超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。     

超磁致伸缩执行器线性驱动电源的设计

针对当前超磁致伸缩执行器驱动电源效率不高问题,采用连续调整型恒流源的原理,并选用功率MOSFET作为功率放大元件,研制出具有“轨-轨”输出特性的线性电流源型GMA驱动电源。实际测试的结果表明,其性能良好,可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。     

超磁致伸缩换能器预应力优化设计方法研究

为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅,基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理,建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念,建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅最大为目标,提出以磁致伸缩平均灵敏度最大为准则的最佳预应力值确定方法。实验结果表明:随着预应力的增大,磁致伸缩平均灵敏度存在极大值,该预应力可在一定驱动磁场强度下获得最大的超声振幅,由此验证了磁致伸缩灵敏度模型的正确性和最佳预应力确定方法的可行性。提出的最佳预应力模型对超磁致伸缩换能器设计中预应力的选择具有指导意义,有助于大振幅超磁致伸缩换能器的设计及应用。     

超磁致伸缩驱动器双向可控恒流驱动电源的研究

针对超磁致伸缩驱动器的工作原理和电源驱动特点,设计了一种基于DSP控制能实现电流-4 A～+4 A连续可调的双向可控恒流驱动电源.该电源经实际测试性能良好,能满足超磁致伸缩驱动器的工作要求.     

磁致伸缩换能器振子及其性能分析

基于等截面细棒纵振动的振速方程及其通解，推出了棒型磁致伸缩换能器振子的频率方程，分析了其振速和应力分布、前后振速比等性能参数，讨论了在最佳阻抗匹配条件下换能器振子的设计问题，最后给出了一典型实例。     

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别,但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型,设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成(DDS)技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大,使用相位和有效值(RMS)计算实现频率追踪策略,从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后,对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析,结果表明,在开环定频驱动功能下可以输出15～50 KHz的超声信号,在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外,文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级,并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。     

超磁致伸缩换能器的建模方法

超磁致伸缩换能器工作的同时受到机械力场和电磁场的双重作用,特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数,必须建模研究。本文讨论了超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。     

超磁致伸缩换能器的建模方法

超磁致伸缩抉能器工作时同时受机械力场和电磁场的双重作用．特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数．必须建模研究。讨论超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。     

超磁致伸缩功率超声换能器振动系统分析

稀土超磁致伸缩材料（GMM）是近年来发展起来的一种新型功能材料,具有磁致伸缩应变大、磁机耦合系数高、响应速度快、能量密度高等优异特性,已在机电领域显示出良好的应用前景。介绍了超磁致伸缩功率超声换能器的结构以及工作原理,利用有限元方法建立了换能器的振动模型,并推导出换能器的谐振频率表达式,其数学模型与ANSYS仿真表明所建立的仿真模型可以反映出换能器结构与谐振频率之间的关系。结果表明该方法是可行的,开辟了求解磁致伸缩问题的新思路。     

低频大功率超磁致伸缩换能器的热磁设计研究

针对影响低频大功率超磁致伸缩(GMM)换能器性能的励磁线圈进行设计分析,对作为换能器主要热源的激励线圈设计了几种散热方案.各种方案的实验对比表明,采用适当的线圈设计参数和散热方案,能有效提高激励线圈的电磁转换效率,增加换能器的最大工作电流,从而充分利用大功率换能器中GMM的潜在性能空间.     

圆锥形超磁致伸缩换能器变幅杆的设计

主要对磁致伸缩换能器的圆锥形变幅杆进行力学分析和讨论 ,以磁致伸缩换能器变幅杆设计理论为基础 ,设计并计算了圆锥形变幅杆谐振条件要求的尺寸参数关系 ,不同尺寸情况下的振幅放大系数、振速分布函数、应力分布函数及节面位置等 ,并导出了圆锥形变幅杆的频率方程 ,为实际开发超磁致伸缩换能器产品提供了设计依据。     

指数形超磁致伸缩换能器变幅杆设计

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D作为换能器中致动元件,将在一定预压应力下处于阶跃段的磁致伸缩棒简化为磁场强度与磁致伸缩应变的单输入单输出的线性系统。以静态试验数据为基础,建立等效的动态磁致伸缩模型。对指数形变幅杆的设计进行了理论分析和讨论,着重计算与设计了相关的振速分布、应力分布、振幅放大系数以及节面位置等参数,为实际产品设计和制造提供了理论基础和参照标准。     

超磁致伸缩功率超声换能器的振动分析

基于电磁原理和弹性体振动理论,分析了超磁致伸缩功率超声换能器的工作原理;研究了超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,简称GMM)在外磁场驱动下的非线性动态特性;推导出Terfenol-D棒的波动方程和波动方程稳态解的表达式.用MATLAB 7.0软件对该理论分析结果进行仿真,并进行了相应试验验证.     

Terfenol-D磁致伸缩换能器驱动热声制冷系统的实验研究

基于热声效应的原理设计了应用(Terfenol-D)磁致伸缩换能器驱动的热声制冷实验系统,实验结果表明:以空气为工质,在很短的工作时间内,制冷机取得了明显的温降.     

超磁致伸缩换能器动态特性研究的建模方法

概述超磁致伸缩换能器的结构、工作原理以及动态特性的建模方法,并结合白行研制的换能器建立起仿真模型,有利于指导换能器的设计研究。     

磁致伸缩换能器谐振腔内介质密度声场分析

基于热声效应的磁致伸缩换能器热声制冷机,其内部的声场分析对于制冷效率的提高有十分重要的作用.选取了基础声压0.2～1.0 MPa之间,每0.2 MPa作为间隔,激励频率为1000～8000 Hz下,保持激励电流不变.用有限元仿真软件ATILA对其进行仿真分析,获得了各个基础压力下较为稳定的平面驻波,为热声制冷机谐振腔的...     

超磁致伸缩换能器涡流损耗及温升抑制研究

超磁致伸缩材料用于换能器后可实现大振幅的超声加工。超磁致伸缩换能器使用时会施加高频电流,内部会产生较大的涡流损耗,引起换能器内部系统的温升,造成不必要的能量损耗,因此对换能器内部进行优化设计,降低换能器内部的涡流损耗,可有效提高能量利用率,减小系统温升,提高换能器的振幅稳定性。建立了超磁致伸缩换能器内部涡流损耗的理论模型,特别分析了超磁致伸缩材料和永磁体切片对涡流损耗的影响。同时借助ANSYS Workbench软件对超磁致伸缩换能器工作时产生的涡流损耗及其引起的换能器整体的温升情况进行了有限元仿真分析,在理论层面得到了换能器内部的涡流损耗规律。最终提出了超磁致伸缩换能器的永磁体切片优化方案,结果表明,切片优化后的换能器涡流损耗明显降低,工作时温升情况得到明显抑制。     

磁致伸缩换能器辐射板位移放大机构设计

磁致伸缩换能器是一种将电磁能转换成机械能或声能的器件,具有分辨率和响应频率高、性能稳定、机械强度好等优点,在声学领域得到了广泛的应用。但由于其产生的位移小,不能很好地满足现代设备对换能器大功率、小体积、高声强声源的需求。针对这一问题,利用柔性铰链的无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高的特点,设计基于柔性铰链的磁致伸缩换能器辐射板位移放大机构,并运用有限元软件对微位移放大机构的整体放大倍数进行有限元分析。     

磁致伸缩材料在高频驱动时内部磁场强度的分布及其对磁致伸缩性能的影响

分析了磁致伸缩材料Terfenol—D在高频工作时内部的磁场强度分布,展示了磁致伸缩材料内部磁场沿径向的变化,指出了磁致伸缩材料在高频应用时存在的问题和解决途径,为合理高效应用磁致伸缩材料提供了理论指导。同时提供一种计算表面磁场强度的思路。     

超磁致伸缩微位移驱动系统的研究

超磁致伸缩材料是近年来发展起来的一种新型功能材料,具有在室温下应变量大,能量密度高,机电耦合系数大等特性。文章分析了超磁致伸缩材料的驱动原理,介绍了超磁致伸缩微位移驱动系统的组成及工作原理。并对该系统的伸长量,微位移精度等性能指标进行了实验研究。