一种新型回转非接触超声电能传输装置的制作方法

本实用新型涉及电能传输技术领域，具体的说是一种新型回转非接触超声电能传输装置。

背景技术：

超声振动内圆磨削是一种新型复合振动切削加工技术，对于碳化硅、铁氧体和陶瓷等硬脆难加工材料具有独特的加工效果。以往在超声磨削、超声铣削等旋转超声加工系统中换能器的电能供给多采用碳刷、集流环连接的电能传输方式，这种方式存在碳刷、集流环滑动磨损较快、发热量大、导线裸露和转速不宜过高等缺陷。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款无需导线连接、部件磨损小、装置运行稳定、能实现最大功率输出、提高工作效率的一种新型回转非接触超声电能传输装置，正是发明人所要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种新型回转非接触超声电能传输装置，其结构简单，无需导线连接，部件磨损小，装置运行稳定，避免传统碳刷、集流环直接连接电能传输方式的诸多缺陷，能实现最大功率输出，提高工作效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型回转非接触超声电能传输装置，其包括由压电超声换能器和变幅杆构成的超声振子系统、套筒、前轴承、后轴承、磨头套、超声波电源、连接轴、联轴器、 电动机、非接触电能传输系统，所述压电超声换能器与变幅杆连接，所述变幅杆、压电超声换能器设置在套筒内，所述超声振子系统通过两个节面位置法兰与套筒连接构成主轴部件，所述主轴部件通过前轴承、后轴承支撑在磨头套内，所述变幅杆向外延伸，在其端头连接有接长杆，所述接长杆的末端设置有砂轮，所述电动机设置在磨头套外的末端，所述电动机通过联轴器与连接轴连接，所述联轴器设置在磨头套内部，所述电动机工作时通过联轴器和连接轴的旋转来驱动主轴部件、接长杆及砂轮进行旋转，所述超声波电源通过非接触电能传输系统与超声振子系统连接，所述非接触电能传输系统包括原边磁芯线圈、副边磁芯线圈，所述原边磁芯线圈与超声波电源的输出端连接形成原边回路，所述副边磁芯线圈与压电超声换能器连接形成副边回路，所述原边磁芯线圈与副边磁芯线圈相对应地固定在磨头套的上下两侧，所述原边磁芯线圈的两端加上交流电信号时，副边磁芯线圈中能够感应出同频率的电信号并驱动压电换能器进行超声振动。

进一步，所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈均采用竖向排绕法。

进一步，所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈采取同轴套设进行安装，即所述原边磁芯线圈固定不动，其内部套有的副边磁芯线圈可以围绕轴线进行旋转。

进一步，所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈所使用的磁芯均为铁基纳米晶材料。

进一步，所述原边磁芯线圈和副边磁芯线圈的磁芯间距为0.4mm。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型装置该装置利用电磁感应来传输电能，无需导线连接，避免了物理上的直接接触，从而可以避免传统碳刷、集流环直接连接电能传输方式的诸多缺陷。磁芯磁导率高、结构紧凑、磁芯转动惯量小，适合超声振动磨削系统的工作条件。电路匹配比较合理，电能传输效果良好， 装置能够实现最大功率输出，选取了铁基纳米晶材料和竖向绕线方法，降低了转动惯量，该回转式非接触超声电能传输装置制作的超声振动内圆磨削系统工作正常，在额定转速下能够实现砂轮的有效纵向超声振动。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型机电耦合系统电路原理图。

图3是本实用新型线圈竖向绕法原理图。

图4是本实用新型非接触电能传输系统装置结构示意图。

附图标记说明：1-砂轮；2-接长杆；3-变幅杆；4-磨头套；5-套筒；6-压电超声换能器；71-前轴承；72-后轴承；8-原边磁芯线圈；9-副边磁芯线圈；10-连接轴；11-联轴器；12-超声波电源；13-电动机；14-节面位置法兰。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1是结构示意图，本实用新型包括由压电超声换能器6和变幅杆3构成的超声振子系统、套筒5、前轴承71、后轴承72、磨头套4、超声波电源12、连接轴10、联轴器11、电动机13、非接触电能传输系统，所述压电超声换能器6与变幅杆3连接，所述变幅杆3、压电超声换能器6设置在套筒5内，所述超声振子系统通过两个节面位置法兰14与套筒5连接构成主轴部件，所述主轴部件通过前轴承71、后轴承72支撑在磨头套4 内，所述变幅杆3向外延伸，在其端头连接有接长杆2，所述接长杆2的末端设置有砂轮1，所述电动机13设置在磨头套4外的末端，所述电动机13通过联轴器11与连接轴10连接，所述联轴器11设置在磨头套4内部，所述电动机13工作时通过联轴器11和连接轴10的旋转来驱动主轴部件、接长杆2及砂轮1进行旋转，所述超声波电源12通过非接触电能传输系统与超声振子系统连接。所述非接触电能传输系统包括原边磁芯线圈8、副边磁芯线圈9，所述原边磁芯线圈8与超声波电源12的输出端连接形成原边回路，所述副边磁芯线圈9与压电超声换能器6连接形成副边回路，所述原边磁芯线圈8与副边磁芯线圈9相对应地固定在磨头套4的上下两侧，所述原边磁芯线圈8的两端加上交流电信号时，副边磁芯线圈9中能够感应出同频率的电信号并驱动压电换能器进行超声振动。

电动机13通过联轴器11和连接轴10驱动主轴部件及砂轮1进行旋转，装置的原边磁芯线圈8和磨头套4固定在一起，副边磁芯线圈9和主轴部件联接在一起可与主轴部件一起旋转。装置的作用是把超声波电源12产生的超声电能信号通过非接触的方式传输至超声振子系统，从而驱动超声振子带动砂轮1一起做超声振动，当砂轮1圆周与工件内表面接触时即可实现工件的超声振动内圆磨削。原边磁芯线圈8的两个电极与超声波电源12的输出端连接，并固定在磨头套4外壳上，副边磁芯线圈9与压电换能器的电极连接并随压电换能器一起转动。原边磁芯线圈8的两端加上交流电信号时，副边磁芯线圈9中能够感应出同频率的电信号并驱动压电换能器进行超声振动。

参见图2是本实用新型机电耦合系统电路原理图，超声波电源12、非接触式传输系统和超声振子系统共同构成的机电耦合系统。L₁和R₁分别为非接触电能传输装置原边磁芯线圈8的电感和电阻，L₂和R₂分别为副边磁芯线圈9的电感和电阻，L为匹配电感，C为匹配电容，C₀为压电超声换能器6的静态电容，R_L为超声振子谐振频率下动态支路的等效电阻。非接触 传输装置的原边磁芯线圈8与超声波电源12的输出端相连形成原边回路，副边磁芯线圈9与超声振子相连形成副边回路。实际应用时副边回路中不加匹配元件。当整个机电耦合系统处于谐振状态时，非接触电能传输系统就可以处于最佳工作状态，并能实现最大功率输出。

耦合装置使用的磁芯选用磁芯材料为饱和磁导率、比锰锌铁氧体高150％的铁基纳米晶材料，磁芯具有散热快、体积小、磁屏蔽效果好、转子部分转动惯量小、动平衡效果好、材料加工简单的优点。

参见图3是本实用新型线圈竖向绕法原理图，原边磁芯线圈8和副边磁芯线圈9均采用竖向排绕法，竖向绕法比横向绕法的等效磁路面积大且线圈漏感减小，增大磁路截面积可以增大耦合系数、提高电能的传输能力，且磁芯间距越小，其互感系数越大，采用0.4mm的磁芯间距，转动惯量小，适合超声振动磨削系统的工作条件。线圈的绕线均匀分布在线架上，这样可以尽量减小或避免副边感应线圈转动时对超声振子系统主轴动平衡的影响。

参见图4是本实用新型非接触电能传输系统装置结构示意图，原边磁芯线圈8和副边磁芯线圈9采取同轴套设进行安装，即原边磁芯线圈8固定不动，其内部套有的副边磁芯线圈9可以围绕轴线进行旋转，采用同轴套设的方法可以大大减小非接触传输系统结构的转动惯量，提高装置的动平衡性能。

本实用新型装置该装置利用电磁感应来传输电能，无需导线连接，避免了物理上的直接接触，从而可以避免传统碳刷、集流环直接连接电能传输方式的诸多缺陷。磁芯磁导率高、结构紧凑、磁芯转动惯量小，适合超声振动磨削系统的工作条件。电路匹配比较合理，电能传输效果良好，装置能够实现最大功率输出，选取了铁基纳米晶材料和竖向绕线方法，降低了转动惯量，该回转式非接触超声电能传输装置制作的超声振动内圆磨削系统工作正常，在额定转速下能够实现砂轮1的有效纵向超声振动。