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功率超声加工的无线传能装置设计

谭耀文 曹诗宇 黄文健 刘晨阳 吴超群

谭耀文, 曹诗宇, 黄文健, 刘晨阳, 吴超群. 功率超声加工的无线传能装置设计[J]. 制造技术与机床, 2022, (4): 50-56. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.007
引用本文: 谭耀文, 曹诗宇, 黄文健, 刘晨阳, 吴超群. 功率超声加工的无线传能装置设计[J]. 制造技术与机床, 2022, (4): 50-56. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.007
TAN Yaowen, CAO Shiyu, HUANG Wenjian, LIU Chenyang, WU Chaoqun. Design of wireless energy transmission device for power ultrasonic machining[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (4): 50-56. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.007
Citation: TAN Yaowen, CAO Shiyu, HUANG Wenjian, LIU Chenyang, WU Chaoqun. Design of wireless energy transmission device for power ultrasonic machining[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (4): 50-56. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.007

功率超声加工的无线传能装置设计

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.007
基金项目: 湖北省重点研发计划“数控机床超声辅助加工技术研究”(2020BA033)
详细信息
    作者简介:

    谭耀文,男,1996年生,硕士研究生,研究方向为机电一体化。 E-mail:tanyaowen8875@ outlook.com

    通讯作者:

    吴超群,男,1979年生,博士,教授,研究方向为振动与超声、复合材料加工、机器人技术。E-mail:chaoqunwu@whut.edu.cn

  • 中图分类号: TM433

Design of wireless energy transmission device for power ultrasonic machining

  • 摘要: 数控机床功率超声加工通过将高频轴向超声振动叠加在旋转刀具上,能够有效降低切削力,适用于加工各类特种材料。传统的超声加工系统通常通过接触式滑环进行供电,该供电方式存在电刷容易磨损、互换性不强等缺点。通过设计基于非接触式变压器的无线传能供电装置,设计变压器原副边的补偿电路,并采用Maxwell软件对其进行了电磁仿真,研究了气隙对传输效率的影响,最后实验验证该数控加工装置的性能。结果表明,电能传输效率随气隙的增大而减小,该补偿电路设计能有效提升数控机床超声加工刀具的振动性能。

     

  • 图  1  无线电能传输装置结构

    图  2  松耦合变压器互感模型等效电路

    图  3  压电换能器等效电路图

    图  4  无线传能超声振动系统等效电路图

    图  5  罐型磁芯结构示意图

    图  6  松耦合变压器仿真模型

    图  7  变压器外部电路

    图  8  变压器网格剖分结果

    图  9  原边、副边磁芯和线圈

    图  10  无线变压器传电性能测试方案

    图  11  松耦合变压器补偿性能测试

    图  12  磁通密度分布云图

    图  13  绕组电流密度矢量分布图

    图  14  原副边线圈电流仿真结果

    图  15  原副边自感、互感随气隙变化仿真结果

    图  16  耦合系数、传递效率随气隙变化仿真结果

    图  17  气隙对自感、漏感、互感的影响

    图  18  气隙对耦合系数、传递效率的影响

    图  19  原、副边电压电流随气隙变化情况

    图  20  振幅气隙折线图

    表  1  磁芯尺寸值

    尺寸符号DD1d1dHh
    参数值/mm958975671511
    下载: 导出CSV

    表  2  绕组仿真工作参数值

    参数名称参数值
    原边激励电压U/V100
    工作频率f/Hz20 000
    气隙/mm0~3
    轴心偏差/mm0~4
    原边线圈匝数N140
    副边线圈匝数N244
    原边线圈电阻R11
    副边负载阻抗Z280
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-10-29

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