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1、·30·超磁致伸縮致動(dòng)器的新型磁路設(shè)計(jì)與分析術(shù)吳家龍，李寶福，張廣坤，俞立鈞(上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海2oo072)摘要：本文提出了超磁伸縮致動(dòng)器(GMA)的新型磁路結(jié)構(gòu)，從而對(duì)GMA中存在的溫升問(wèn)題提出了解決方案。對(duì)現(xiàn)有GMA及其磁路進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出新型磁路結(jié)構(gòu)。此磁路由環(huán)形超磁致伸縮材料(GMM)及導(dǎo)磁材料構(gòu)成。新型GMA結(jié)構(gòu)中線圈所產(chǎn)生的功耗要遠(yuǎn)低于現(xiàn)GMA,并且環(huán)狀GMM可以有效地將線圈和GMM隔離，從而降低了由于溫升過(guò)大導(dǎo)致GMM棒熱變形的影響。關(guān)鍵詞：超磁致伸縮致動(dòng)器磁路環(huán)形功耗中圖分類號(hào)：TH一12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-6886(2010
2、)03—0030—03TheDesignandAnalysisofaNewMagneticCircuitinGiantMagnetostrictiveActuator、ⅧJialong，LIBaofu，ZHANGGuangkun．YULijunAbstract：WhileresearchingtheGMAfield，anewstructureofnewmagneticcircuitisproposedinthispaper，SOastosolvetheissueoftemperaturerise．ItisproposedafteranalyzingpresentGMA’Smagnet
3、iccircuit，iscomposedbyaGMMringandconductivemateria1．Thepowerconsumptionofnewstructureislowerthanthecurrent．Meanwhile，inthenewone，theGMMisseparatedwiththecoil．Therefore，thenewcauseslesstemperaturerisethanthecurrent．Keywords：giantmagnetostrictiveactuator；magneticcircuit；ring；powerconsumption中央鋼鐵金
4、屬研究所等最早應(yīng)用GMA設(shè)計(jì)出方環(huán)換能0引言器，將其應(yīng)用于水下聲納系統(tǒng)中并試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)如圖2示，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器又稱執(zhí)行器，其作用是按確定的控制規(guī)律對(duì)控制部分由4根的Terfenol—D棒組成，其共振頻率可達(dá)900對(duì)象施加控制力。按不同的驅(qū)動(dòng)原理，可分為：氣動(dòng)伺服執(zhí)行Hz[。器、壓電執(zhí)行器、形狀記憶合金以及GMA等。與其它執(zhí)行器相比，超磁致伸縮致動(dòng)器具有以下特點(diǎn)：1)變形輸出大；2)較高的機(jī)電耦合特性，能夠高效的進(jìn)行磁能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；3)較高的承受負(fù)載能力；4)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載下良好的穩(wěn)定性等。因此GMA已被應(yīng)用于超精密加工，精密定位，機(jī)器人，智能主動(dòng)振動(dòng)控制等領(lǐng)域。香港城市大學(xué)的Lau，H
5、_Y．等人將GMA圖2應(yīng)用于水下聲納系統(tǒng)的方環(huán)換能器應(yīng)用于徑向軸承的定位和振動(dòng)主動(dòng)控制。結(jié)構(gòu)美國(guó)密歇根科技大學(xué)將GMA應(yīng)用于機(jī)床切削加工的精如圖1示，應(yīng)用控制技密定位器中，工作原理如圖3(a)示。GMA的靜態(tài)位移可術(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)油膜間隙，達(dá)20m～200pan，且具有低速，高輸出力的特性，因此可以使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)始終處于合圖1軸承的定位和振動(dòng)主動(dòng)控制將其應(yīng)用于蠕動(dòng)式馬達(dá)的制作。德國(guó)柏林大學(xué)L．Kiesewetter理的工作狀態(tài)。根據(jù)位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，研制出了如圖3(b)所示的蠕動(dòng)式馬達(dá)。哈爾濱科技研究微位移致動(dòng)器對(duì)軸承施加激振力使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)得以減弱，實(shí)所將GMA應(yīng)用于燃油噴射器
6、系統(tǒng)中?，F(xiàn)主動(dòng)減振?。由于超磁致伸縮材料具備上述的優(yōu)秀性能，已被廣泛地基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金項(xiàng)目(50675129)。作者簡(jiǎn)介：吳家龍(1985一)，男，上海大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化專業(yè)，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲⑽灰浦聞?dòng)器設(shè)計(jì)及制造。收稿日期：2010—2—4·31·應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。因此，對(duì)GMA的結(jié)構(gòu)研究具有重要意義。的磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。3現(xiàn)有GMA與新型GMA磁路的分析H加日■在這里L(fēng)v．X~低頻特性下的GMA進(jìn)行研究，因此不考慮H#o日●●_E渦流損耗所產(chǎn)生的發(fā)熱量，即主要分析線圈產(chǎn)生的功耗對(duì)H#0E】_—_■日H#0目—●-日GMM產(chǎn)生的影響?，F(xiàn)有GMA和新型GMA的磁路原理圖如
7、田6所示，6(a)、6(b)剖面線部分分別為棒狀、環(huán)形的GMM材目}料，其余部分皆采用l0鋼作為導(dǎo)磁材料。兩磁路呈對(duì)稱結(jié)(a)定位器T作原理(h)蠕動(dòng)式馬達(dá)原理構(gòu)，因此取半邊磁路作為分析對(duì)象。圖32現(xiàn)有GMA分析目前，國(guó)內(nèi)外研究用的GMA結(jié)構(gòu)多如圖4示。由圖a)現(xiàn)有GMA磁路原理(b)新型GMA磁路原理可知，GMA譬核心部件為磁路部圖6分：由上導(dǎo)磁體7，下導(dǎo)磁體r。為線圈繞組的內(nèi)徑，r2為線圈繞組的外徑，r3為上導(dǎo)磁12，側(cè)導(dǎo)磁體9，超磁致伸縮棒體的外徑，
