CN112024342B - 一种可切换振动模态的超声装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可切换振动模态的超声装置及方法，该装置包括空心轴、超声电机、限位外壳、电磁铁、运动头、振动源和工具头，通过超声电机与磁致伸缩材料的结构设计以及不同功能的驱动线圈组合而成，从而使得装置能够在不跟换组件的情况下，产生可切换模态的超声波，即纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同振动模态。装置运行过程中，在不需要再更换部件的情况下激发不同振动模态，满足了不同振动形式的加工需求，同时操作更加方便快捷，而且装置的整体设计结构保证了装置能够高效安全运行。

Description

一种可切换振动模态的超声装置及方法
技术领域
本发明涉及超声技术领域，尤其涉及到一种可切换振动模态的超声装置及方法。
背景技术
目前，通过超声振动装置多采用单一振动模式，无法完成对工具头的运动控制，在制造业飞速发展，需求的加工技术愈加复杂的情况下，急需发明一种可切换振动模态的超声方法及装置。
公开号为CN 104502443A的发明专利提供了一种基于正交环绕线圈的圆周阵列式磁致伸缩传感器，其仅能产生固定振动形式的超声波，即扭转振动，无法满足在不更换组件的情况下切换多种振动状态的要求，更无法对工具头进行运动控制。
公开号为CN106733571B的发明专利公开了一种单激励纵弯复合振动超声换能器，其产生的超声波为复合振动超声，但其振动模态无法独立切换，也无法使工具头完成运动。
公开号为CN109589506A的发明专利公开了一种可切换振动模态的超声针灸换能器，虽然可以完成超声模态的切换，但换能器无法对工具头进行运动控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可切换振动模态的超声方法及装置：该装置是通过超声电机与磁致伸缩材料的结构设计以及不同功能的驱动线圈组合而成，从而使得装置能够在不跟换组件的情况下，产生可切换模态的超声波，即纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同振动模态。装置运行过程中，在不需要再更换部件的情况下激发不同振动模态，满足了不同振动形式的加工需求，同时操作更加方便快捷，而且装置的整体设计结构保证了装置能够高效安全运行。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种可切换振动模态的超声装置，包括空心轴、超声电机和限位外壳；所述超声电机包括超声电机外壳和超声电机转子；所述空心轴的外壳与超声电机转子过盈配合，所述限位外壳焊接在超声电机外壳上，且限位外壳套装在外壳外侧；所述限位外壳与超声电机外壳之间设置有条形弹簧螺纹滑块和运动头；所述条形弹簧螺纹滑块和运动头前后相对设置；所述外壳内侧壁上安装有电磁铁；当电磁铁通电时，所述条形弹簧螺纹滑块上的螺纹可与外壳上的外壳螺纹螺纹连接，同时，条形弹簧螺纹滑块可沿限位外壳内侧壁轴向滑动，条形弹簧螺纹滑块可推动运动头沿外壳外侧壁滑动，运动头上设置有工具头。
进一步的，所述空心轴包括外壳，外壳的外侧壁上开设有外壳螺纹，外壳内侧壁上开设有夹层，夹层内设置有隔热环；所述空心轴的端部为实心结构，实心结构上开设有预留槽，预留槽内开设有凹槽。
进一步的，所述运动头内部设置有振动源，振动源上固定有饼状弹簧卡扣；所述预留槽内设置有饼状电磁铁；当饼状电磁铁通电时，在磁力的作用下，饼状弹簧卡扣与饼状电磁铁贴合，从而带动振动源和运动头旋转，工具头旋转运动。
进一步的，所述运动头包括永磁体、工具头槽和平面轴承；所述运动头为圆筒形，圆筒形的一端依次设置平面轴承和永磁体，圆筒形的底部设置有工具头槽，工具头槽内设置有工具头。
进一步的，所述振动源包括纵向振动线圈、偏执磁铁、扭转振动线圈、传导填充物和振动源外壳；所述振动源外壳内依次设置有纵向振动线圈、偏执磁铁、扭转振动线圈和传导填充物。
进一步的，所述振动源中心穿过工具头槽。
进一步的，所述饼状弹簧卡扣包括饼状底座、传动板和卡扣弹簧；所述饼状底座上开设有凹槽，凹槽内设置有卡扣弹簧的一端，卡扣弹簧的另一端设置在传动板上。
进一步的，所述条形弹簧螺纹滑块包括螺纹、弹簧、滑块和传动块；所述传动块上开设有螺纹，传动块与螺纹垂直方向上开设有槽，槽内安装有弹簧的一端，弹簧的另一端安装有滑块；所述滑块为T型滑块。
进一步的，所述限位外壳沿轴向方向上开设有T型滑道，T型滑道与所述滑块滑动连接。
可切换振动模态的超声装置的检测方法，包括如下模式：
直线运动形式：当电磁铁通电时，电磁铁产生的吸引力将传动块吸引，使得传动块上的螺纹与空心轴外侧的外壳螺纹螺纹连接，滑块在限位滑槽中作直线运动，同时，在永磁体的作用下，传动块始终与平面轴承接触，即工具头与传动块始终保持连接；传动块推拉运动头在限位外壳内壁与空心轴外壁之间做直线运动；改变超声电机旋转方向可以改变运动头的直线运动方向，即前进与后退；
旋转运动形式：饼状电磁铁未通电时，饼状弹簧卡扣的传动板在卡扣弹簧的拉力作用下远离空心轴的凹槽，饼状电磁铁通电后产生的吸引力将传动板吸引***空心轴底部的凹槽内，使得运动头随着空心轴做旋转运动；改变超声电机旋转方向可以改变运动头的旋转运动方向，即顺势针旋转与逆时针旋转；
超声源振动形式：振动源内的偏执磁铁磁场方向沿工具头的轴向，当仅有纵向振动线圈通入交流电时，纵向振动线圈产生的交变磁场方向与工具头的轴向平行，与偏执磁铁共同作用，使得工具头产生纵向振动；当仅有扭转振动线圈入交流电时，扭转振动线圈产生的交变磁场方向为工具头的周向，与偏执磁铁共同作用，使得工具头产生扭转振动；当纵向振动线圈，扭转振动线圈同时通入交流电时，使工具头产生纵扭振动模态。
有益效果：
1.本装置旨在帮助减少加工过程中由于使用多种不同换能器的加工成本，提高加工效率。
2.本装置在传统单一振动的基础上增加的多种振动形式的超声振动，使得加工方式多样化，便于工艺设计与优化。
3.本装置结构紧凑，体积小，使用便利，有限位、隔热等安全措施，能够安全高效的进行工作。
4.该装置是通过超声电机与工具头上永磁体的设计以及不同功能的振动源内的不同驱动线圈组合而成，从而使得装置能够在不跟换组件的情况下，产生可切换模态的超声波，即纵向振动、扭转振动和纵扭振动三种不同振动模态。
5.装置运行过程中，在不需要再更换部件的情况下激发不同振动模态，满足了不同振动形式的加工需求，同时操作更加方便快捷，而且装置的整体设计结构保证了装置能够高效安全运行。
附图说明
图1为一种可切换振动模态的超声方法及装置整体结构示意图；
图2为一种可切换振动模态的超声方法及装置整体结构半剖图；
图3为空心轴结构示意图；
图4为空心轴底部结构示意图；
图5为中空超声电机示意图；
图6为限位滑槽与滑块配合的结构示意图；
图7为条形弹簧螺纹滑块结构示意图；
图8为振动源结构示意图；
图9为饼状弹簧卡扣正视图；
图10为饼状弹簧卡扣俯视图。
图11为运动头结构示意图；
附图标记：
1-空心轴；2-超声电机；3-限位外壳；4-条形弹簧螺纹滑块；5-隔热环；6-电磁铁；7-运动头；8-振动源；9-工具头；10-饼状电磁铁；11-饼状弹簧卡扣；12-填充物。
1-1外壳；1-2外壳螺纹；1-3夹层；1-4预留槽；1-4-1凹槽；2-1超声电机外壳；2-2超声电机转子；3-1限位滑槽；4-1螺纹；4-2弹簧；4-3滑块；4-4传动块；7-1永磁体；7-3工具头槽；7-4平面轴承；8-1纵向振动线圈；8-2偏执磁铁；8-3扭转振动线圈；8-4传导填充物；8-5振动源外壳；11-1饼状底座；11-2传动板；11-3卡扣弹簧。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例
一种可切换振动模态的超声装置，包括空心轴1、超声电机2和限位外壳3；所述超声电机2包括超声电机外壳2-1和超声电机转子2-2；所述空心轴1的外壳1-1与超声电机转子2-2过盈配合，所述限位外壳3焊接在超声电机外壳2-1上，且限位外壳3套装在外壳2-1外侧；所述限位外壳3与超声电机外壳2-1之间设置有条形弹簧螺纹滑块4和运动头7；所述条形弹簧螺纹滑块4和运动头7前后相对设置；所述外壳1-1内侧壁上安装有电磁铁6；当电磁铁6通电时，所述条形弹簧螺纹滑块4上的螺纹4-1可与外壳1-1上的外壳螺纹1-2螺纹连接，同时，条形弹簧螺纹滑块4可沿限位外壳3内侧壁轴向滑动，条形弹簧螺纹滑块4可推动运动头7沿外壳1-1外侧壁滑动，运动头7上设置有工具头9，其中，工具头9在本发明实施例中为毫针，毫针使得本发明装置能够运用于针灸治疗。
进一步的，所述空心轴1包括外壳1-1，外壳1-1的外侧壁上开设有外壳螺纹1-2，外壳1-1内侧壁上开设有夹层1-3，夹层1-3内设置有隔热环5；所述空心轴1的端部为实心结构，实心结构上开设有预留槽1-4，预留槽1-4内开设有凹槽1-5。
进一步的，所述运动头7内部设置有振动源8，振动源8上固定有饼状弹簧卡扣11；所述预留槽1-4内设置有饼状电磁铁10；当饼状电磁铁10通电时，在磁力的作用下，饼状弹簧卡扣11与饼状电磁铁10贴合，从而带动振动源8和运动头7旋转，毫针旋转运动。
进一步的，所述运动头7包括永磁体7-1、工具头槽7-3和平面轴承7-4；所述运动头7为圆筒形，圆筒形的一端依次设置平面轴承7-4和永磁体7-1，圆筒形的底部设置有工具头槽7-3，工具头槽7-3内设置有毫针。
进一步的，所述振动源8包括纵向振动线圈8-1、偏执磁铁8-2、扭转振动线圈8-3、传导填充物8-4和振动源外壳8-5；所述振动源外壳8-5内依次设置有纵向振动线圈8-1、偏执磁铁8-2、扭转振动线圈8-3和传导填充物8-4。
进一步的，所述振动源8中心穿过工具头槽7-3。
进一步的，所述饼状弹簧卡扣11包括饼状底座11-1、传动板11-2和卡扣弹簧11-3；所述饼状底座11-1上开设有凹槽，凹槽内设置有卡扣弹簧11-3的一端，卡扣弹簧11-3的另一端设置在传动板11-2上。
进一步的，所述条形弹簧螺纹滑块4包括螺纹4-1、弹簧4-2、滑块4-3和传动块4-4；所述传动块4-4上开设有螺纹4-1，传动块4-4与螺纹4-1垂直方向上开设有槽，槽内安装有弹簧4-2的一端，弹簧4-2的另一端安装有滑块4-3；所述滑块4-3为T型滑块。
进一步的，所述限位外壳3沿轴向方向上开设有T型滑道，T型滑道与所述滑块4-3滑动连接。
可切换振动模态的超声装置的检测方法，包括如下模式：
直线运动形式：当电磁铁6通电时，电磁铁6产生的吸引力将传动块4-4吸引，使得传动块4-4上的螺纹4-1与空心轴1外侧的外壳螺纹1-2螺纹连接，滑块4-3在限位滑槽3-1中作直线运动，同时，在永磁体7-1的作用下，传动块4-4始终与平面轴承7-4接触，即运动头7与传动块4-4始终保持连接；传动块4-4推拉运动头7在限位外壳3内壁与空心轴1外壁之间做直线运动；改变超声电机2旋转方向可以改变运动头7的直线运动方向，即前进与后退；
旋转运动形式：饼状电磁铁10未通电时，饼状弹簧卡扣11的传动板11-2在卡扣弹簧11-3的拉力作用下远离空心轴1的凹槽1-5，饼状电磁铁10通电后产生的吸引力将传动板11-2吸引***空心轴1底部的凹槽1-5内，使得运动头7随着空心轴1做旋转运动；改变超声电机2旋转方向可以改变运动头7的旋转运动方向，即顺势针旋转与逆时针旋转；
超声源振动形式：振动源8内的偏执磁铁8-2磁场方向沿毫针的轴向，当仅有纵向振动线圈8-1通入交流电时，纵向振动线圈8-1产生的交变磁场方向与毫针的轴向平行，与偏执磁铁8-2共同作用，使得工具头毫针产生纵向振动；当仅有扭转振动线圈8-3入交流电时，扭转振动线圈8-3产生的交变磁场方向为工具头毫针的周向，与偏执磁铁8-2共同作用，使得工具头毫针产生扭转振动；当纵向振动线圈8-1，扭转振动线圈8-3同时通入交流电时，使工具头毫针产生纵扭振动模态。毫针在不同振动模态下，能够有效增强针感与神经刺激深度，加强针灸过程中的“得气”感受，装置灵活的运动形式，能够模仿针刺手法，增强疗效得同时使得治疗过程更加安全便捷。
结合附图，一种可切换振动模态的超声装置，包括空心轴1、超声电机2、限位外壳3、条形弹簧螺纹滑块4、隔热环5、电磁铁6、运动头7、振动源8、工具头9、饼状电磁铁10、饼状弹簧卡扣11和填充物12；
所述空心轴1包括外壳1-1、外壳螺纹1-2、夹层1-3和预留槽1-4，通过外壳螺纹1-2与条形弹簧螺纹滑块4配合，将超声电机2的旋转运动转化为直线运动，底部有凹槽1-5，与饼状弹簧卡口11配合，输出旋转运动；
所述超声电机2外壁为超声电机外壳2-1，内壁为超声电机转子2-2；
所述限位外壳3焊接在超声电机外壳2-1的一端，其内部有限位滑槽3-1，滑槽3-1为T字形结构，滑块4-3可以沿滑槽3-1直线运动；
所述条形弹簧螺纹滑块4包括弹簧4-2，滑块4-3，传动块4-4，且传动块4-4有螺纹4-1，与空心轴1外部设置的外壳螺纹1-2配合；
所述隔热环5应由导磁材料制成；
所述电磁铁6在接通电流后产生磁场能够在磁轭的约束下作用于传动块4，且电磁铁6与隔热环5贴合，减少热量传递，在接通电流后产生磁场能够吸引传动块4-4；
所述运动头7两侧有永磁体7-1，并安装有平面轴承7-4，工具头槽7-3，后部凹槽能够安装振动源8，
所述振动源8包括纵向振动线圈8-1、偏执磁铁8-2、扭转振动线圈8-3、传导填充物8-4和振动源外壳8-5；
所述工具头9由磁致伸缩材料制成且沿轴向预磁化；
所述饼状电磁铁10，其中心部位有凹槽；
所述饼状弹簧卡扣11包括饼状底座11-1、传动板11-2和卡扣弹簧11-3；
所述填充物12能够将空心轴1空心部分充分填满，防止内部部件移位。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可切换振动模态的超声装置，其特征在于，包括空心轴(1)、超声电机(2)和限位外壳(3)；所述超声电机(2)包括超声电机外壳(2-1)和超声电机转子(2-2)；所述空心轴(1)的外壳(1-1)与超声电机转子(2-2)过盈配合，所述限位外壳(3)焊接在超声电机外壳(2-1)上，且限位外壳(3)套装在外壳(1 -1)外侧；所述限位外壳(3)与超声电机外壳(2-1)之间设置有条形弹簧螺纹滑块(4)和运动头(7)；所述条形弹簧螺纹滑块(4)和运动头(7)前后相对设置；所述外壳(1-1)内侧壁上安装有电磁铁(6)；当电磁铁(6)通电时，所述条形弹簧螺纹滑块(4)上的螺纹(4-1)可与外壳(1-1)上的外壳螺纹(1-2)螺纹连接，同时，条形弹簧螺纹滑块(4)可沿限位外壳(3)内侧壁轴向滑动，条形弹簧螺纹滑块(4)可推动运动头(7)沿外壳(1-1)外侧壁滑动，运动头(7)上设置有工具头(9)。
2.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述空心轴(1)包括外壳(1-1)，外壳(1-1)的外侧壁上开设有外壳螺纹(1-2)，外壳(1-1)内侧壁上开设有夹层(1-3)，夹层(1-3)内设置有隔热环(5)；所述空心轴(1)的端部为实心结构，实心结构上开设有预留槽(1-4)，预留槽(1-4)内开设有凹槽(1-5)。
3.根据权利要求2所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述运动头(7)内部设置有振动源(8)，振动源(8)上固定有饼状弹簧卡扣(11)；所述预留槽(1-4)内设置有饼状电磁铁(10)；当饼状电磁铁(10)通电时，在磁力的作用下，饼状弹簧卡扣(11)与饼状电磁铁(10)贴合，从而带动振动源(8)和运动头(7)旋转，工具头(9)旋转运动。
4.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述运动头(7)包括永磁体(7-1)、工具头槽(7-3)和平面轴承(7-4)；所述运动头(7)为圆筒形，圆筒形的一端依次设置平面轴承(7-4)和永磁体(7-1)，圆筒形的底部设置有工具头槽(7-3)，工具头槽(7-3)内设置有工具头(9)。
5.根据权利要求3所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述振动源(8)包括纵向振动线圈(8-1)、偏执磁铁(8-2)、扭转振动线圈(8-3)、传导填充物(8-4)和振动源外壳(8-5)；所述振动源外壳(8-5)内依次设置有纵向振动线圈(8-1)、偏执磁铁(8-2)、扭转振动线圈(8-3)和传导填充物(8-4)。
6.根据权利要求3所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述振动源(8)中心穿过工具头槽(7-3)。
7.根据权利要求3所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述饼状弹簧卡扣(11)包括饼状底座(11-1)、传动板(11-2)和卡扣弹簧(11-3)；所述饼状底座(11-1)上开设有凹槽，凹槽内设置有卡扣弹簧(11-3)的一端，卡扣弹簧(11-3)的另一端设置在传动板(11-2)上。
8.根据权利要求1所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述条形弹簧螺纹滑块(4)包括螺纹(4-1)、弹簧(4-2)、滑块(4-3)和传动块(4-4)；所述传动块(4-4)上开设有螺纹(4-1)，传动块(4-4)与螺纹(4-1)垂直方向上开设有槽，槽内安装有弹簧(4-2)的一端，弹簧(4-2)的另一端安装有滑块(4-3)；所述滑块(4-3)为T型滑块。
9.根据权利要求8所述的可切换振动模态的超声装置，其特征在于，所述限位外壳(3)沿轴向方向上开设有T型滑道，T型滑道与所述滑块(4-3)滑动连接。
10.根据权利要求1至9任一项所述的可切换振动模态的超声装置的检测方法，其特征在于，包括如下模式：
直线运动形式：当电磁铁(6)通电时，电磁铁(6)产生的吸引力将传动块(4-4)吸引，使得传动块(4-4)上的螺纹(4-1)与空心轴(1)外侧的外壳螺纹(1-2)螺纹连接，滑块(4-3)在限位滑槽(3-1)中作直线运动，同时，在永磁体(7-1)的作用下，传动块(4-4)始终与平面轴承(7-4)接触，即工具头(9)与传动块(4-4)始终保持连接；传动块(4-4)推拉运动头(7)在限位外壳(3)内壁与空心轴(1)外壁之间做直线运动；改变超声电机(2)旋转方向可以改变运动头(7)的直线运动方向，即前进与后退；
旋转运动形式：饼状电磁铁(10)未通电时，饼状弹簧卡扣(11)的传动板(11-2)在卡扣弹簧(11-3)的拉力作用下远离空心轴(1)的凹槽(1-5)，饼状电磁铁(10)通电后产生的吸引力将传动板(11-2)吸引***空心轴(1)底部的凹槽(1-5)内，使得运动头(7)随着空心轴(1)做旋转运动；改变超声电机(2)旋转方向可以改变运动头(7)的旋转运动方向，即顺势针旋转与逆时针旋转；
超声源振动形式：振动源(8)内的偏执磁铁(8-2)磁场方向沿工具头(9)的轴向，当仅有纵向振动线圈(8-1)通入交流电时，纵向振动线圈(8-1)产生的交变磁场方向与工具头(9)的轴向平行，与偏执磁铁(8-2)共同作用，使得工具头(9)产生纵向振动；当仅有扭转振动线圈(8-3)入交流电时，扭转振动线圈(8-3)产生的交变磁场方向为工具头(9)的周向，与偏执磁铁(8-2)共同作用，使得工具头(9)产生扭转振动；当纵向振动线圈(8-1)，扭转振动线圈(8-3)同时通入交流电时，使工具头(9)产生纵扭振动模态。
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