基于磁耦合谐振的智能刀柄非接触式供电技术研究

发布时间：2017-09-18 00:19

  本文关键词：基于磁耦合谐振的智能刀柄非接触式供电技术研究

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【摘要】：随着加工质量要求的不断提高,加工过程检测变得越来越重要。铣削作为一种主要加工手段,将多参数传感器集成于铣削刀柄用于铣削加工的在线检测也变得尤为重要。但是,随着铣削刀柄集成的传感器的增多,问题越来越突出:功率增大,刀柄所提供空间越来越小和妨碍换刀操作等。现有的旋转轴上检测设备供电方式则存在以下问题:电池供电不能适应大功率长时间持续工作,导电滑环供电不能适应高速加工,旋转变压器供电比较笨重。针对这一问题,本文对智能刀柄供电技术进行了研究,并提出和设计了一种将磁耦合谐振无线供电应用于智能刀柄非接触供电的装置。针对磁耦合谐振式供电技术的基本特征,以线圈阵列的思想建立了智能刀柄非接触供电装置的基本模型,并通过MAXWELL有限元仿真分析了线圈形状和布局特点,验证了线圈阵列方法的可行性。最终选择以矩形线圈为基础的“2发6收”90度布局作为智能刀柄非接触供电的谐振器结构型式。通过分析SS(串串)和SP(串并)模型的磁耦合谐振供电技术的特点,建立了对称式双线圈SS和SP模型效率最大时的线圈最佳匝数公式。通过电磁感应耦合系数为指标的数学计算分析确定了一组合适的线圈参数作为供电子线圈的电气参数。以这一参数为基础,设计了以E类逆变电路为核心的智能刀柄供电装置的关键硬件电路。在BT50SLN40-150刀柄上集成制作了智能刀柄非接触供电装置,并进行了装置的实验测试。
【关键词】：智能刀柄 旋转供电 磁耦合谐振 非接触供电
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题研究的背景和意义8-9
• 1.3 国内外研究现状及分析9-17
• 1.3.1 旋转轴上检测装置供电国内外研究现状9-14
• 1.3.2 磁耦合谐振供电国内外研究现状14-16
• 1.3.3 国内外研究现状综述16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 第2章 智能刀柄供电的谐振器有限元仿真19-29
• 2.1 智能刀柄供电电磁仿真软件的选择19-21
• 2.2 子线圈形状的确定21-23
• 2.3 谐振器结构的有限元仿真分析23-28
• 2.3.1 仿真模型的建立23-24
• 2.3.2 谐振器布局的仿真确定24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 智能刀柄供电的线圈参数优化29-40
• 3.1 二线圈结构的SS模型和SP模型研究29-31
• 3.2 对称双线圈模型的线圈匝数影响分析31-35
• 3.2.1 SS模型最佳匝数求解31-32
• 3.2.2 SP模型最佳匝数求解32-33
• 3.2.3 最佳匝数仿真与实验验证33-35
• 3.3 线圈对接收电压波动的影响分析35-39
• 3.3.1 矩形线圈的自感与互感35-36
• 3.3.2 刀柄旋转时的线圈互感分析36-39
• 3.3.3 刀柄供电线圈匝数的确定39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 智能刀柄供电的关键电路设计40-54
• 4.1 硬件电路总体设计40-41
• 4.2 高频电源研制41-45
• 4.2.1 E类逆变电路设计41-44
• 4.2.2 E类逆变电路仿真与实验44-45
• 4.3 刀柄供电逆变电路设计45-49
• 4.3.1 基于E类逆变器的无线供电电路研究45-47
• 4.3.2 刀柄供电逆变电路参数计算与仿真47-48
• 4.3.3 刀柄供电逆变电路实验测试48-49
• 4.4 辅助电路设计49-53
• 4.4.1 方波发生电路49-50
• 4.4.2 MOS管驱动电路50
• 4.4.3 整流滤波电路拓扑结构选择50-52
• 4.4.4 DC-DC电路52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 智能刀柄供电装置实验验证与分析54-61
• 5.1 刀柄供电装置结构设计54-55
• 5.2 刀柄非接触供电装置性能测试与分析55-60
• 5.2.1 实验方案与实验平台56-57
• 5.2.2 实验结果分析57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：872246