超磁致伸缩驱动器磁路设计与仿真

磁路主要为GMA提供激励磁场与偏置磁场叠加的驱动磁场,驱动磁场强度直接影响GMA的输出位移.因此,GMA磁路的结构参数设计是提高电磁转换效率和充分发挥GMM棒特性的关键因素.通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀率作为评价标准和主要设计原则.在给定输出位移和输出力的基础上,分别对偏置磁场选取以及GM...     

双线圈超磁致伸缩换能器三维磁场分析与优化

针对超磁致伸缩换能器工作性能以及磁场环境问题,对超磁致伸缩换能器磁场强度、漏磁以及超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场均匀率进行了研究,并基于GMM设计了一种双线圈换能器。在分析了GMM特性以及超磁致伸缩换能器工作原理的基础上,提出了以增大GMM棒磁场强度、减少漏磁和提高磁场均匀率为设计原则,将GMM棒轴线方向上磁场强度作为评价标准,采用COMSOL Multiphysic有限元仿真软件对双线圈超磁致伸缩换能器进行三维磁场仿真,分析了超磁致伸缩换能器在工作过程中上下导磁体和导磁回路的结构参数对磁场均值大小和磁场均匀率大小的影响规律。研究结果表明:随着导磁体半径的增加,GMM棒磁场均匀率先增加然后增幅缓慢趋于平衡,磁场均值先不变,然后大幅降低;随着导磁回路相对磁导率增加,GMM棒磁场强度均值大幅增加,当相对磁导率达到1 500时,磁场强度均值基本趋于平衡,经过优化,磁场均匀率从59.7%提高到90.5%,增幅为30.8%。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

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.     

超磁致伸缩驱动器磁场性能分析与优化

为使超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)获得稳定的机械输出性能,以尺寸10mm×100mm的GMM棒所设计的GMA为研究对象,建立GMA驱动线圈和偏置永磁圆筒磁场有限元模型,利用ANSYS Maxwell软件进行仿真分析,得到了不同因素对GMA轴线上平均磁场强度和磁场均匀度的影响;并利用正交试验设计方案得到了影响GMA磁场均匀度4个因素的主次顺序和最佳组合方案。研究结果表明:4个因素的主次顺序是偏置永磁圆筒壁厚dp、驱动线圈厚度dq、驱动线圈长度Lq和偏置永磁圆筒长度Lp;最优组合方案是dp=1mm,dq=14mm,Lq=104mm,Lp=106mm,研究结果为GMA磁场优化及结构设计提供了一种方法。     

勾形磁场的优化设计与实现

本文采用有限元法对8英寸单晶炉（16寸坩埚）勾形磁场的磁场分布和磁场强度,以及影响磁场强度的线圈匝数、导线面积、线圈间距等因素进行了模拟分析和优化,并依据模拟结果得到磁场结构的优化设计参数。最后通过实验对磁场的设计参数进行了验证,结果表明：磁场分布和磁场强度模拟结果与实际测试结果可较好吻合;磁场的关键参数满足晶体生长的磁场要求;模拟方法是正确的、符合实际的。此方法为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据。     

磁致伸缩微小驱动器驱动电磁线圈的设计研究

激励磁场强度对磁致伸缩驱动器驱动位移的大小具有决定作用。对于微小磁致伸缩驱动器 ,如何进行驱动线圈的整体设计 ,使小尺寸线圈产生较大磁场强度是本研究的主要目标。通过优选电磁线圈参数Gcoil确定线圈几何结构尺寸 ,并通过建立磁场强度Hcoil与电磁线圈的电流密度Jcoil进而与电磁线圈线径 之间的关系模型计算和优选电磁线圈线径来提高线圈电磁转化率 ,从而增大激励磁场强度是研究的具体方法。针对 7mm× 2 0mm的Terfenol D试样确定驱动线圈几何参数Gcoil=0 .17,线圈电流密度为最大时的线径 =1mm。 1mm线径的电磁线圈 ,经ANSYS计算 ,比线径为 0 .5mm线圈产生的磁化强度提高了 2 5 %     

超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析

本文提出了超磁伸缩致动器(GMA)的新型磁路结构,从而对GMA中存在的温升问题提出了解决方案。对现有GMA及其磁路进行了分析,在此基础上提出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料(GMM)及导磁材料构成。新型GMA结构中线圈所产生的功耗要远低于现有GMA,并且环状GMM可以有效地将线圈和GMM隔离,从而降低了由于温升过大导致GMM棒热变形的影响。     

基于多目标遗传算法的高频磁致伸缩换能器优化设计

磁致伸缩换能器在高频激励下存在铁心涡流损耗大、磁场分布不均匀、电磁转化效率低等问题,需要从换能器本体优化设计方面寻求解决。首先对换能器的线圈高度和磁轭回路结构进行仿真分析以初步确定磁路结构;然后基于非支配排序遗传算法对换能器提出了一个整体的多目标优化设计模型,该模型以增大磁致伸缩棒内磁场强度、提高棒内的磁场分布均匀度和减少换能器高频损耗为优化目标,引入规范化排序和熵权法对该优化方法得到的Pareto前沿解进行决策支持,筛选一组最优设计方案;最后对该最优解进行仿真分析,磁场分布和数值计算结果验证了该优化方法的有效性,根据优化结果制作了一台换能器样机,样机输出特性的测试结果表明了优化设计方法的可行性。     

大功率超磁致伸缩作动器的仿真与试验

分析了结构参数对大功率超磁致伸缩作动器动态性能的影响。为了提高作动器的动态性能,其驱动线圈采用减少匝数、增加线径、大电流驱动的设计方案;选取了超磁致伸缩材料(GMM)棒最佳的预压应力和磁场强度,计算确定了GMM棒的几何参数;建立了以牛顿第二定律为基础的作动器阶跃响应、参数变化的模型,利用MATLAB对其进行了仿真分析。结果表明,GMM棒长度和直径、负载端质量对作动器力和位移输出有重要影响。研究结果可为超磁致伸缩作动器的结构优化与设计提供参考。