装甲车辆动态扭矩测试系统的无线供电装置研究

2 105年第 2期

车辆与动力技 术eVh ic l e& Po w e r eTc h n olo g y

第 1总 8期3章文号：1编0 0 9— 4 68 7 ( 201 5 ) 20—0 0 3 7— 0 4

装甲车辆动扭态矩测试统系的无线供电装置研究马凌芝 , 宏侠(潘北中大 机学械与动力程工学院，太原 0 3 005 1 )

摘

:要从线供电技无对装术车甲动辆态矩测扭系统展试开研分究析，设出计种基一于电磁感应与电谐磁振原理无线的供电装.置装该置借于发助射线圈与接收线圈之产间生变的化磁场，在接收线圈内生感产电应势为负载提供动电.能在电装置供计设完成后，进行温标度定，通并相过关验数实据验，证了该无线供电装置以可应用到装甲辆车传动轴的动态扭矩测试置上装，有一定具研究的值价. 关键词：装甲辆车；扭矩；磁电应感与电谐磁振；无线供电；度标温定中图分类号： P T27 3 文献标识码：A

e sRe a cr h n o Wir e le ss P’ ow e r S u p p l y D vei c e s f r o yDn a im

To crq u e eTs ti n g S sy t em o f a n Armo r d Veeh i l ceM A Li n g— zh,iAP NH nog x—i a (S ch oo l fo M ceh a in ac al nd o wPe rE n i g n e ier n g,N or t h Un i v re i t ys o f Ch i na, T a i y uan 0 30 0 5 1, hCi n a)bAs t a rct:Ba s e d o n h t aen a y s lis o f t h e dy n mi ca t or u q e ets t i ng s y s te m us e d i n a n ramo re d v e h i lce wit h t e hwi r e les s p we o r s u p lp t ey ch n o l goy, awi erl es s p o we rs u pp l y e dvi c ew a s d es ig ned o n t he p nci r i l ep s o fb ot h lee c tr oma g net ic i n d c t u i on a n d e l e t cro ma n g et ic r e s o n a n ce. By me a ns of t he c h a ng in g ma g en it c i fe l d be t we en t h e tr a ns im tt e r c o l i a nd t he re c eiv er c oi l, the e d vi ce p r od u ec s i dn u t i c on el e t r c mo o i tv e fo c e ri n t he erc e iv e r c o i l o fr p o w enir g t h e l o adTh .e t e m e r p atu r e c la i b rat io n of t he de i v e cwa s m a d,aen d the r e elv a n te x p eime rn t a l d a a t v ie f ried th a t t h e d v e c e i c a bne a p l p ie d to t h e dy na m ic t or q ue t e s ti ng s y s te m o fr h e t

a rmo r de ve h ci le . Ke y w rod s Ar: o r e m d veh i c l es, o rT u qe,E le ct r oma g ne itc i dn uc t i o nan d e e lct ro a g mn et ic re s noa c n,eW r ie l es s p o e w r u s p lp yT,e m p re tau r e cal i br a it o n

作为种一械传动机轴的基载荷本形式，矩扭是械机试验中必须测的检项基一本参数… .装车测甲环试空境间狭小，度温较高且，射发装高置速旋实测环境中.辆为一种作型的典动机械力传动系，统动其态扭 1矩扭矩测试系统供装电设置计转，接装置静止收不.动这情况下，种统传电的池供电方 式供因寿电短命不、耐高温、占用空大，间且电能传输稳性差而定被淘汰 .所以，文中设计了一

.1 1无供线装置电

无该供线装电置基是于电磁感应与电磁振谐原

理设的计，通相过互耦合发的线射与接圈收线之圈间产生的

交变磁，在接场收线内圈感应一出交流电

种无线供电式方应于发用射装 .无置供电线置装

设计完成，对后其行了温进标定，度验了设计证的无线供装置电具良有好的温度特性，以用可在场现稿收日：2期 10—410 1— 1

势，此动电动势再经过流稳整压后为负 载供电提能 .

作者介简：马凌芝( 19 9 0)一，,硕士，研女究方向为装备系检测统、诊与断制控

车辆与力动技术文扭矩中测试射发装置需要 5 和 3V 3. V两种供电电.压其中，应变路和桥扭矩测发试射路电需要 3 .3 V电压，信号放大与滤波路电和 A D转/换电需路要 5 V电压所.以，无供线电部主分要设计两大模块： 5 V电模压块、 3 .3 V电模块压其，体整设计框图如图下 1所示 . 环收LM1 1 17- 3 .

1 . 2无供线发电射路电无供电线发射电路包括电源理管、高逆频变与率放大功部3分 .电源管理部分接直用采车 1 2载 V 流电直源.为提高了电能发在射环节与接收环节之 间的递效率，传1 2 V直 流电经要过高频变逆功与率

放大进行信号频率能与量幅值的增大 .高频逆 电变路 采用深圳芯 科泰司公发的研 X TK一4 8 0 A 作为核心芯片，芯此外片围件器少(只需一电个容与一 个电阻)工，作电流 (输小出

块

模f: j 、,一 . l电压

一

电●流 2 00 m A左右 ),且能现实自频动锁率定，无需外加晶便可产生振一稳定个的频 为 1率0 0 k H z的

一

一

尾~正弦交信流号.● .一●频逆变高路输电出的量能极小，要需进行率功放大采.用率放功大芯片T 53 3来实现交 6流幅值电

的放，该大芯片无需加围外器件工作电压范，宽 (围 D C3 ~V15 V),工作 度高温( 5一 5℃~+ 2 5 1℃ .图 1无 供线电置整体装计设框图

设计的无线供电射发电路如下图 2示所 .

图无2线供电发射电路1 . 3电磁合耦

( 192在无线供装电设置计中，磁耦电合环节其是设计的键关，为此因环节中发线射与圈接收圈是完线分全离的，耦合系数很小，使得

两圈线间电能的传效率输不高所以.要，从提电高传能输效率上对电磁合耦环展节开设计.

。<. 3或> l时两，线圈间电传能输效率下降迅速； ( 2) 20

=。. 5 1…旦且 I<D .。时1,两圈线间电

能输传率效很，可达到 9 0高%上以.

通阅过读相关的参考文献总结出影，响两线 圈间电传能输效率的因素主有要：圈线耦间合数系、线 间距圈及线直圈径 .比即：耦合系数随着线圈垂接线收圈直间距水与平间距的增大而降低耦合；数系着随两 线圈半径的增差大而低；降圈间距线D 与线直圈径D比 /D 电能传对效输率影的利响用 FHS S 1 2电磁仿真软件仿真示意图下如 3图所示 l3 J .图3中 D,、 D别为发分线射圈与接 收线圈

发射线蹦

图3 发射圈与接线收圈电线磁传输示意图

以上两个结由可论看以出若，射发线圈与接 收圈线离距太远电，能输传过程中无功 耗会损很严直径的 D,为两线垂圈直间距.仿真之后，得到以两下个结论：

重，射发线与接圈线收间距圈近越，电能传效输率

第期

马2凌芝等：装甲辆车态扭矩测试动统系的无宫线殿装研究置会越高；发射圈线接与收线尺圈寸接近越，能电传输效率也越会高 . 为了保证线圈绕缠的紧密 性与范性规，专用绕用机线将接收线圈缠绕 在尼一龙套筒上，与并套筒个并联谐电路振以产生一个最大交的变磁场，进而在

接端收生产一最大个感应电的动势以，最大程度地提 电高传能效输 .电磁耦合硬率电路件的如 4图起套在转上随轴轴起一动转，将发线圈缠绕在射另一相同质的尼龙套材筒，二上者一固定起套在接线收圈外并与 同之平心放行置 j.现场实测时装一

匦囫

杂u H

蝌鲻甲辆转车轴直为径 21 5 m,所以无m线供电置装收线接圈尼龙套 直筒径为定1 2 8mm根.据 线直圈径 n.//-1

n 1" 11

4图磁耦电合硬件电图路比= 0.5… 1且< 0 1的.设计原则，将发射线1 . 4线无电供收接电路圈尼套龙筒径直定为 13 8 m . m外，两线另圈选择

用采肖基特整流二极 2管A/6 0 V SR 2

6对0接 收

0 .5 m线m径，线两圈缠绕匝同为数 1匝 0绕，制方式用采层单绕制.线圈设计好，要后定确其自感和与之值并的联

圈接收线到的流电交压号信进整行流整流后，过通5 V稳压芯片 T 316 8 (承 电流受值 可达2 A,耐压可值达 8 2 V和贴)功片率感电S P 31—2 2 0 K将压电稳到定5 V,再通过 L M 111 7— 3. 3稳压电路将 5 V 电压转为换稳定的 .33 V直流电 .压电容.值假定发射线圈与接收线圈自的分感别为 ￡和与，发线圈、射接收线并圈联电容分别的为 和 CC .设：计 C时、L。 C和、 L分别组两成 2 2

设的无线计供接电收电路下如图 5所示 .D . . .

上f 2A, ￣6o v n 2sf o—] 爿！ } _广 ￣一 6. k,2一 圭 :-l± c =一一一 ._ i _—‘罚、 F I l O u

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舟i图 5无供线电收接电图路

根表据1得出的结论在 2, 40 r/ imn车的转床

2无线供电装置动的态验分实析在 12 电源电压 V做下了相关实验，分析转速速下，分了析不同电源压电与线圈间距对电供置装 收端输接出压的电响，具影实体验数 如据下表 2所示.

表 2 同不源电电与压同线不圈间距时接收 输出端电压

大小与速转方向对供电装置收端接出输压电的 影响，体具验实数据如下 1表所 .示表 1不转同速时接的收输出电端压转大速小/ ( r m in I 1) 收接端输出电压/ V 转电正/压v 反电转/ v压

表由 1看出，不转速下同，无线 电供装置收端接输电压出的大小几乎不变，说明线供无电装置接收端出输电压不受转速大和方小向影的响 .

40

车与辆力动技术

2 0 5焦

由表 21看出，在一定的线 圈距间D ( D

收端输出压电随着间距 的 D增大逐步减小 至直为 0 .

<0. 1D )内，不同

的电电压对无线源供 装电置接收端输出电的压响很影，小且输出电压保持稳定；电源电压一定时，在 一的线定圈距间 D(D

时同，为了分析圈线距对间电传输效率能影的响, 1以2 V电电压源为例，在 止静车的床上做了<0 . 1D )内，无线供电装置接收 端出电输压稳定在某一值数，当 D 0>. 1 D 时无线，电装置接供

相关实验具，体的实验数据下如表3所示 .表3供电装电置传能效输率在不同线间圈距时的实数据验 (车床止静)

表3中实数验据明表无，线供电装电能传置输效与率圈线距间有 D .在关电源电压定一的情况

( )将1射发/接收线 固圈在恒定温箱中，保持两线平行同圈放置心； ( 2 将)发装置与接收装射置接入电，发射路装置

,线下圈距间大越，能传输电效率越；线低圈间距越小，能电传效输率越高；而 当且两线圈完重全合 放时置，电能传输效率高最 .据以根结论上，现场实测时，无供电装线发置射电采路用载车1 2 V直流电供源即可电但要，求发射线与圈收线接完圈全合重放置. 一

采用外部源供电电； 3()合上温恒箱后，以2 0为℃起始温度 记录输出电压，每隔值10 记一次数录据； (4 )当度温升上到 9 0℃和1 0 0 oC时，在这两个 温度点分上别保 2持0分钟，并且 隔每5分钟记 次录数据观，输出电察变压情化况.

3温度标定试验现场对扭矩测试系统温要求度较高所，以在现实测场要前用G ZX - 90 70 MB E热恒温电鼓风 干实验结：无果线供装电温置度标定实验数据见表下 .

4表 4由数据算出，温度变化的最大偏分别差e =为 3 .—3 3.2 5= 0 .05,e =,5. 0 5—5: .00 5,因此燥箱对扭测试矩发射与接装收置、无线供装电置进行温度标 .定

温度变化误的差分别为叼 1=. 5%,叼 =% 1这.

结果一说明无线供电置受装度温变化影很小，输响出压电本基稳定 .标过定程：表 4线无供装电置温度 标定实数验据

(下转第6页) 2

’6 2。

车辆与动力技术

021 5年

2[]

S u n Y .LJ i ao R D T . he f efe c t o f ehl i x o n t h e n o lni ena r 5 结论 1有限元)分表析，明螺栓预紧力对结构 的固频有率和振型影很小响.在施拧加力紧之后，矩上

a na lys i s of htr a d e e d c o nne c it no

] .J A v a nd ce d Ma t r i ael s R es e r ca h,20 1 1,1 4 8 3()1: 7 1— 14 74 4. S n u Y JL, i oa R D, hZ ang W . ZNon li n e a r a na ly s i s fo ax i—l l o aad an d st re ss dis t rib u t i o f on rth r ead e d c n o e c n ti o n

下兰法间的之连接方式有所也化，从变面一面接触 转变局为接部触螺，栓预紧力的大在高小会阶有微细影的响，也并不显但 .著

[ J] C.h i n es Je o urn al f o Me c h a n i acl n Egi n e i re n,g 2 00 9,2 2( 6 ):86 9 8 5 . 7徐

超余绍，蓉郑，晓 ,等亚.机械 栓螺法兰连接

的有限力元学模型比较究研[ J]机.械计设与制造,2 0 9( 60) 3: 7—3 9. ]JJ

2 1 )仿真与算计结果表明，栓螺连应接集力中点与大主要小与预力紧和连接方有关式螺，栓法 兰J]

34

5

高

旭，曾英国李，婷婷等.基，于 AN SY S螺的纹

,]6

连接模型进也一步说 ,明实在际接触中，下上法兰由于螺连接栓改变了接触状态，其由装引配起应的

连法兰接结构模态分析 []J .重庆科技学院学报 (自然科学版 ), 2 0 90,1 1( ):154 5— 1 4 .7徐延海，贾丽萍，张建武， .基等接于触面几何的接触问解题法[ ]J机 .工械程学报 2 0 0,2 3,8 ( 10 )1:3 1— 1 3 4 .

力和变形也主集要中在各个栓螺近附，对其部余位影响大不 .参文考献：

[ 7]徐梓雯，景新那张志，远，等螺.栓连有接限模元型的弹

性接触研究[J] .国中械工程机， 2 012, 2 3[ 1] eL hnh fof T F K o, K I, IM cka y M L .M e mb e r st if n f ses an dc o tn a ct pr e ssu re d i s ti r u t i o bn o f bo l t e d j o i n s[tJ . ] r aTn sa c t i on so f h et A SM,E 19 9 4,1 1 6( 2 ): 5 50 - 55 7 . ( 5) 1: 1 3 8— 1 08 32

.(上接第 4页) 1

表由 4充说分明无线供装电置可以较长时承间受1 0￣ 0C左右高的温，且输出压电和理论值差很相参文献考：

[ 1

张]有颐.转矩测量技术[] M.北京：量计出版社， 91 86 . 小,全完可以到达系统测试温对度的求要.

[ 2] A ..G r e W en, J . T B o y. s.1 0 H k z i n u c td iv el y c ou p l ed

4 结论绕围着扭矩钡 4试系统所处的殊特的工作环境， 基于磁感电应原理设计了一套无线电供收发装置，

p owe r t r a nsf e r c o n— ce tp an d c o n t orl[ C] P o.w e r El e t cr o n i cs n d aV iar ab l— eSp eed ivD re s . 1 99 4. F fi t h In t naer t iona l oC fn ere n c eo,n Lo d o n: n EIT, 99 1:4 69 4- 69 9

3[]刘然浩.轧机轴扭接矩传感数据器量测与线传输无的究研[]D .皇秦岛：燕大学山， 20 04 [ 4] 李林.基于松磁感电应耦合的线无电传输能究研 D[].成都电子：技科大学 2, 0 2 1[ ] 5柏.基杨超声波的无线于能电传输的究研[ J]压.电与声，光2 0 1,13 3 ( 2) 3:2￣ 24 7为扭矩测试发射装置供提能电，不克仅了锂服电池 电寿命供且短不耐高温的陷缺，还大降大低了传输程中过的能电耗消，实了现能的电高效靠可传输 . 通过统系标定验试从理，论上证验了无此线供电装置可以应用到装甲辆车传动

轴扭测矩装置试上，同时也验证此无了供线电收发装置输出电压稳定性高、温度性特好.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rk24.html