超磁致伸缩致动器结构设计与静态特性实验

对超磁致伸缩致动器的结构如驱动磁场、偏置磁场、预压结构、水冷机构等进行设计,利用致动器加工实物,完成致动器的静态特性实验,获得不同预压力和驱动磁场强度下的致动器输出位移曲线,并得到了最优参数。     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.     

微型超磁致伸缩高速阀致动器的优化设计

通过优化设计驱动线圈和Terfenol-D的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料Terfenol-D为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善Terfenol-D的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.     

超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D可以研制出推进力大、量程大、纳米级分辨率的超磁致伸缩致动器,在超精密加工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域有着广阔的应用前景.本文对超磁致伸缩材料的磁化机理、超磁致伸缩致动器的非线性模型、控制技术及精密位移控制系统作了较为详细的评述,并指出了超磁致伸缩致动器的模型与控制技术的发展趋势.     

轴向开槽对改善超磁致伸缩材料线性度影响的研究

磁致伸缩应变与磁场关系的非线性,影响了磁致伸缩控制元件的精度和稳定性。文章针对这一问题,在超磁致伸缩式微小型高速开关阀驱动部件设计基础上,提出了沿超磁致伸缩棒(GMM)轴向开槽的方法来改善GMM部件的工作性能。通过对轴向开槽前后GMM棒内部磁场强度和焦耳热分布的数值计算,分析了轴向开槽对改善磁场强度的分布和减少热损耗功率的影响,通过对GMM棒开槽前后伸缩量的测试,验证了开槽可以明显改善超磁致伸缩材料组件的非线性。     

超磁致伸缩作动器磁路优化设计

为改善磁路环境,提高超磁致伸缩材料(GMM)的工作性能,在分析超磁致伸缩作动器(GMA)工作原理及GMM特性的基础上提出以减小磁漏、增大磁场强度和提高磁场强度均匀性为设计原则,将GMM棒中轴线上的磁场强度作为评价标准.基于ansoft maxwell对磁路进行电磁学有限元分析,得出磁路中的关键部件导磁端盖和导磁片的结构参数对磁场强度大小和均匀性的影响规律,结合高斯磁通理论分析产生这种现象的原因,在此基础上对结构参数进行设计优化.实验结果显示结构参数优化后GMM棒中轴线上的最大磁场强由55.4 k A/m增大到70.35 k A/m,增幅为26.98%,磁场均匀率由44.22%增大到99.5%.研究表明:导磁端盖主要用来减小磁漏、提高磁场强度且过大或过小的直径和厚度都将会导致漏磁增多,U型导磁片主要用来改善磁路环境、提高磁场强度的均匀性.     

超磁致伸缩致动器输出滞回特性的分析与实验研究

首先通过对超磁致伸缩致动器系统结构以及输出滞回特性的分析,指出优化致动器机械结构和电气参数配置是减小滞回的关键．进而对致动器系统3个可能的滞回特性影响因素：轭铁磁导率、弹簧刚度、磁场强度变化率进行分析与实验研究,探寻使致动器滞回特性减小的有效途径．     

超磁致伸缩致动器控制系统的建模与仿真

结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，对磁致伸缩致动器控制系统进行了仿真，设计了PID调节器，并在此基础上进行了离散化，得到了数字控制系统，为磁致伸缩致动器控制系统的硬件选型和硬软件设计提供前提条件。     

稀土超磁致伸缩材料、应用与器件

介绍了稀土一铁超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能和应用该材料研制的器件．利用磁致伸缩材料的磁致伸缩大、能量密度高、反应速度快等特点,研制了具有尺寸小、位移量大、精度高的致动器,用于精密加工中位移的进给、异型零件的加工和精密阀门的控制等领域．研究和开发超磁致伸缩材料和器件,对于促进机电一体化、微电子、纳米技术等的发展具有重要意义．     

超磁致伸缩致动器动态特性分析与实验研究

基于超磁致伸缩材料磁滞非线性,结合其致动器结构,推导了致动器的动态应变模型.为了验证模型的准确性,进行了致动器动态特性测试,测试结果和理论仿真结果基本一致,为致动器的实际使用打下了基础.     

步行能量采集器中磁致伸缩材料的机-磁耦合特性研究

针对步行能量采集器中磁致伸缩材料的机–磁耦合特性,提出了一种磁致伸缩材料机–磁耦合特性的研究方法,通过观察磁畴角度偏转的规律,研究应力和磁场载荷同时作用下的超磁致伸缩材料的机–磁耦合特性.发现外加磁场增加有利于磁畴的偏转和跃迁,而应力各向异性能不利于超磁致伸缩材料磁化的进行,使超磁致伸缩材料的磁化更加困难.依据以上结论选择最佳的外加磁场和应力的取值,并且计算磁致伸缩材料对外产生的磁化强度,该磁化强度具有更高的效率.     

静态磁场谐振磁传感器设计

为了解决磁致伸缩/压电复合磁传感器测量静态磁场时需要交变激励磁场以及磁电电压输出低等问题,提出了一种改进结构的磁致伸缩/压电/音叉复合谐振磁传感器,采用COMSOL有限元仿真软件对传感器的应力与应变分布以及音叉的振动模态进行仿真.结果表明,传感器的谐振频率随着磁场强度的增加近似线性递增;在0～1 000 Oe磁场范围内,灵敏度达1. 750 5 Hz/Oe,是改进前的7倍,验证了传感器改进结构的有效性.     

SDMSA双磁致伸缩线性位移传感器标定实验研究

为获得SDMSA型号的双磁环磁致伸缩线性位移传感器位置量与输出电压的特性关系,在自制的传感器标定的实验台上,对位移传感器测杆产生的激励磁场和双磁环产生的偏置磁场与双磁环间的间距的关系进行了研究,建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型.在相同偏执磁场的作用下,探究双磁环间距与输出电压的关系,通过实验进行关系推导.得...     

脉冲磁场处理非晶合金产生的纳米晶化相的磁伸性质

低频脉冲磁场处理工艺,使非晶薄带Fe78Si9B13产生纳米晶化,析出α-Fe(Si)纳米相,形成α-Fe(Si)纳米晶与剩余非晶的双相纳米合金。穆斯堡尔谱分析,随着脉冲磁场的强度提高,双相纳米晶合金的晶化相体积分数增加。纳米晶化相α-Fe(Si)的磁致伸缩系数λcs为-1.287×10-4～-1.345×10-4。控制晶化相体积分数,可以使双相纳米晶合金的有效磁致伸缩系数λes最小,有利于提高双相纳米晶合金的软磁性能。     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

超磁致微致动器能量耦合转换有限元分析

根据超磁致材料（giant magnetostrictive material，GMM）磁 机耦合能量转换的本构关系，采用有限元（FEM）耦合迭代方法，设计了超磁致微致动器，研究了超磁致介质的力学特性（应力、应变）与磁学特性（磁场强度、磁感应）.对算法的考察分析表明，不同类型负载下FEM耦合迭代算法均具有良好的收敛性能.将FEM耦合迭代计算的理论结果与实验结果作了比较，两者比较吻合.对不同预压力下器件的响应特性进行了分析，结果表明，在6 MPa预压力下，致动器具有较好的线性和较大的应变量，二者取得较好的折中.