System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种超声刀柄及其无线供电系统的设计方法技术方案_技高网

一种超声刀柄及其无线供电系统的设计方法技术方案

技术编号:42703770 阅读:18 留言:0更新日期:2024-09-13 11:58
本发明专利技术公开了一种超声刀柄及其无线供电系统的设计方法,该超声刀柄包括刀柄外壳、超声换能器和无线供电系统,无线供电系统包括超声接收模块和超声发射模块,其中超声换能器的后端固定连接在刀柄外壳的前端开设的腔体内,超声换能器的前端用于连接刀具;超声接收模块包括副边磁芯和接收线圈;超声发射模块包括原边磁芯、发射线圈、发射支架和超声输入接头;原边磁芯与副边磁芯同心设置,且原边磁芯的內壁与副边磁芯的外壁间隙配合,其中原边磁芯的圆心角度在π/4至3π/2之间。本发明专利技术提出的超声刀柄及其无线供电系统的设计方法,实现了机床上添加超声系统后依旧满足自动换刀需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声加工,尤其涉及一种超声刀柄及其无线供电系统的设计方法


技术介绍

1、随着近年来新型硬脆复合材料的兴起,新型硬脆复合材料利用的范围越来越广,在机械加工行业中新型硬脆复合材料所占的比例也越来越大,同时人们对难加工材料所加工出零件要求越来越高。旋转超声加工技术被认为是在加工硬脆复合材料的有效方法之一。

2、目前在普通机床上通过安装旋转超声波加工系统的方式为机床增加超声功能。旋转超声加工装备中,非接触电磁耦合器是实现超声电源和随机床主轴高速旋转的超声刀柄间无接触式能量传输的关键结构。非接触电磁耦合器由耦合器初级结构和次级结构组成,耦合器初级与机床主轴的外层保护壳相对固定,耦合器次级与高速旋转的机床主轴固连,耦合器的初级和次级保持磁芯的相对位置能够互相耦合,这样在机床工作时可将超声频的电信号传递到耦合器次级,并输出至与耦合器次级相连的超声振子中,带动刀具进行旋转超声加工。

3、旋转超声加工系统中超声供电部分的上下环的磁芯结构应用于加工中心中时,存在加工中心的自动换刀机构与非接触电磁耦合器初级固定环发生干涉。并且超声刀柄由于需要有次级耦合结构接收电能,超声刀柄最大直径会远大于常规超声刀柄,超声刀柄收入刀库时也存在刀柄与刀柄干涉。

4、此外,耦合器的能量传输方式通常有两种类型:紧耦合式能量传输和松耦合式能量传输,二者的区别在于耦合器的初级与次级之间的磁芯结构是否闭合。旋转超声加工技术中采用的是松耦合式能量传输方式,松耦合式能量传输的初级磁芯与次级磁芯间不闭合,由于非接触电磁耦合器的原边磁芯和副边磁芯无法闭合相连,且非闭合部分往往填充的是空气、水等磁导率较低的介质,因此在气隙处存在较大的漏磁,这就导致原边线圈发射的磁通不能完全被副边线圈所接收,限制了功率传递能力和传递效率。使得旋转超声系统在工作过程中,旋转超声系统的供电部分会因为传输效率低而产生发热,减小超声系统的使用寿命。

5、以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案,其并不必然属于本专利申请的现有技术,在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下,上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。


技术实现思路

1、为解决上述技术问题,本专利技术提出一种超声刀柄及其无线供电系统的设计方法,实现了机床上添加超声系统后依旧满足自动换刀需求。

2、为了达到上述目的,本专利技术采用以下技术方案:

3、第一方面,本专利技术公开了一种超声刀柄,包括刀柄外壳、超声换能器和无线供电系统,所述无线供电系统包括超声接收模块和超声发射模块,其中所述超声换能器的后端固定连接在所述刀柄外壳的前端开设的腔体内,所述超声换能器的前端用于连接刀具;所述超声接收模块包括副边磁芯和接收线圈,所述接收线圈环绕于所述副边磁芯上,所述副边磁芯的內壁与所述刀柄外壳的外壁紧密配合,且所述刀柄外壳上开设孔洞以使得所述接收线圈穿过所述孔洞与所述腔体内的所述超声换能器电连接;所述超声发射模块包括原边磁芯、发射线圈、发射支架和超声输入接头,所述发射线圈环绕于所述原边磁芯上,所述原边磁芯和所述发射线圈均置于所述发射支架的内部,所述超声输入接头设置于所述发射支架的一端;所述原边磁芯与所述副边磁芯同心设置,且所述原边磁芯的內壁与所述副边磁芯的外壁间隙配合,其中所述原边磁芯的圆心角度在π/4至3π/2之间。

4、优选地,所述原边磁芯的内壁与所述副边磁芯的外壁之间的气隙间隔在0.1mm至2mm之间。

5、优选地,所述副边磁芯的外径大于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径且小于或等于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径的5/4。

6、优选地,所述副边磁芯包括副边磁芯上底面和副边磁芯下底面,所述副边磁芯上底面和所述副边磁芯下底面之间一体连接或者通过孔轴间隙配合连接以形成c型结构的副边磁芯,所述接收线圈环绕于所述副边线圈的c型结构的凹槽内。

7、优选地,所述副边磁芯的内壁为锥形结构,对应地,所述刀柄外壳与所述副边磁芯对应配合的位置为锥形结构。

8、优选地,所述超声发射模块的安匝满足以下关系式:

9、

10、式中,n1为所述发射线圈的匝数,imax1为输入所述超声发射模块的额定最大电流,pmax为连接所述超声发射模块的超声控制器的最大瞬间输出功率,lg为所述原边磁芯的内壁与所述副边磁芯的外壁之间的气隙间隔,μ0为真空磁导率,f为所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的边缘磁通系数,kf为输入电信号波形系数,f为连接所述超声发射模块的超声控制器给所述超声发射模块的电信号的频率,ae为所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的有效磁路面积,bmax为所述原边磁芯和所述副边磁芯的磁通量饱和密度。

11、优选地,所述超声接收模块的安匝满足以下关系式:

12、

13、式中,n2为所述接收线圈的匝数,imax2为输入所述超声接收模块的额定最大电流,pmax为连接所述超声发射模块的超声控制器的最大瞬间输出功率,lg为所述原边磁芯的内壁与所述副边磁芯的外壁之间的气隙间隔,μ0为真空磁导率,f为所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的边缘磁通系数,kf为输入电信号波形系数,f为连接所述超声发射模块的超声控制器给所述超声发射模块的电信号的频率,ae为所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的有效磁路面积,bmax为所述原边磁芯和所述副边磁芯的磁通量饱和密度。

14、优选地,所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的有效磁路面积ae的表达式为:

15、ae=sa1+sa2

16、式中,sa1表示所述原边磁芯的上底面与所述副边磁芯的上底面之间的气隙有效磁路面积,sa2表示所述原边磁芯的下底面与所述副边磁芯的下底面之间的气隙有效磁路面积;其中:

17、

18、式中,θ表示所述原边磁芯的圆心角度,d2表示所述副边磁芯的外圈直径,da1取值为所述原边磁芯的上底面的厚度与所述副边磁芯的上底面的厚度二者中的较小值,da2取值为所述原边磁芯的下底面的厚度与所述副边磁芯的下底面的厚度二者中的较小值。其中,当所述原边磁芯的上底面的厚度与所述副边磁芯的上底面的厚度相等时,da1取值为其中任意一者的值;当所述原边磁芯的下底面的厚度与所述副边磁芯的下底面的厚度相等时,da2取值为其中任意一者的值。

19、优选地,所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的边缘磁通系数f的表达式为:

20、

21、式中,d3为所述原边磁芯的外圈半径,d1为所述副边磁芯的内圈直径,d5为所述副边磁芯的内壁厚度,d6为所述原边磁芯的外壁厚度。

22、第二方面,本专利技术公开了一种第一方面的超声刀柄的无线供电系统的设计方法,包括以下步骤:

23、a1:获取所述超声发射模块的下述两个安匝关系式是否存在交集,如果存在交集,则执行步骤a2,否则,执行步骤a3;

24、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种超声刀柄,其特征在于,包括刀柄外壳、超声换能器和无线供电系统,所述无线供电系统包括超声接收模块和超声发射模块,其中所述超声换能器的后端固定连接在所述刀柄外壳的前端开设的腔体内,所述超声换能器的前端用于连接刀具;

2.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述原边磁芯的内壁与所述副边磁芯的外壁之间的气隙间隔在0.1mm至2mm之间。

3.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述副边磁芯的外径大于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径且小于或等于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径的5/4。

4.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述副边磁芯包括副边磁芯上底面和副边磁芯下底面,所述副边磁芯上底面和所述副边磁芯下底面之间一体连接或者通过孔轴间隙配合连接以形成C型结构的副边磁芯,所述接收线圈环绕于所述副边线圈的C型结构的凹槽内。

5.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述副边磁芯的内壁为锥形结构,对应地,所述刀柄外壳与所述副边磁芯对应配合的位置为锥形结构。

6.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述超声发射模块的安匝满足以下关系式:

7.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述超声接收模块的安匝满足以下关系式:

8.根据权利要求6或7所述的超声刀柄,其特征在于,所述超声发射模块与所述超声接收模块之间的有效磁路面积Ae的表达式为:

9.一种权利要求1所述的超声刀柄的无线供电系统的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:

10.根据权利要求9所述的设计方法,其特征在于,还包括以下步骤:

...

【技术特征摘要】

1.一种超声刀柄,其特征在于,包括刀柄外壳、超声换能器和无线供电系统,所述无线供电系统包括超声接收模块和超声发射模块,其中所述超声换能器的后端固定连接在所述刀柄外壳的前端开设的腔体内,所述超声换能器的前端用于连接刀具;

2.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述原边磁芯的内壁与所述副边磁芯的外壁之间的气隙间隔在0.1mm至2mm之间。

3.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述副边磁芯的外径大于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径且小于或等于所述刀柄外壳连接所述副边磁芯处的外径的5/4。

4.根据权利要求1所述的超声刀柄,其特征在于,所述副边磁芯包括副边磁芯上底面和副边磁芯下底面,所述副边磁芯上底面和所述副边磁芯下底面之间一体连接或者通过孔轴间隙配合连接以形成c...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵学奇马原许超
申请(专利权)人:深圳市青鼎装备有限公司
类型:发明
国别省市:

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