電機驅(qū)動超磁致伸縮執(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)，通過改變驅(qū)動磁場，實現(xiàn)超磁致伸縮材料微伸縮，達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)被廣泛研究與開發(fā)，其應(yīng)用包括機械加工、航天、汽車等領(lǐng)域。傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器通過改變線圈電流實現(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，電流需要一直保持。此時，執(zhí)行器無機械功率輸出，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題，本論文設(shè)計了一種新型電機驅(qū)動超磁致伸縮執(zhí)行器(Motor-Driven GiantMagnetostrictive Actuator, MDGMA)。
　　該新型電機驅(qū)動超磁致伸縮執(zhí)行器摒棄傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器線圈電流驅(qū)動方式，而是采用旋轉(zhuǎn)永磁體驅(qū)動方式。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，實現(xiàn)微位移輸出可調(diào)。在維持恒定輸出微位移時，MDGMA只要維持永磁體空間位置即可實現(xiàn)恒微位移輸出。此時，電機不吸收功率，執(zhí)行器效率遠遠高于傳統(tǒng)超磁致伸縮執(zhí)行器。通過理論、模擬和實驗證明，MDGMA能實現(xiàn)低頻微位移輸出可調(diào)和維持恒定位移輸出時的高效。
　　論文分別從理論、模擬和實驗來驗證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)動永磁體轉(zhuǎn)動速度之間的關(guān)系表達式;其次，利用三維有限元計算方法驗證了MDGMA這一概念，分析了不同勵磁磁場、不同永磁體形狀和不同旋轉(zhuǎn)角度下的磁場分布;最后，在超磁致伸縮材料鐵鎵合金特性曲線測試及機械設(shè)計的基礎(chǔ)上，加工制作了樣機，并進行了實驗驗證。實驗測試結(jié)果與理論分析結(jié)果高度吻合，切實驗證了MDGMA這一概念的正確性。
　　本論文所設(shè)計的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，在高效制動裝置、高精度定位