基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)研究進(jìn)展

許 磊 李鵬南 邱新義 牛秋林 李常平

(湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湘潭 411201)

·綜述·

基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)研究進(jìn)展

許 磊 李鵬南 邱新義 牛秋林 李常平

(湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湘潭 411201)

文摘對(duì)超聲輔助加工技術(shù)及WPT技術(shù)進(jìn)行了分析歸納，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外目前有關(guān)WPT超聲輔助加工系統(tǒng)的研究成果，提出共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)可能是超聲輔助加工領(lǐng)域一種更為靈活、更為理想的供電模式的想法。

超聲輔助加工，WPT，先進(jìn)材料，難加工

0 引言

一代材料一代革命，先進(jìn)材料憑借著其自身優(yōu)異的性能在21世紀(jì)這個(gè)高新科技時(shí)代占據(jù)著極其重要的地位，改變著我們的世界，但同時(shí)也給材料的加工帶來了極大的挑戰(zhàn)。先進(jìn)材料的難加工問題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題，也是難點(diǎn)問題。目前幾種典型先進(jìn)材料的加工性能主要如下：

(1)硬脆性材料脆性高、斷裂韌性低，材料的彈性極限與強(qiáng)度非常接近，因此加工難度很大，加工既不同于一般的高脆性材料(金剛石)的純斷裂過程，更不同于金屬材料的塑性剪切過程，加工稍有不當(dāng)，便會(huì)引起工件表面組織的破壞[1-3]；

(2)碳纖維復(fù)合材料硬度高強(qiáng)度大，導(dǎo)熱性差，加工時(shí)切削溫度高，刀具磨損嚴(yán)重，加工質(zhì)量差效率低，易產(chǎn)生分層和撕裂等缺陷，且切屑多為粉塵,容易影響加工和污染環(huán)境,危害人的健康[4-7]；

(3)鈦合金塑性低硬度大，彈性模量小，剛性差，加工易變形，回彈性高，單位面積切削力大；導(dǎo)熱性差，切削溫度高，化學(xué)活性大，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具易磨損[8-13]；

(4)高溫合金極低的熱傳導(dǎo)性，切削溫度高，切削力大，變形量大，加工硬化嚴(yán)重，刀具磨損嚴(yán)重[14-15]。

為了解決先進(jìn)材料的難加工問題，各種先進(jìn)復(fù)合技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的主要研究方向之一，而超聲輔助加工技術(shù)已被大量實(shí)驗(yàn)證明是難加工材料領(lǐng)域一種行之有效的先進(jìn)加工技術(shù)，開發(fā)基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)更成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文主要對(duì)WPT技術(shù)及其在超聲輔助加工領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行歸納研究并從中尋求新的突破點(diǎn)。

1 超聲輔助加工技術(shù)及其應(yīng)用

超聲輔助加工技術(shù)(UAM)是傳統(tǒng)加工與超聲加工(USM)復(fù)合形成的一種新的加工技術(shù),具有切削力小、改善切屑流、縮短斷屑避免積瘤、減少切削熱、加工表面損傷層小、刀具磨損小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于加工硬脆材料、復(fù)合材料等難加工材料。超聲輔助加工技術(shù)在傳統(tǒng)機(jī)械切除過程中引入了超聲振動(dòng)使得加工過程除了機(jī)械切削作用外還有高頻微撞擊作用和空化作用，改變了工件和刀具間的接觸狀態(tài)和作用機(jī)制，減小了兩者間的作用時(shí)間，增強(qiáng)了切削去除作用，進(jìn)而改善了加工質(zhì)量[16]。

近年來,研究人員已經(jīng)在超聲輔助加工領(lǐng)域做了大量的工作，對(duì)一系列難加工材料進(jìn)行了超聲輔助切削實(shí)驗(yàn)，例如：KADIVAR等[17]對(duì)Al/SiCp金屬基復(fù)合材料進(jìn)行了超聲輔助鉆削實(shí)驗(yàn)；PUJANA等[18]對(duì)Ti6Al4V工件樣品的鉆孔施加超聲振動(dòng)來對(duì)比研究相對(duì)常規(guī)鉆孔時(shí)的切削力、鉆尖溫度變化；BAGHLANI等[19]設(shè)計(jì)了一種特殊的喇叭，用于對(duì)鉆頭施加旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，用于在深度/直徑比為10的Inconel 738LC上進(jìn)行深鉆探測(cè)試；PHADNIS等[20]使用超聲輔助鉆削的先進(jìn)鉆孔技術(shù)證明了其相對(duì)于常規(guī)鉆孔的若干優(yōu)點(diǎn)，包括減小切削力；W.L.CONG等[21]使用可變進(jìn)給率(CFRP的高進(jìn)給率和Ti的低進(jìn)給率)對(duì)CFRP/Ti疊層板進(jìn)行超聲輔助加工技術(shù)研究。

超聲輔助加工技術(shù)已被大量實(shí)驗(yàn)證明是難加工材料領(lǐng)域一種有效的先進(jìn)加工技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器、光學(xué)醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，比如渦輪葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、葉輪胚體和輪輞等的超聲輔助車削加工，飛機(jī)翼盒、蒙皮、精密軸承保持環(huán)、激光陀螺儀腔體的超聲輔助磨削制孔加工，棱鏡光學(xué)表面、陶瓷牙冠和關(guān)節(jié)球的超聲輔助磨削加工[22]。

2 無(wú)線電能傳輸技術(shù)(WPT)及其應(yīng)用

無(wú)線電能傳輸技術(shù)(WPT)是一種憑借空間電磁場(chǎng)、微波等介質(zhì)進(jìn)行電能傳輸?shù)男滦凸╇娔Ｊ?，最早由“交流電之父”特斯拉提出并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究[23]。將無(wú)線電能傳輸技術(shù)普及到生活中的各個(gè)領(lǐng)域一直是人們的一個(gè)追求，從特斯拉開啟這個(gè)無(wú)線傳能的大門后，人們投入了大量的精力致力于這一領(lǐng)域的研究，但進(jìn)展緩慢。在2007年MIT的研究團(tuán)隊(duì)終于取得了突破性的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一種全新的無(wú)線供電模式—非輻射電磁能諧振隧道效應(yīng)，稱作“WiTricity”技術(shù)，也稱為磁共振感應(yīng)耦合技術(shù)，大大提高了電能傳輸?shù)木嚯x和效率，使WPT技術(shù)重新成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[24]。

根據(jù)傳輸原理將WPT技術(shù)主要分為5類：電磁感應(yīng)式(MCI-WPT)、電磁共振式(MCR-WPT)、微波輻射式、超聲波式、激光式。其中電磁感應(yīng)式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)最為成熟得到最廣泛的應(yīng)用，目前多用于交通運(yùn)輸、電子設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，但也存在著傳輸距離短(厘米級(jí))、位置要求嚴(yán)格的缺點(diǎn)；電磁共振式傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)(米級(jí))，無(wú)嚴(yán)格的方向性，能量損失小，但易出現(xiàn)頻率失諧導(dǎo)致功率效率急劇減小，目前主要用于家電、汽車、醫(yī)療器械及一些特殊工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域；微波輻射式能量損耗小，適合遠(yuǎn)程傳輸，但功率較小(一般不高于100 mW)，多應(yīng)用于一些特殊領(lǐng)域，如空間太陽(yáng)能電站、低軌道和同步軌道衛(wèi)星、高空飛行器或無(wú)人飛機(jī)等；超聲波式和激光式方向性強(qiáng)，能量易于集中，但損耗相對(duì)較大，技術(shù)不夠成熟，多用于醫(yī)療器械和航空領(lǐng)域[25-31]。

施藥藥劑：22.4%螺蟲乙酯懸浮劑，拜耳股份公司（推薦在蘋果上的使用劑量3000倍～4000倍稀釋液，安全間隔期為21 d）。

3 基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的超聲輔助加工系統(tǒng)大多采用碳刷-導(dǎo)電滑環(huán)的方式進(jìn)行電能傳輸，這種供電方式憑借其成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)勢(shì)在超聲電能傳輸領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但碳刷-導(dǎo)電滑環(huán)的供電方式同時(shí)也存在著碳刷磨損快、發(fā)熱量大、容易積碳打火、限制主軸轉(zhuǎn)速、無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀等諸多弊端，這些弊端嚴(yán)重影響了超聲輔助加工系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。而無(wú)線電能傳輸技術(shù)的出現(xiàn)使這一問題有了新的解決思路，開發(fā)基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

微波輻射式能量損耗小，適合遠(yuǎn)程傳輸，但功率較小(一般不高于100 mW)，超聲波式和激光式無(wú)線電能傳輸技術(shù)精度高方向性強(qiáng)但損耗大，傳輸功率和效率都相對(duì)較低，技術(shù)不夠成熟，多應(yīng)用于醫(yī)療器械和航空航天領(lǐng)域，對(duì)于超聲輔助加工領(lǐng)域，基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線電能傳輸超聲輔助加工系統(tǒng)是應(yīng)用的主流，電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸技術(shù)原理簡(jiǎn)單，技術(shù)也相對(duì)成熟，可以有效解決傳統(tǒng)碳刷-導(dǎo)電滑環(huán)方式帶來的諸多弊端，是國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者和制造商目前比較熱衷的第一選擇。

3.1基于感應(yīng)式WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

2004年美國(guó)KAUF等[32]根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)了一種用于鉆孔的無(wú)線電能傳輸超聲輔助加工裝置，如圖1所示，利用同軸徑向分布的兩個(gè)感應(yīng)線圈進(jìn)行無(wú)線電能傳輸；2008年日本久保田治等[33]設(shè)計(jì)了一種超聲波加工主軸裝置，該裝置利用同軸軸向分布的發(fā)射線圈和接收線圈之間的電磁感應(yīng)進(jìn)行電能的無(wú)線傳輸；目前德國(guó)DMG MORI公司的部分型號(hào)產(chǎn)品(如ULTRASONIC 65/85 monoBLOCK、DMU/DMC duoBLOCK、HSC等)中也采用了相似原理(發(fā)射線圈采用四分之一槽型)進(jìn)行無(wú)線電能的傳輸，如圖2所示[34-36]。

圖1 一種用于鉆孔的無(wú)線電能傳輸超聲輔助加工裝置

Fig.1 An WPT ultrasonic assisted machining device for drilling

國(guó)內(nèi)關(guān)于WPT超聲輔助加工系統(tǒng)的研究起步較晚，主要集中于各大高校和研究所等科研單位。大連理工大學(xué)的黃浩[37]通過對(duì)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行有限元仿真，分析了影響系統(tǒng)傳輸性能的因素及規(guī)律，并搭建傳輸性能測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，見圖3。

河南理工大學(xué)的陳曦[38]也對(duì)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，主要研究了磁芯截面積、磁芯間隙、磁芯軸線偏移偏擺對(duì)系統(tǒng)的影響并據(jù)此設(shè)計(jì)了四分之一槽型無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，線圈模型如圖4所示，發(fā)現(xiàn)裝配精度對(duì)系統(tǒng)傳輸性能有較大影響。

天津大學(xué)的董穎懷等[39]設(shè)計(jì)開發(fā)的集成銑削、磨削、超聲、電火花的復(fù)合加工裝置(如圖5所示)和杜鵑[40]開發(fā)的旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)(圖6)，其電能傳輸部分均采用了基于電磁感應(yīng)原理的WPT技術(shù)，利用加裝在主軸部分的發(fā)射線圈和刀柄內(nèi)部的接收線圈進(jìn)行無(wú)線電能傳輸。

3.2MCR-WPT技術(shù)的研究現(xiàn)狀

近年來，共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)(MCR-WPT)逐漸進(jìn)入人們的視野，共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)利用頻率相同的兩個(gè)共振體之間的強(qiáng)耦合進(jìn)行能量傳輸，相比于單純的感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸技術(shù)，共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)具有無(wú)嚴(yán)格的方向性限制，對(duì)位置要求小，穿透性好；通過非輻射性電磁耦合進(jìn)行能量傳輸，能量損失小，傳輸距離遠(yuǎn)，可實(shí)現(xiàn)較高的功率(一般為幾百瓦)和效率并且能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多供電；輻射小，對(duì)人體基本沒有危害等優(yōu)勢(shì)，越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，有關(guān)該領(lǐng)域的研究也越來越多[41-43]。

ALANSON P.SAMPLE等人[44-46]對(duì)共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了理論研究，通過建立耦合模方程和電路模型分析了共振式無(wú)線電能傳輸?shù)幕咎匦圆⒋罱▽?shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證；KYRIAKI FOTOPOULOU[47]和陳琛等人[48]分別針對(duì)線圈錯(cuò)位和存在金屬障礙物的情況對(duì)共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行了研究；BENJAMIN L.CANNON等人[49]針對(duì)共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)一源多負(fù)載模型進(jìn)行了理論分析，總結(jié)了一源多負(fù)載模型傳輸?shù)幕咎匦?。?duì)于提高共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能，傅文珍等人[50-55]通過對(duì)共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電路模型的研究，為系統(tǒng)電路參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)；羅斌等人[56-59]通過理論分析和實(shí)驗(yàn)總結(jié)了中繼線圈對(duì)電能傳輸系統(tǒng)傳輸性能的影響規(guī)律；TAKEHIRO IMURA等[60-63]則對(duì)發(fā)射線圈接收線圈進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為新型線圈的設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

從目前有關(guān)MCR-WPT技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研究不難看出，MCR-WPT技術(shù)尚處于起步階段，相關(guān)研究也主要集中于理論建模分析、傳輸基本特性研究、效率優(yōu)化研究、傳輸單元設(shè)計(jì)研究等基礎(chǔ)理論方面，相關(guān)應(yīng)用也較少。但MCR-WPT技術(shù)的前景無(wú)疑是廣闊的，相比于目前應(yīng)用最為廣泛的MCI-WPT技術(shù)，MCR-WPT技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)位置要求低，只要保證發(fā)射線圈和接收線圈在一定范圍內(nèi)就可以進(jìn)行能量的高效傳輸，不但提高了電能傳輸系統(tǒng)的有效傳輸距離，還增加了傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性，因此MCR-WPT技術(shù)是以后無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的主要研究方向之一。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲輔助加工技術(shù)是難加工材料領(lǐng)域一種行之有效的先進(jìn)加工技術(shù)，基于WPT技術(shù)的超聲輔助加工系統(tǒng)更是超聲輔助加工設(shè)備的主要發(fā)展方向之一，解決了傳統(tǒng)碳刷-導(dǎo)電滑環(huán)方式供電帶來的諸多弊端。目前基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線電能傳輸超聲輔助加工系統(tǒng)是應(yīng)用的主流，但仍存在精度要求高、改裝成本高、通用性差等問題。

相比于目前應(yīng)用最為廣泛的MCI-WPT技術(shù)，MCR-WPT技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)位置要求小，只要保證發(fā)射線圈和接收線圈在一定范圍內(nèi)就可以進(jìn)行能量的高效傳輸，不但提高了電能傳輸系統(tǒng)的有效傳輸距離，還增加了傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性，對(duì)于超聲輔助加工領(lǐng)域，共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)顯然是一種更為靈活、更為理想的供電模式，不用對(duì)機(jī)床本身進(jìn)行改裝，并且一套無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)可以適用于不同型號(hào)的傳統(tǒng)鏜銑設(shè)備。

目前針對(duì)共振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的研究主要集中于兆赫茲級(jí)以上頻率段，超聲加工所需低頻條件下(20～50 kHz,不同領(lǐng)域?qū)τ谥懈叩皖l的劃分有所區(qū)別，在機(jī)械加工領(lǐng)域千赫茲屬高頻段，在電子信息領(lǐng)域千赫茲屬中低頻段，此處歸于電子信息領(lǐng)域進(jìn)行討論)MCR-WPT技術(shù)是否可行，特別是在任意位置是否都可以進(jìn)行有效傳輸仍有待研究。對(duì)于低頻段MCR-WPT技術(shù)的傳輸性能研究是共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)能否大規(guī)模推廣和應(yīng)用的前提，也是對(duì)MCR-WPT技術(shù)基礎(chǔ)理論框架的重要補(bǔ)充。

[1] 郭昉, 田欣利, 等. 超聲振動(dòng)在非金屬硬脆材料加工中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝, 2009,39(9):14-19.

[2] 張坤領(lǐng). 硬脆材料加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2008(5):1-6, 15.

[3] 房豐洲, 倪皓, 宮虎. 硬脆材料的旋轉(zhuǎn)超聲輔助加工[J]. 納米技術(shù)與精密工程, 2014, 12(3):227-234.

[4] 張厚江. 碳纖維復(fù)合材料(CFRP)鉆削加工技術(shù)的研究[D]. 北京航空航天大學(xué), 1998.

[5] 張菡英, 劉明. 碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2015, 43(11):132-135.

[6] 李威, 郭權(quán)鋒. 碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 中國(guó)光學(xué), 2011, 4(3):200-212.

[7] 趙艷榮, 胡平, 等. 碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 合成樹脂及塑料, 2015,32(5):95-98.

[8] XIE BAOCHENG, et al. Numerical simulation of titanium alloy machining in electric discharge machining process[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(s2):434-439.

[9] 劉全明, 等. 鈦合金在航空航天及武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào), 2015,27(3):1-4.

[10] 金和喜, 魏克湘, 等. 航空用鈦合金研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(2):280-292.

[11] 李中. 鈦及鈦合金在汽車上的應(yīng)用[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 1(10):1034-1038.

[12] 葉勇, 王金彥. 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及加工技術(shù)發(fā)展概況[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2012, 26(s2):360-363.

[13] 李富長(zhǎng), 宋祖銘, 楊典軍. 鈦合金加工工藝技術(shù)研究[J]. 新技術(shù)新工藝, 2010(5):66-69.

[14] 林子皓, 熊計(jì), 等. 高溫合金切削刀具的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 硬質(zhì)合金, 2013,30(6):351-358

[15] 郭建亭. 高溫合金在能源工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2010, 46(5):513-527.

[16] 康仁科, 馬付建, 等. 難加工材料超聲輔助切削加工技術(shù)[J]. 航空制造技術(shù), 2012, 412(16):44-49.

[17] KADIVAR M A, et al. Investigating the effects of vibration method on ultrasonic-assisted drilling of Al/SiCpmetal matrix composites[J].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2014, 30(3):344-350.

[18] PUJANA J, et al. Analysis of ultrasonic-assisted drilling of Ti6Al4V[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2009, 49(6):500-508.

[19] BAGHLANI, et al. Ultrasonic assisted deep drilling of Inconel 738LC superalloy[C].The Seventeenth CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining (ISEM),Procedia CIRP6(2013):571-576.

[20] PHADNIS V A, et al. Silberschmidt. Experimental and numerical investigations in conventional and ultrasonically assisted drilling of CFRP laminate[J]. Procedia Cirp,2012, 1(7):455-459.

[21] CONG W L,PEI Z J, et al. Rotary ultrasonic machining of CFRP/Tistacks using variable feedrate[J]. Composites Part B Engineering, 2013, 52(52):303-310.

[22] 馬付建. 超聲輔助加工系統(tǒng)研發(fā)及其在復(fù)合材料加工中的應(yīng)用[D]. 大連理工大學(xué), 2013.

[23] MARINICIC A, BUDIMIR D. Tesla’s contribution to radio wave propagation[C].TELSIKS 5thInternational Conference on Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service. Nis,Serbia:IEEE Computer Society, 2001:327-331.

[24] KURS A, KARALIS A, et al. Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances[J]. Science, 2007, 317(5834):83-86.

[25] 楊慶新, 張獻(xiàn), 等.無(wú)線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

[26] SYR HUI, ZHONG W,LEE C K.A critical review of recent progress in mid-range wireless power transfer[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 29(9):4500-4511.

[27] 范興明, 莫小勇, 張?chǎng)? 無(wú)線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2015, 35(10):2584-2600.

[28] 戴衛(wèi)力, 費(fèi)峻濤, 等.無(wú)線電能傳輸技術(shù)綜述及應(yīng)用前景[J]. 電氣技術(shù), 2010(7):1-6.

[29] 楊慶新, 陳海燕, 徐桂芝, 等. 無(wú)接觸電能傳輸技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2010(7):6-13.

[30] IMURA T,HORI Y. Maximizing air gap and efficiency of magnetic resonant coupling for wireless power transfer using equivalent circuit and neumann formula[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 58(10):4746-4752.

[31] 張建華, 黃學(xué)良, 等. 利用超聲波方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)目尚行缘难芯縖J]. 電工電能新技術(shù), 2011, 30(2):66-69.

[32] KAUF A, TICHY S, et al. Device with ultrasound adapter[P].US,6731047B2. 2004-05-04．

[33] 久保田治, 由井隆行, 古川英雄. 超聲波加工主軸裝置[P].CN,CN101213042. 2008-7-2.

[34] ULTRASONIC超聲加工第二代.[Online] Available: http://cn.dmgmori. com/blob/248234/7b5001617ea866d8a74b7085c2292e15/pu8cn-ultrasonic-pdf-data.pdf.

[35] DMU/DMCduoBLOCK.[Online] Available:http://cn.dmgmori.com/blob/344222/44819b229b73b7d9ba56858f9f13bbfb/pm8cn14-dmu-dmc-duoblock-4-pdf-data.pdf.

[36] HSC20/55/75/105linear.[Online] Available:http://cn.dmgmori.com/blob/412158/dccafc28089078a31dc872fa2a7d2f05/pm8cn15-hsc-20-55-75-105-pdf-data.pdf.

[37] 黃浩. 超聲輔助加工非接觸式電能傳輸系統(tǒng)仿真分析[D]. 大連理工大學(xué), 2013.

[38] 陳曦. 旋轉(zhuǎn)超聲無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)研究[D]. 河南理工大學(xué), 2015.

[39] 董穎懷, 張曉鋒, 等. 硬脆材料超聲輔助復(fù)合加工機(jī)床及其工藝研究[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 40(s2):113-116.

[40] 杜鵑. 難加工材料復(fù)雜零件旋轉(zhuǎn)超聲輔助加工工藝與機(jī)理研究[D]. 天津大學(xué),2012.

[41] 黃學(xué)良, 王維, 譚林林. 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)研究動(dòng)態(tài)與應(yīng)用展望[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2017, 41(2):2-14.

[42] 程麗敏, 崔玉龍. 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 電工電氣, 2012(12):1-5.

[43] 閆卓, 陳海燕, 等. 磁共振無(wú)線傳能技術(shù)及其應(yīng)用探討[A]; 天津市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 天津市電機(jī)工程學(xué)會(huì)(Tianjin Society of Electrical Engineering)、天津市電工技術(shù)學(xué)會(huì), 2009.

[44] SAMPLE A P, MEYER D T,et al. Analysis,experimental results,and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 58(2):544-554.

[45] 李陽(yáng). 大功率諧振式無(wú)線電能傳輸方法與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 河北工業(yè)大學(xué), 2012.

[46] 李陽(yáng), 張雅希, 等. 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)最大功率效率點(diǎn)分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 31(2):18-24.

[47] KYRIAKA FOTOPOULOU,FLYMN B W. Wireless power transfer in loosely coupled links:coil misalignment model[J].IEEE Transactions on Magnetics, 2011, 47(2):416-430.

[48] 陳琛, 黃學(xué)良, 等. 金屬障礙物對(duì)磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的影響[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(9):22-26.

[49] CANNON B L, HOBURG J F, et al. Magnetic resonant coupling as a potential means for wireless power transfer to multiple small receivers[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009,24(7):1819-1825.

[50] 傅文珍, 張波, 丘東元, 等. 自諧振線圈耦合式電能無(wú)線傳輸?shù)淖畲笮史治雠c設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2009, 29(18):21-26.

[51] 張獻(xiàn), 楊慶新, 等. 電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(21):153-158.

[52] 李鳳娥. 磁共振無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)最大傳輸距離的電路參數(shù)分析[J]. 南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 26(3):48-51.

[53] 朱曉凱. 基于WiTricity的WPT的等效電路理論研究[D]. 南昌大學(xué), 2012.

[54] 李政, 等. 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)建模與分析[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2017(2):12-16.

[55] 田子建, 等. 磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)功率優(yōu)化[J]. 工礦自動(dòng)化, 2016, 42(6):33-37.

[56] 羅斌, 生茂棠, 等. 磁諧振耦合式單中繼線圈無(wú)線功率接力傳輸系統(tǒng)的建模與分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013(21):170-177.

[57] 陳逸鵬, 聶一雄. 諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)諧振線圈優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 廈門理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 20(3):62-66.

[58] 田子建, 林越, 等. 具有中繼諧振線圈的磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015(S1):168-174.

[59] 張鵬. 電磁耦合共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)[D]. 東北電力大學(xué), 2015.

[60] TAKEHIRO IMURA, et al. Basic Experimental study on helical antennas of wireless power transfer for electric vehicles by using magnetic resonant couplings[J]. IEEE Vehicle Power & Propulsion Conference, 2009:936-940.

[61] 寧峰. 基于磁耦合諧振的無(wú)線電能傳輸多方向性傳輸線圈研究[D].南昌大學(xué), 2015.

[62] 宋波. 高效率磁共振式無(wú)線電能傳輸[D]. 電子科技大學(xué), 2015.

[63] 楊西同. 非輻射共振耦合無(wú)接觸電能傳輸系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].浙江大學(xué), 2014.

Research Progress of Ultrasonic Assisted Machining System Based on WPT Technology

XU Lei LI Pengnan QIU Xinyi NIU Qiulin LI Changping

(The Institute of Electromechanical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201)

In this paper, the characteristics of ultrasonic assisted machining technology and WPT technology are generalized, and the achievements of WPT ultrasonic assisted processing system is also summarized. An idea is proposed that the technology of magnetically-coupled resonant wireless power transfer (MCR-WPT) may be a more flexible and more ideal power supply mode.

Ultrasonic assisted machining, WPT, Advanced materials, Difficult-machining

TG502.3；TB559

10.12044/j.issn.1007-2330.2017.05.001

2017-04-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275168，51605161)，湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015JJ5028)，湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CX2016B602)

許磊，1992年出生，碩士研究生，主要從事先進(jìn)制造技術(shù)方向的研究。E-mail:18216435633@sina.cn

李鵬南,教授，博士。E-mail:2002lpn@163.com