超磁致伸縮作動器的磁場優(yōu)化設(shè)計及特性研究.pdf

1、超磁致伸縮材料作為一種極具潛力的新型功能材料，正逐步得到各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本文以獲得最優(yōu)磁場為目標(biāo)，設(shè)計了一款超磁致伸縮作動器。對其磁場及其輸出特性進(jìn)行了仿真研究，根據(jù)其輸出特性設(shè)計了實驗臺架，并應(yīng)用此臺架對作動器進(jìn)行了不同情況下輸出特性實驗研究。
　　超磁致伸縮作動器磁系統(tǒng)的設(shè)計分為偏置磁場設(shè)計、驅(qū)動磁場設(shè)計以及磁路的設(shè)計。偏置磁場的設(shè)計中，本文借鑒現(xiàn)有幾種永磁鐵布置方式的優(yōu)缺點，提出了多分段圓柱永磁鐵的布置方式，通過布置方式的

2、改變提高了偏置磁場的效能。驅(qū)動磁場的設(shè)計中，從功率優(yōu)化的角度對驅(qū)動線圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。磁路設(shè)計中，以獲得閉合磁路并使作動器輸出位移最大化為目標(biāo)，通過理論計算對磁路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。最終確定了作動器的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　本文應(yīng)用 ANSOFT有限元軟件對作動器的靜態(tài)磁場和動態(tài)磁場進(jìn)行了仿真分析，并結(jié)合MATLAB軟件編程，模擬了作動器的靜態(tài)以及動態(tài)位移輸出特性。仿真分析驗證了磁場設(shè)計的合理性，以及作動器具有良好的輸出特性。
　　在理論

3、研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了多功能實驗臺架，該實驗臺架實現(xiàn)了負(fù)載質(zhì)量變化的連貫性，以及對作動器輸出力和輸出位移的同時測量。應(yīng)用此實驗臺架進(jìn)行了不同情況下作動器的靜態(tài)輸出特性實驗和動態(tài)輸出特性實驗。靜態(tài)位移輸出特性與力輸出特性測試結(jié)果顯示優(yōu)化的作動器具有磁滯現(xiàn)象不明顯，輸出位移以及輸出力線性度好的優(yōu)點。針對不同輸入信號頻率、電流幅值以及負(fù)載質(zhì)量對作動器的動態(tài)輸出特性進(jìn)行了測試。動態(tài)輸出特性測試結(jié)果顯示作動器的瞬態(tài)響應(yīng)快，輸出力以及輸出位移與激勵源