[發明專利]超磁致伸縮致動器的優化與設計

在審

• 申請號: 201310631425.8
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103607134A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 李勁松;楊慶新;張獻;閆榮格;金亮
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明的技術方案設計了超磁致伸縮致動器(GMA)，具體地說是對其線圈尺寸及繞線進行了優化設計，并對其靜、動態工作特性進行了實驗測試。

背景技術

鐵磁材料因外磁場作用而磁化時，其長度及體積均發生變化的現象稱為磁致伸縮效應。1974年，一些科研人員發現三元稀土合金Tb1-xDyxFe2在時磁致伸縮率達到峰值，因該合金在常溫下具有很高的磁致伸縮應變，故被稱為超磁致伸縮材料(GiantMagnetostrictive?Material，GMM)，材料具有響應快、應變大、輸出力大等優異性能，在主動隔振、精密加工、流體控制等領域具有深遠的應用前景。超磁致伸縮致動器(Giant?Magnetostrictive?Actuator，GMA)是以GMM為核心的基本機械能輸出器件。

在GMA中，GMM產生磁致伸縮應變的能量全部來自于線圈的勵磁磁場，勵磁線圈的電磁轉換特性成為評價GMM器件好壞的重要指標，勵磁線圈的體積也是影響GMM器件整體尺寸的主要因素，同時勵磁線圈能耗所轉化成的熱量也是GMM器件發熱的重要來源之一，但線圈的材料參數、結構參數等多種因素共同影響著磁場強度的分布，所以線圈設計一直是超磁致伸縮器件設計的重點和難點，具有重要的理論意義與實際應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：通過對超磁致伸縮致動器(GMA)的線圈尺寸及繞線進行優化設計，達到較好的靜、動態工作特性，具有較高的通用性和工程實用價值。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：超磁致伸縮致動器的優化與設計，設計了超磁致伸縮致動器(GMA)，對線圈尺寸及繞線進行了優化設計，并測試了超磁致伸縮致動器的靜、動態特性。在分析超磁致伸縮材料特性的基礎上設計了GMA基本結構，并確定了偏置磁場的加載方式。研究了線圈尺寸參數對線圈軸線上磁場分布和線圈的電-磁轉換效率兩方面的影響，優化設計了線圈的尺寸；提出了線圈功耗表達式并分析了繞線直徑對功耗的影響，擇優選取了繞線。通過實驗，結果表明GMA具有較好的靜態、動態特性，且GMA工作特性與設計參數相吻合，證明了線圈優化設計的合理性。

上述超磁致伸縮致動器的優化與設計，所述的勵磁線圈及線圈骨架的結構，如附圖2所示。線圈骨架采用厚度為2mm厚的鋁材制作，線圈的主要尺寸參數有漆包線的線徑d_w、線圈的內徑R_c1、線圈外徑R_c2以及線圈長L_c。由于GMM棒和線圈骨架的限制，R_c1＝15mm。

上述超磁致伸縮致動器的優化與設計，所述的線圈尺寸優化設計：首先，若繞線厚度較小，可假設線圈為單層纏繞的螺線管，其半徑為R_cx、匝數為N_x、通入電流為I_x，那么軸線上距螺線管中心為x處產生磁場強度為：