超聲輔助加工非接觸式電能傳輸系統(tǒng)仿真分析.pdf

1、超聲輔助加工技術(shù)亦稱作旋轉(zhuǎn)超聲加工技術(shù)，是利用傳統(tǒng)加工與高頻超聲振動復(fù)合形成的新的加工技術(shù)。和傳統(tǒng)的切削、磨削加工方法相比，超聲輔助切削、磨削加工具有刀具磨損小、切削力小、加工表面損傷層小等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于加工硬脆材料、復(fù)合材料等難加工材料。超聲輔助加工中換能器隨加工工具一起高速轉(zhuǎn)動，如何將高頻超聲電信號傳輸?shù)礁咚傩D(zhuǎn)的超聲振動單元的換能器上是實現(xiàn)超聲輔助加工的一個前提和難點。傳統(tǒng)的超聲輔助加工通過碳刷和導(dǎo)電滑環(huán)的摩擦接觸傳輸能量為換

2、能器供電，具有碳刷磨損快、發(fā)熱量大、導(dǎo)線裸露、容易積炭打火、刀具轉(zhuǎn)速不能過高、無法實現(xiàn)自動換刀等問題。
　　針對現(xiàn)有超聲輔助加工中的電能傳輸方式的缺點，提出了基于電磁耦合理論的超聲輔助振動系統(tǒng)的非接觸式電能傳輸技術(shù)方案。非接觸電能傳輸可以克服接觸式電能傳輸?shù)牟蛔悖钩曒o助加工更加安全、穩(wěn)定、可靠。非接觸電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計較為復(fù)雜，由于非接觸式變壓器內(nèi)存在漏磁，傳輸效率較低。目前國內(nèi)尚未開發(fā)出成熟的系列化非接觸式超聲電能傳輸技術(shù)和

3、系統(tǒng)。本文針對基于電磁耦合理論的非接觸式電能傳輸技術(shù)存在的問題，建立非接觸傳輸系統(tǒng)的有限元模型，系統(tǒng)研究了非接觸傳輸裝置的電磁場分布規(guī)律，分析了影響傳輸效率的因素和規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對超聲輔助加工的應(yīng)用現(xiàn)狀以及加工特點，分析了超聲輔助加工對超聲電能傳輸技術(shù)的需求，揭示了傳統(tǒng)的超聲輔助加工接觸式電能傳輸方式的缺點，提出用基于電磁感應(yīng)原理的非接觸式電能傳輸技術(shù)替代傳統(tǒng)接觸式電能傳輸方式。
　　(2)對非接觸式

4、超聲電能傳輸系統(tǒng)進行了理論分析，介紹了非接觸式變壓器的互感等效模型以及超聲振動單元的等效電路模型。分析了制約非接觸式超聲電能傳輸系統(tǒng)性能的因素，為后續(xù)仿真分析提供依據(jù)。為使傳輸性能最佳，利用互感等效模型和超聲振動單元的等效電路為基礎(chǔ)分析系統(tǒng)的補償電路。共列舉了八種原、副邊補償形式，分別計算出不同補償電路下的原、副邊阻抗。
　　(3)建立了非接觸式超聲電能傳輸系統(tǒng)的有限元模型，對非接觸式傳輸系統(tǒng)的電磁特性和傳輸性能進行有限元分析。主

5、要分析了非接觸式變壓器的磁芯截面積、磁芯間隙、磁芯軸線偏移以及磁芯軸線偏擺對系統(tǒng)最大磁通密度、耦合系數(shù)和傳輸效率的影響規(guī)律。根據(jù)理論分析結(jié)果對非接觸式變壓器的外形尺寸和安裝尺寸進行設(shè)計優(yōu)化，在保證傳輸性能的前提下盡量優(yōu)化非接觸式超聲電能傳輸系統(tǒng)的各參數(shù)。
　　(4)研制了用于超聲輔助加工的非接觸式超聲電能傳輸系統(tǒng)，建立了非接觸式超聲電能傳輸試驗平臺，對有限元仿真分析的磁芯截面積、磁芯間隙、磁芯軸線偏移和磁芯軸線偏擺如何影響非接觸式