超磁致伸縮換能器的損耗分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、　　超磁致伸縮換能器是一種使用稀土超磁致伸縮材料(GMM)能將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)的機(jī)械裝置。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、能量密度高、輸出功率大的特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)和軍事防御等行業(yè)有很好的應(yīng)用前景。因此，對(duì)新型的超磁致伸縮換能器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科研價(jià)值。
　　給超磁致伸縮換能器線圈中通入交流電，產(chǎn)生交變驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使GMM棒頻繁發(fā)生伸縮形變，隨著棒的伸縮，輸出桿輸出振動(dòng)。為防止出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，在棒兩端放置釹鐵硼薄餅，用于

2、提供偏置磁場(chǎng)。通過(guò)碟簧對(duì)GMM棒施加一定的預(yù)壓力可以使其工作在最佳狀態(tài)。但是當(dāng)換能器在超聲頻率下工作時(shí)，由于稀土超磁致伸縮材料電阻率很低，而矯頑力和剩磁比較大，就會(huì)帶來(lái)很大的磁滯以及渦流損耗，這一方面增加了換能器的功耗，浪費(fèi)能源；更為重要的一面是它們以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，使換能器溫度升高，直接影響溫度特性敏感的稀土超磁致伸縮材料，使其無(wú)法正常工作。因此基于降低損耗的目的來(lái)對(duì)換能器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是很有必要的。
　　本文分別對(duì)超磁致伸

3、縮能器的線圈電阻損耗、磁滯損耗、渦流損耗進(jìn)行了分析和探討，主要從理論解析計(jì)算和有限元仿真兩個(gè)方面對(duì)這幾個(gè)損耗進(jìn)行研究。文章重點(diǎn)研究了如何減小換能器的渦流損耗，改善超磁致伸縮棒內(nèi)部磁場(chǎng)的大小和分布，還使用有限元分析軟件對(duì)換能器內(nèi)部的溫度分布進(jìn)行仿真；并基于降低損耗的目的對(duì)換能器提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了換能器的溫升，計(jì)算出損耗的大小；使用電磁感應(yīng)法測(cè)量了GMM棒內(nèi)不同部位的磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)比較優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了優(yōu)化效果，證明了優(yōu)