超磁致伸縮換能器的損耗分析及其優(yōu)化設(shè)計.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)化為機械振動的機械裝置。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、能量密度高、輸出功率大的特點，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，對新型的超磁致伸縮換能器進行研究和設(shè)計，具有重要的現(xiàn)實意義和科研價值。
　　給超磁致伸縮換能器線圈中通入交流電，產(chǎn)生交變驅(qū)動磁場，該磁場使GMM棒頻繁發(fā)生伸縮形變，隨著棒的伸縮，輸出桿輸出振動。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。通過碟簧對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，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，就會帶來很大的磁滯以及渦流損耗，這一方面增加了換能器的功耗，浪費能源；更為重要的一面是它們以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，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，使其無法正常工作。因此基于降低損耗的目的來對換能器進行優(yōu)化設(shè)計是很有必要的。
　　本文分別對超磁致伸

3、縮能器的線圈電阻損耗、磁滯損耗、渦流損耗進行了分析和探討，主要從理論解析計算和有限元仿真兩個方面對這幾個損耗進行研究。文章重點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)部磁場的大小和分布，還使用有限元分析軟件對換能器內(nèi)部的溫度分布進行仿真；并基于降低損耗的目的對換能器提出了優(yōu)化設(shè)計的方法。通過實驗測量了換能器的溫升，計算出損耗的大小；使用電磁感應(yīng)法測量了GMM棒內(nèi)不同部位的磁場強度，通過比較優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)驗證了優(yōu)化效果，證明了優(yōu)