超磁致伸缩驱动器

电致和磁致伸缩材料的功能1 电致材料1.1 电致伸缩效应电致伸缩效应是一种机电祸合效应它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。

1.2 电致伸缩材料电致伸缩效应在一切固体电介质中都有, 但其大小不同因为应变正比于介电常数的平方, 所以铁电体在其相变温度附近应该有较大的应变从应用上看, 要求加一个不太强的电场, 能够产生足够大的应变, 而且应变与电场的关系没有滞后, 重复性好, 同时还要求温度效应小为此, 应该选择介电常数大并属于扩散相变的材料此外还要求平均居里温度在室温以下, 接近室温, 扩散区较长目前, 大部分铁电体及一些非铁电体如石英、碱卤晶体等材料的电致伸缩系数都已经测量到了，已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。

1.3 电致伸缩材料的发展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(Zr x Ti1-x O3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。

与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。

基于AMEsim的超磁致伸缩高速响应电磁开关阀仿真席建敏;何忠波;李冬伟;李玉龙【摘要】针对所设计的超磁致伸缩致高速响应电磁开关阀(GMV)进行了结构分析.采用AMEsim软件建立超磁致伸缩高速响应电磁开关阀模型,在模型下仿真分析了不同占空比、不同工作频率下PWM信号、电流、阀芯位移的关系,同时分析了不同占空比、不同压力、不同电流对GMV流量的影响.通过仿真结果提出改进方法,找到最适合超磁致伸缩高速响应电磁阀设计要求的占空比和流体压力.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】4页(P55-58)【关键词】超磁致伸缩高速响应阀;流量;阀芯位移;PWM信号【作者】席建敏;何忠波;李冬伟;李玉龙【作者单位】军械工程学院,研究生二队,石家庄,050003;军械工程学院,研究生二队,石家庄,050003;军械工程学院,研究生二队,石家庄,050003;军械工程学院,研究生二队,石家庄,050003【正文语种】中文【中图分类】TH1371 引言超磁致伸缩高速响应电磁开关阀（GMV）是近年发展起来的一种数字式电液转换控制元件，采用脉冲流量控制方式，直接根据一系列脉冲电信号进行开关动作，响应速度极高，可小于1ms。

脉冲流的形成和调节方法有多种，其中脉宽调制（Pulse Width Modulation 简称PWM）是用得最多的一种方法。

与伺服阀、比例阀相比，GMV 具有结构简单、价格低廉、阀口对污染不敏感等特点，能将ON/OFF 数字信号直接转换成流体脉冲信号，使计算机控制技术无需D/A 转换接口便可实现与液压技术的有机结合。

目前用于高速阀的新型材料是稀土超磁致伸缩材料（Giant Magneto Strictive Material，GMM），此材料具有磁致伸缩效应，即当材料的磁化状态改变时，其尺寸会产生显著的变化。

这类材料输出力大、应变显著、响应速度快，是改变现有自动控制技术现状，提高产品精确度，提高系统响应速度的新型智能材料，超磁致伸缩高速电磁开关阀就是应用的典型例子［1］。

铽镝铁(TbDyFe)合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍铽镝铁（TbDyFe）合金稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D介绍天津华安旭阳国际贸易有限公司孙庆仑铽镝铁（TbDyFe）合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料，其室温下的磁致伸缩应变量（磁致伸缩系数）之大是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的。

它比传统的镍钴（Ni-Co）等磁致伸缩合金的应变量大几十倍，是电致伸缩材料的五倍以上。

可高效地实现电能转换成机械能，传输出巨大的能量。

在10-5～10-6秒的极短时间内，精密、稳定地形成与磁场静、动态特性相匹配的无滞后型响应。

其响应稳定，速度敏捷，使铽镝铁合金作为驱动元件的机械系统反应滞后时间显著降低，这也是铽镝铁合金元件在交变磁场中快速产生伸缩应变响应的重要特性，从而使它在工业的科技开发中作为执行元件、控制元件、敏感元件得到了越来越广泛的应用稀土超磁致伸缩材料在声学领域的应用成果之一，是平板扬声器技术。

平板扬声器（Flat panel technology）具有优异的频响特性和音质，可以产生360度的声场，几乎穿越任何平面，开辟了设计各种新型扬声器的可能性。

把稀土超磁致伸缩材料元件用于微位移机构，可以快速、精确、稳定地控制复杂的位移运动。

在机器人准确的关节控制；机床部件的精密位移控制；成型加工机床的伺服刀架控制；机构传动误差和刀具磨损的补偿控制；电力分配系统中开关、继电器的强力触头控制；激光镜、望远镜、电子显微镜的精细聚焦等控制中，可显著地优化结构、改善性能、提高效率、降低损耗。

在用稀土超磁致伸缩材料驱动的线性马达、伺服阀、强力液压泵、精密输液泵（医用）、高速阀门、燃油喷射系统（汽车发动机）等装置中进行随机控制，有效地提高自动化程度，简化液压控制系统，达到高效节能，安全可靠。

利用铽镝铁合金元件的即时响应特性，可有效地控制机械系统的振动，达到消振、降噪之目的。

反之，利用稀土超磁致伸缩材料元件的可控特性，改善振动工艺过程（抛光、振动切削），提高产品质量和生产效率。

磁滞伸缩驱动器磁滞特性的Persiach模型建模冒鹏飞;王传礼;喻曹丰;钟长鸣【摘要】Giant magnetostrictive material (GMM) exists intrinsic magnetic hysteresis nonlinearity, large hysterisis error will happened when it is used for precision positioning, accurate mathematical model to describe the hysteresis nonlinearity seems very important in control the output accuracy of the giant magnetostrictive actuatort.%超磁致伸缩材料具有本征磁滞非线性,用于精密定位时具有较大的回程误差.为控制超磁致伸缩驱动器的输出位移精度,需要建立准确的数学模型来描述其磁滞非线性.基于经典的Preisach磁滞模型,通过对Preisach磁滞模型的离散化,建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数学模型;并进行了超磁致伸缩驱动器输出位移实验研究.实验结果表明:模型计算的结果和实验结果基本吻合,证明所建模型能够较好地反映实际情况.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)009【总页数】4页(P149-152)【关键词】超磁致伸缩材料(GMM);磁滞非线性;Preisach磁滞模型;离散化【作者】冒鹏飞;王传礼;喻曹丰;钟长鸣【作者单位】安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TB34超磁致伸缩材料(gaint magnetostrictive material，GMM)是铁磁性功能材料[1]，具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快、输出力大、磁机耦合系数大、居里温度高等优点[2]，并且能够实现电磁能—机械能的可逆转化，被称作是21世纪战略性高科技材料[2，3]。

材料、信息与能源称为现代人类文明的三大支柱，其中材料最为基础，国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料—特别是高性能材料发展的制约或推动。

传统的电工材料一般是指电工设备中常用的具有一定电、磁性能的材料，按其用途可分为４大类：绝缘材料、半导体材料、导体材料和磁性材料。

但随着科学技术的迅猛发展，各种新型高性能材料不断涌现，为电工及相关行业的发展起到巨大的推动作用，应用领域也在不断拓宽，因此，把应用于电工产品的材料和以电、磁性能为特征的新型功能材料均定义为电工材料，提出了新型高性能电工材料的概念［１］，目前主要包括超导体材料、超磁致伸缩材料、磁性液体材料、电（磁）流变液、压电（铁电）材料和磁光材料等。

这些材料因其具有优异的性能，给电工行业带来了新的活力，在军民两用高技术领域有着广泛的应用前景。

１超磁致伸缩材料及其应用１．１性能特点铁磁材料或亚铁磁材料在居里点温度以下，在磁场中被磁化时，其长度和体积都要发生微小的变化，这一现象称为磁致伸缩或磁致伸缩效应，它是焦耳（Ｊ．Ｐ．Ｊｏｕｌｅ）在１８４２年发现的，故亦称焦耳效应［２］。

目前，磁致伸缩材料主要有三大类：镍和镍基合金、压电陶瓷材料（简称ＰＺＴ）和稀土超磁致伸缩材料。

稀土超磁致伸缩材料主要是指稀土－铁系金属间化合物，以Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ为代表。

稀土超磁致伸缩材料与压电材料（ＰＺＴ）和传统磁致伸缩材料Ｎｉ、Ｃｏ等相比，具有独特的性能：１）在室温下的磁致伸缩应变大，可达０．１５％，比镍的高４０￣５０倍，比压电陶瓷高５￣２５倍，如此大的应变量，可以实现很高的输出功率；２）能量密度（Ｊ／ｍ３）高，比镍高４００￣８００倍，比压电陶瓷高１４￣３０倍；３）产生收缩的响应速度快，响应时间仅１０－６ｓ，即对磁化和应力几乎即时响应；４）输出力大，负载能力强，可达到２２０￣８００Ｎ；５）能量转换效率高，机电耦合系数Ｋ３３＞０．７，即能量转换效率高于７０％，而镍基磁致伸缩材料只有不到２０％，压电陶瓷也只有４０％￣６０％；６）具有较高的居里温度３８０￣４２０℃，工作性能稳定，可用于２００℃以上的较高温区，还可以通过成分设计调整温度特性；７）声速较小（ｃＨ≥１７００ｍ／ｓ），用于超声波元件可减小机械共振中所需要的尺寸；８）超磁致伸缩材料可＊收稿日期：２００７－１０－１５；修回日期：２００８－０６－２６基金项目：河北省百名优秀人才支持计划资助项目：河北省教育厅科研计划项目（项目编号２００６３３４）作者简介：侯淑萍（１９７３－），女，河北邯郸，讲师，博士研究生；主要研究方向为现代工程电磁场数值计算与磁技术及应用。

微机电系统及纳米技术大作业题目：MEMS motor摘要：本文以微电机驱动方式为线索介绍静电型微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

关键字：微电机微机电系统微机械WORD中静电型微电机0 引言现代微电机的发展与新材料技术、微电子技术、微加工技术都息息相关，也正是由于这些包括MEMS等高科技的迅速发展，为微电机的开发和拓展注入了活力。

本文介绍了包括静电微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

1 微电机种类1.1 静电型微电机微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命，以加工为纳米结构和系统为目的微米/纳米技术在此背景下应运而生。

自1987年加州大学伯克利分校科学家研制首台静电微电机以来，微电机随着加工工艺、方法的突破取得长足发展。

静电微电机因其与IC(integrate circuit)兼容、转速高、易于控制等诸多优点成为研究重点。

静电微电机技术主体有五个方面，设计建模和仿真、加工制造、应用，如图1。

图1静电微电机包括顶驱动电机、测驱动电机、摆动电机、中心电机、法兰盘电机、线性步进电机、超声电机、双定子轴向驱动可变电容电机、外转子电机、电感应电机、快门电机等。

图2为纳米电机。

图21.1.1 设计MEMS中静电微电机的设计不同于传统电机系统的设计，主要区别是MEMS 的设计需要集成相关的制造和加工工艺新型静电感应微电机的设计，其转子上所加载的负荷主要来自于电机气隙与轴承间产生的粘滞曳力，这些驱动器的加工过程还不能与IC完全兼容。

1.1.2 建模和仿真为了加快和提高MEMS设计，研究者开发出多种建模和仿真工具用于多能域、多学科交叉系统的建模和仿真，如VHDL-AMS可用于微电机的系统建模，Spice 和Saber可用于静电学仿真，ANSYS可用于多能域（机械、热和静电等）系统仿真。