冷凝段、 导液芯和导热肋片组成，所述蒸发段通过所述中间段与所述冷凝段连通；其中，所 述中间段由所述蒸发段至所述冷凝段具有预定角度的向上的坡度；所述导液芯依附 于所述冷凝段的内表面，所述导热肋片设置于所述冷凝段的外侧，并与所述外侧紧 密结合；所述热管冷却装置的所述蒸发段呈圆筒形状，所述超声波换能器设置于所 述蒸发段之内。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述热管冷却装置的工作工质充注 量大于所述蒸发段的内部空间体积，同时不大于所述蒸发段和所述中间段的内部空 间体积之和。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述中间段的内表面沿所述坡度方 向开有多个微小的“U”形槽，其中所述“U”形槽的“U”形开口方向为所述中 间段的内表面的法线方向并指向所述中间段的中心。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述蒸发段的内表面分别与所述超 声波辐射头及所述后盖板的外表面紧密接触，接触面均涂有导热硅脂。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述超声波辐射头由铝合金制成， 所述后盖板由钢制成。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述压电陶瓷元件呈圆环状，采用 PZT4压电陶瓷材料制成。

较佳地，本发明的大功率超声波换能器中，所述蒸发段、所述中间段、所述冷 凝段及所述导热肋片均采用导热性能强的金属加工而成，所述热管冷却装置的工作 工质的工作温度区间为20℃～100℃。进一步地，所述金属为铜、铝、铜合金或铝 合金。