超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析.pdf

《超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·30·超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析术吴家龙，李宝福，张广坤，俞立钧(上海大学机电工程与自动化学院，上海2oo072)摘要：本文提出了超磁伸缩致动器(GMA)的新型磁路结构，从而对GMA中存在的温升问题提出了解决方案。对现有GMA及其磁路进行了分析，在此基础上提出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料(GMM)及导磁材料构成。新型GMA结构中线圈所产生的功耗要远低于现GMA,并且环状GMM可以有效地将线圈和GMM隔离，从而降低了由于温升过大导致GMM棒热变形的影响。关键词：超磁致伸缩致动器磁路环形功耗中图分类号：TH一12文献标识码：A文章编号：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中央钢铁金

4、属研究所等最早应用GMA设计出方环换能0引言器，将其应用于水下声纳系统中并试验。结构如图2示，驱动致动器又称执行器，其作用是按确定的控制规律对控制部分由4根的Terfenol—D棒组成，其共振频率可达900对象施加控制力。按不同的驱动原理，可分为：气动伺服执行Hz[。器、压电执行器、形状记忆合金以及GMA等。与其它执行器相比，超磁致伸缩致动器具有以下特点：1)变形输出大；2)较高的机电耦合特性，能够高效的进行磁能到机械能的转换；3)较高的承受负载能力；4)静态和动态负载下良好的稳定性等。因此GMA已被应用于超精密加工，精密定位，机器人，智能主动振动控制等领域。香港城市大学的Lau，H

5、_Y．等人将GMA图2应用于水下声纳系统的方环换能器应用于径向轴承的定位和振动主动控制。结构美国密歇根科技大学将GMA应用于机床切削加工的精如图1示，应用控制技密定位器中，工作原理如图3(a)示。GMA的静态位移可术动态调节油膜间隙，达20m～200pan，且具有低速，高输出力的特性，因此可以使转子系统始终处于合图1轴承的定位和振动主动控制将其应用于蠕动式马达的制作。德国柏林大学L．Kiesewetter理的工作状态。根据位移传感器实时测得的转子振动信号，研制出了如图3(b)所示的蠕动式马达。哈尔滨科技研究微位移致动器对轴承施加激振力使转子的振动得以减弱，实所将GMA应用于燃油喷射器

6、系统中。现主动减振⋯。由于超磁致伸缩材料具备上述的优秀性能，已被广泛地基金项目：国家自然基金项目(50675129)。作者简介：吴家龙(1985一)，男，上海大学机械与自动化专业，硕士研究生，主要研究方向为微位移致动器设计及制造。收稿日期：2010—2—4·31·应用到各个领域。因此，对GMA的结构研究具有重要意义。的磁路结构进行比较。3现有GMA与新型GMA磁路的分析H加日■在这里Lv．X~低频特性下的GMA进行研究，因此不考虑H#o日●●_E涡流损耗所产生的发热量，即主要分析线圈产生的功耗对H#0E】_—_■日H#0目—●-日GMM产生的影响。现有GMA和新型GMA的磁路原理图如

7、田6所示，6(a)、6(b)剖面线部分分别为棒状、环形的GMM材目}料，其余部分皆采用l0钢作为导磁材料。两磁路呈对称结(a)定位器T作原理(h)蠕动式马达原理构，因此取半边磁路作为分析对象。图32现有GMA分析目前，国内外研究用的GMA结构多如图4示。由图a)现有GMA磁路原理(b)新型GMA磁路原理可知，GMA譬核心部件为磁路部图6分：由上导磁体7，下导磁体r。为线圈绕组的内径，r2为线圈绕组的外径，r3为上导磁12，侧导磁体9，超磁致伸缩棒体的外径，