双棒型磁致伸缩致动器多场耦合下的输出特性分析

《双棒型磁致伸缩致动器多场耦合下的输出特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TP215密级：UDC：621.3编号：201421401044河北工业大学硕士学位论文双棒型磁致伸缩致动器多场耦合下的输出特性分析论文作者：崔晓静学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：王博文职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringANALYSISOFOUTPUTCHARACTERISTICSOFDOUBLERODMAGNETOS

2、TRICTIVEACTUATORUNDERMULTIFIELDCOUPLINGbyCuiXiaojingSupervisor:Prof.WangBowenDecember2016摘要磁致伸缩材料在致动器、传感器、换能器等领域具有广泛应用。为扩大致动器的应用范围，基于Fe-Ga磁致伸缩材料，设计了一种新型双棒结构的磁致伸缩致动器。在致动器输出端可以同时实现轴向与径向输出位移。设计的致动器结构简单，工作谐振频率较低，具有实用价值。首先，确定所设计致动器的结构参数。基于致动器的磁路分析，得到磁致伸缩棒

3、中的磁场强度大小与线圈匝数、输入电流大小、磁致伸缩棒的长度、横截面积、磁轭的相对磁导率等因素有关。为使磁致伸缩棒中的磁场强度值增大，经过分析计算后选取磁致伸缩棒直径长度为10mm,线圈长度为50mm,磁轭材料选择导磁能力较强的硅钢片,磁轭宽度为12mm。然后，利用有限元仿真软件对所设计致动器的磁场与温度场进行分析。两驱动线圈施加反向电流时,磁致伸缩棒上的磁通密度比施加同向电流时较大，两种情况下磁致伸缩棒中的磁场分布都较为均匀。基于材料考虑温度后的多场耦合模型，分析了致动器在直流与交流输入条件下的

4、温升特性。随着输入直流电流值的逐渐增加，装置温度逐步升高。当磁致伸缩棒进行切片处理并通过风冷装置进行冷却后，致动器温度变化控制在4℃范围内，不会随时间的增加而逐渐升高，满足设计要求。最后，研究了磁致伸缩致动器的动态输出特性。研究发现，当对致动器的两个驱动线圈通入反向电流时，系统的谐振频率分别为981.79Hz，4280Hz，7898.2Hz，其径向与轴向的输出位移分别为52μm，16μm，8μm和1.8μm，2.4μm，2μm，可应用于工件的精密加工等领域。对磁致伸缩致动器的两个线圈施加同向电流

5、时，致动器在轴向只有一个谐振频率，为7898.2Hz，在谐振频率处的轴向输出位移为14μm，可应用高频激振器等领域。通过实验研究了磁致伸缩致动器的输出特性，结果表明实验与仿真计算结果基本一致，事实证明研制的致动器具有实用价值。关键词：磁致伸缩，致动器，磁场分析，谐振频率，输出特性IABSTRACTMagnetostrictivematerialshavebeenwidelyusedinthefieldsofactuators,sensors,transducersandsoon.Anewtype

6、ofdoublerodstructuremagnetostrictiveactuatorwasdesignedbasedontheFe-Gamagnetostrictivematerialtoextendtheappliedrangeoftheactuator.Theoutputoftheactuatorcouldberealizedsimultaneouslyintheaxialandradialoutputdisplacement.Theactuatorhassimplestructurea

7、ndlowworkingresonancefrequency,whichisofpracticalvalue.Firstly,themechanismparametersofthedesignedactuatorweredetermined.Basedonthemagneticcircuitanalysis,wecouldgetthatthemagneticfieldstrengthofthemagnetostrictiverodwasrelatedtothenumberofturns,thei

8、nputcurrent,andthelengthofthemagnetostrictiverod,thecrosssectionareaofrodandtherelativepermeabilityofthemagneticyoke.Inordertomakemagneticfieldstrengthbecomelarger,themagnetostrictiveroddiameterwaschosento10mm,thelengthofthecoilwas50mm,themagneticyok