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专利号: 2023103672809
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种旋转超声加工系统阻抗匹配电路,旋转超声加工系统包括超声电源、感应传输器和超声振子,所述感应传输器包括与所述超声电源连接而构成原边回路的原边线圈和与所述超声振子连接而构成副边回路的副边线圈,其特征在于:匹配电路包括第一匹配电容和第二匹配电容,所述第一匹配电容与所述原边线圈串联,所述第二匹配电容与所述原边线圈并联;其中,存在特定的匹配电容参数以使原边回路和副边回路同时谐振。

2.根据权利要求1所述的旋转超声加工系统阻抗匹配电路,其特征在于:所述超声振子包括静态电容,所述静态电容与所述副边线圈串联。

3.根据权利要求2所述的旋转超声加工系统阻抗匹配电路,其特征在于:所述超声振子包括动态支路,所述动态支路包括串联的动态电容、动态电感和动态电阻,且串联的所述动态电容、动态电感和动态电阻与静态电容并联。

4.根据权利要求3所述的旋转超声加工系统阻抗匹配电路,其特征在于:当超声电源的信号频率等于超声振子的谐振频率时,超声振子的动态支路产生串联谐振,其动态支路谐振阻抗表现为纯电阻,动态电阻与静态电容并联的阻抗为超声振子的谐振阻抗。

5.一种旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:该方法基于如权利要求1‑4任一项所述的旋转超声加工系统阻抗匹配电路实现,方法包括:当原边回路和副边回路均产生谐振时,求解得到满足原边谐振和副边谐振的第一匹配电容和第二匹配电容的参数曲线;

将第一匹配电容的参数曲线和第二匹配电容的参数曲线的交点作为匹配电容参数。

6.根据权利要求5所述的旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:求解得到满足原边谐振和副边谐振的第一匹配电容和第二匹配电容的参数曲线的方法,包括:计算原边回路的阻抗和副边回路的感应电流;

根据原边回路的阻抗和副边回路的感应电流,分别计算得到满足原边谐振和副边谐振的第一匹配电容和第二匹配电容的参数曲线。

7.根据权利要求6所述的旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:在计算满足原边谐振和副边谐振的第一匹配电容和第二匹配电容的参数曲线时,将超声电源按照理想恒压源进行计算。

8.根据权利要求6或7所述的旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:计算原边回路的阻抗的方法,包括:设原边线圈的阻抗为Zp=Rp+jXp=Rp+jωLp,副边线圈的阻抗为Zs=Rs+jXs=Rs+jωLs,其中,RP表示原边线圈内阻,ω表示超声电源的信号频率;Lp表示原边线圈自感,Rs表示副边线圈内阻,Ls表示副边线圈自感;

由基尔霍夫定律,得到原边回路:

I=I1+Ip                                              (3)式中,R表示超声电源内阻,I表示超声电源的输出电流,C表示第一匹配电容的电容值,Zp表示原边线圈的阻抗,Ip表示流过原边线圈的电流,jωMIs表示副边回路在原边回路的感应电势,I1表示流过第二匹配电容的电流,C1表示第二匹配电容的电容值;

副边回路:

ZstIs‑jωMIp=0                                       (4)式中,Zst表示副边线圈与超声振子的谐振阻抗,Is表示副边线圈感应电流,jωMIp表示原边回路在副边回路的感应电势;

根据式(1)~(4)求解得:

其中:

式中,M表示原副边线圈的互感,Xst表示副边线圈与超声振子的谐振阻抗Zst的虚部;

根据式(5)得,原边回路的阻抗Zy为:

其中:

A=Rst‑ωC1D

B=Xst+ωC1E

D=XpRst+XstRp

2 2

E=(RpRst‑XpXst)+ωM;

式中,Ry表示阻抗的实部,Xy表示阻抗的虚部。

9.根据权利要求8所述的旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:计算副边回路的感应电流的方法,包括:根据式(6)得,副边感应电流为:

式中,M表示原副边线圈的互感。

10.根据权利要求9所述的旋转超声加工系统阻抗匹配方法,其特征在于:计算得到满足原边谐振和副边谐振的第一匹配电容和第二匹配电容的参数曲线的方法,包括:当原边回路和副边回路均产生谐振时,根据式(7)和(8)得:

2 2

ω(C+C1)[(XpXst‑RpRst)‑ωM]‑Xst=0                (10)式中,Xst表示副边线圈与超声振子的谐振阻抗Zst的虚部;

联立式(9)和(10),推得:

2 2

其中, H=Rst+Xst;

根据式(11)和(12)计算不同ICPT电感参数下双边谐振时的匹配电容。