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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1、硕士学位论文基于磁耦合谐振的智能刀柄非接触式供电技术研究RESEARCHONNON-CONTACTPOWERTECHONLOGYOFSMARTHANDLEBASEDONMAGNETICRESONANCECOUPLING张朝扬哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP21学校代码：10213国际图书分类号：62密级：公开工程硕士学位论文基于磁耦合谐振的智能刀柄非接触式供电技术研究硕士研究生：张朝扬导师：路勇教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP21U.D.C

2、：62DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONNON-CONTACTPOWERTECHONLOGYOFSMARTHANDLEBASEDONMAGNETICRESONANCECOUPLINGCandidate:ZhangZhaoyangSupervisor:Prof.LuYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineer

3、ingDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文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

4、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

5、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-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeincreasingqualityrequirementsoftheprocessing,detectionofprocessisincreasinglyimportant.Millingasaprimarymeansofprocessing,m

6、oreintegratedsensorsofmillinghandleareusedtomonitoronline.However,withtheincreaseinsensortypeandquantityofmillinghandle,someissuesbecomeprominent:powerincreasedandspacesmaller.Thefollowingproblemsofrotaryshafttestingequipmentsupplyhaveappeared:batterydoesn’tmeetthiscondition,slipringpow

7、ersupplydoesn’tmeetthehigh-speedmachining,theprimaryofrotarytransformerpowersupplydoesn’tbeappliedtooperatingcharacteristicsofsmartmillinghandle.Inthisthesis,tosolvethisproblem,non-contactpowersupplytechnologyofsmarthandlehasbeenstudiedandamethodofmagneticallycoupledresonantpow