旋转超声无线电能传输系统研究

发布时间：2017-10-30 08:26

  本文关键词：旋转超声无线电能传输系统研究

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【摘要】：无线电能传输系统以电磁感应定律为基础,将电能由原边线圈经由空气间隙有效传输到副边线圈,从而实现电能在无导线连接情况下的传输。与传统的电能传输方式相比,无线电能传输系统避免了导线老化、接触火花等问题,是一种安全、有效的电能传输方法。在航空航天、医疗器械、电动汽车、油田钻井及水下作业等场合,无线电能传输技术有着广泛的应用前景。超声辅助加工,是旋转超声加工技术的一种,即在加工过程中,换能器随工具一起高速旋转,所以如何将电信号传输到超声换能器上是实现超声加工的一个重要因素。传统的超声辅助加工是利用碳刷和导电滑环的摩擦接触为换能器供电,此供电方式具有发热量大、容易积炭打火、导线裸漏等问题。针对其存在的缺点,提出使用无线电能传输系统的方案。通过对无线电能传输系统的结构组成及工作原理进行研究,建立了环槽型的无线电能传输系统的理论模型。然后采用等效电路法,建立在不同拓扑形式下无线电能传输系统谐振条件以及原、副边匹配阻抗的表达式。之后,将有限元仿真(Magnet软件)与试验测试相结合,确定原、副边匹配的最佳阻抗数值,并分析磁芯截面积、磁芯间隙、磁芯轴线偏移以及磁芯轴线偏摆对系统电感、传输效率和耦合系数的影响规律。基于旋转超声辅助加工系统的对电能传输的需求和传统电能传输的缺点,无线电能传输为其提供了安全可靠的供电方式。在实际加工应用中,为了便于加工中心自动换刀,设计并研究了四分之一槽型无线电能传输系统。建立四分之一槽型无线电能传输系统的模型,通过有限元仿真,分析磁芯间隙、磁芯轴线偏移和轴线偏摆对其传输效率及耦合系数的影响。
【关键词】：无线电能传输系统 无线变压器 电感 传输效率 耦合系数
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题背景和研究的目的和意义10-11
• 1.2 超声辅助加工系统及无线电能传输机理11-14
• 1.2.1 超声辅助加工系统11-13
• 1.2.2 无线电能传输机理13-14
• 1.3 国内外研究现状14-19
• 1.3.1 国外的研究现状15-17
• 1.3.2 国内的研究现状17-19
• 1.4 课题来源与研究内容19-22
• 1.4.1 课题来源19
• 1.4.2 研究内容19-22
• 2 旋转超声无线电能传输系统的理论分析22-36
• 2.1 旋转超声无线电能传输系统的构成与工作原理22-25
• 2.1.1 无线电能传输系统的构成22-24
• 2.1.2 无线电能传输系统的工作原理24-25
• 2.2 无线变压器的理论分析25-29
• 2.2.1 无线变压器的物理结构25
• 2.2.2 无线变压器的互感模型25-28
• 2.2.3 无线变压器的补偿方法分析28-29
• 2.3 无线电能传输系统的匹配网络29-34
• 2.3.1 原边线圈的匹配30
• 2.3.2 副边线圈的匹配30-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 旋转超声无线电能传输系统的设计与分析36-54
• 3.1 无线电能传输系统的设计36-42
• 3.1.1 无线变压器的设计36-37
• 3.1.2 线圈的设计37
• 3.1.3 无线电能传输系统的有限元模型37-42
• 3.2 无线电能传输系统的有限元仿真分析42-48
• 3.2.1 无线电能传输系统磁芯截面积的影响42-43
• 3.2.2 无线电能传输系统磁芯间隙的影响43-45
• 3.2.3 无线电能传输系统磁芯轴线偏移的影响45-46
• 3.2.4 无线电能传输系统磁芯轴线偏摆的影响46-48
• 3.3 无线电能传输系统的试验分析48-51
• 3.3.1 试验的条件48-49
• 3.3.2 试验方法49-50
• 3.3.3 试验结果与分析50-51
• 3.4 本章小结51-54
• 4 四分之一槽型无线电能传输系统的设计与分析54-66
• 4.1 四分之一槽型无线电能传输系统的设计54-58
• 4.1.1 四分之一槽型无无线变压器的设计54-55
• 4.1.2 四分之一槽型的线圈设计55
• 4.1.3 四分之一槽型无线电能传输系统的有限元模型55-58
• 4.2 基于正交分解法的四分之一槽型传输系统的分析58-60
• 4.2.1 系统正交试验的数据选择58
• 4.2.2 四分之一槽型无线电能传输系统的正交试验设计58-60
• 4.3 正交试验结果的直观分析60-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 结论与展望66-68
• 参考文献68-74
• 作者简介74-76
• 学位论文数据集76

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