超磁致伸缩执行器磁路优化设计与试验研究

123456aa · 发表于 2022-4-19 12:15:31

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超磁致伸缩材料（GMM，Giant Magnetostrictive Materials）是一种响应速度快、应变大、工作频带宽、驱动电压低的智能材料，利用磁致伸缩材料研制的超磁致伸缩执行器（GMA,Giant Magnetostrictive Actuator）在精密加工、精确定位、振动主动控制等领域具有重要的应用前景。由于超磁致伸缩材料本身磁导率较低，使GMA的磁路尤其是永磁偏置磁路在应用过程中出现漏磁较大，GMM棒中磁场强度分布不均匀等题目，从而限制了GMM执行器的广泛应用，因此基于超磁致伸缩材料执行器的磁路优化成为当前国内外相关领域学者的研究热点。本文在调研国内外相关研究的基础上，根据磁场均匀性高和场外漏磁小的设计目标，通过理论分析和ANSYS有限元模拟进行了几种磁路设计的探索及相关的测试并最终提出一种符合设计要求的磁路，主要研究结果如下：初步进行了执行器磁路的设计尝试，对三种设计思路，通过理论分析和ANSYS软件仿真模拟计算表明，通过优化磁路设计，可以实现预先的磁场强度设计要求。对第三种磁路研制了实物并进行了测试，测得执行器在准静态、激励电流为±2.2A、±3.6A的条件下进行位移输出性能，结果显示能正常发挥超磁致伸缩棒性能，但偏置场偏小使正负向位移对称性稍差，对原因进行了分析并改进。利用极性相反的双永磁补偿原理，提出了一种新型的内置式永磁组合偏置结构，使得沿磁致伸缩棒长方向磁场分布均匀的同时，偏置磁场和激励磁场都形成良好的闭合磁路，并对不同长径比下的棒分别进行了优化设计，ANSYS分析结果表明，棒中磁场不均匀度基本上达到了小于10%的设计目标；在执行器指定位置（距离GMA 7cm）处的总漏磁场强度为均小于80A/m,符合实际应用的标准要求。

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