電機(jī)驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮執(zhí)行器.pdf

1、超磁致伸縮微納米執(zhí)行器(GMA)利用超磁致伸縮材料的磁致效應(yīng)，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮材料微伸縮，達(dá)到微納米高精度定位目的。超磁致伸縮微納米執(zhí)行器已經(jīng)被廣泛研究與開(kāi)發(fā)，其應(yīng)用包括機(jī)械加工、航天、汽車等領(lǐng)域。傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器通過(guò)改變線圈電流實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮材料微位移輸出可調(diào)。在維持一定的微位移輸出時(shí)，電流需要一直保持。此時(shí)，執(zhí)行器無(wú)機(jī)械功率輸出，輸入功率以熱的形式消耗在線圈電阻上，執(zhí)行器效率幾乎為零。此外，在低頻(＜10 Hz)

2、輸出情況下，傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器的效率也比較低。為了解決傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器在維持恒定微位移和低頻工作條件下的低效問(wèn)題，本論文設(shè)計(jì)了一種新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮執(zhí)行器(Motor-Driven GiantMagnetostrictive Actuator, MDGMA)。
　　該新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮執(zhí)行器摒棄傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器線圈電流驅(qū)動(dòng)方式，而是采用旋轉(zhuǎn)永磁體驅(qū)動(dòng)方式。傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器利用線圈電流改變超磁致伸縮材料內(nèi)部磁通

3、，實(shí)現(xiàn)微位移輸出可調(diào)。而MDGMA利用旋轉(zhuǎn)永磁體方式改變超磁致伸縮材料內(nèi)部磁通，實(shí)現(xiàn)微位移輸出可調(diào)。在維持恒定輸出微位移時(shí)，MDGMA只要維持永磁體空間位置即可實(shí)現(xiàn)恒微位移輸出。此時(shí)，電機(jī)不吸收功率，執(zhí)行器效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器。通過(guò)理論、模擬和實(shí)驗(yàn)證明，MDGMA能實(shí)現(xiàn)低頻微位移輸出可調(diào)和維持恒定位移輸出時(shí)的高效。
　　論文分別從理論、模擬和實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證MDGMA這一概念的正確性。首先，利用磁路方法建立了數(shù)學(xué)模型，給出了

4、輸出微位移與驅(qū)動(dòng)永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間的關(guān)系表達(dá)式;其次，利用三維有限元計(jì)算方法驗(yàn)證了MDGMA這一概念，分析了不同勵(lì)磁磁場(chǎng)、不同永磁體形狀和不同旋轉(zhuǎn)角度下的磁場(chǎng)分布;最后，在超磁致伸縮材料鐵鎵合金特性曲線測(cè)試及機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加工制作了樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與理論分析結(jié)果高度吻合，切實(shí)驗(yàn)證了MDGMA這一概念的正確性。
　　本論文所設(shè)計(jì)的MDGMA具有連續(xù)輸出位移可調(diào)、發(fā)熱量小和高效等優(yōu)點(diǎn)，在高效制動(dòng)裝置、高精度定位