超磁致伸缩致动器的磁_机械强耦合模型_闫荣格
超磁致伸缩执行器
超磁致伸缩执行器 .1 超磁致伸缩材料的介绍 1.1 微机械的发展现状 随着科学技术研究向微小领域的深入，诞生了微W纳米科学与技术（Micro/Nano Science and Technology），以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造自然的一种高新技术。微机械是基于广泛的现代科学技术，并作为整个微/纳米科学技术的重要组成部分的一项崭新研究课题。其必须具备的基本要求是： ⑴体积小，精度高，重量轻； ⑵性能稳定，可靠性高； ⑶能耗低，灵敏度和工作效率高； ⑷多功能和智能化； ⑸适于大批量生产，制造成本低廉。 微机械发展很快，近几年，已成功开发出微驱动器、微传感器、微控制器等，并由这些不同的微机械器件集成许多具有精巧功能的集成机构IM（Integrated Mechansim）。相对完备的微电子机械系统MEMS逐渐形成，整个系统的尺寸可以缩小到几毫米甚至几百微米。如美国贝尔实验室开发出直径为400μm的齿轮，加州大学伯克利分校试制出直径为60μm的静电电机，直径为50μm的旋转关节，以及齿轮驱动的滑块和灵敏弹簧，美国斯坦福大学研制出直径20μm，长度150μm 的铰链连杆机构，210μm×100μm的滑块机构，转子直径200μm的静电电机和流量为20ml/min的液体泵，日本东京大学工业研究院研制成1cm3大小的爬坡微型机械装置。 我国许多高校和研究所也取得不少进展。如上海冶金研究所研制出直径为400μm的多晶硅齿轮、气动涡轮和微静电电机等。这些微型机械不少已有具体的应用。MEMS的研究和开发正得到世界各发达国家的广泛重视，尤其是集微机械、微电子等综合技术为一体的微机器人，由于其在工业、生物医学、军事和科研等领域的广泛应用前景而倍受青睐，随着智能
超磁致伸缩驱动器
电子雕刻机雕刻头的使用及发展 发布：2008-9-6 10:29:08 来源:模具网编辑：佚名 摘要：介绍了电子雕刻机雕刻头的研究现状与发展。目前成熟应用的主要是电磁驱动式的，分为摆动式和直动式，具有雕刻频率高、雕刻质量好的特点；同时介绍了工作原理不同于电磁式雕刻头的电子束雕刻和激光雕刻，尤其激光雕刻，具有强大的发展潜力；以及正在研究和发展的压电陶瓷和超磁致伸缩驱动器，这些功能材料的应用研究为雕刻头的发展提供了很好的参考 方向。 关键词：雕刻头电磁驱动；激光雕刻；电子束雕刻；压电陶瓷；超磁致伸缩驱动器 凹版印刷以其印品墨层厚实、颜色鲜艳、饱和度高、印版耐印力高、印刷速度快等优点在图文出版和包装印刷领域内占据重要的地位。目前，电雕凹版因技术先进、成本低、制版质量高且稳定、适应范围广、利于环保等优点已在凹版制造中占主导地位，一直是近年来的主流雕刻方法。印版的好坏是决定印刷质量的一个关键因素，凹版电子雕刻效率的高低直接影响到整个凹版制版的进程。印版是电雕系统根据数字化的图文信息驱动雕刻头在版辊上雕刻网穴后处理而成，因此，雕刻头的驱动装置在整个制版过程中起着重要作用。从上个世纪60年代开始，此领域的科技人员不断探索，希望能提高电子凹版雕刻的效率及质量，雕刻效率及质量可以从多方面提高，提高电子雕刻机的雕刻频率是一种最有效最直接的途径。德国、美国、瑞土和日本在电子雕刻技术方面处领先地位，我国在这方面的研究基本为空白「5」。文中主要介绍了电子雕刻头的研究现状及发展方向。 1 电子机械雕刻 电子机械雕刻是由电·机械转换器驱动雕刻刀，在滚筒上雕刻出网穴的一种方法，其关键在于电·机械转换器的工作性能。 1．1 常用结构的原理及特点 一般而言，磁钢产生稳恒磁通，控制线圈产生控制磁通，二者差动叠加产生驱动衔铁运动的电磁力，带动衔铁运动。 1．2 转动式电磁铁 结构原理如图1所示「2」，磁钢在气隙中产生稳恒磁场，在控制线圈未加电时，通过装配时的调试，衔铁处于相对平衡位置；当控制线圈加电时，衔铁被极化，产生磁力拉动衔铁转动，图中显示了衔铁的一种极化方式。当控制线圈加以高频变化的电流或电压时，衔铁便产生高频摆动，带动雕刻刀进行雕刻工作。
超磁致伸缩材料的应用现状
专题综述 文章编号:100320794(2006)0520725203 超磁致伸缩材料的应用现状 方紫剑,王传礼 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:稀土超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大、响应速度快等优点。介绍了超磁致伸缩材料(G M M)及基本特性,且较全面地论述了超磁致伸缩材料2类执行器在各领域(特别是在液压元件和微型马达)中的应用及研究现状。 关键词:超磁致伸缩材料;液压元件;微型马达 中图号:TP39文献标识码:A Applications of G iant Magnetostrictive Material FANG Zi-jian,WANG Chu an-li (Anhui University of Science and T echnology,Huainan232001,China) Abstract:The giant magnetostrictive material(G M M)has the advantages of high strain and fast response.The giant magnetostrictive material and its basic characteristics are presented.The current researches on applica2 tions of tw o kinds of G MA in various fields(particularly in the field of hydraulic com ponents and micro-m o2 tors)are com prehensively introduced. K ey w ords:giant magnetostrictive material;hydraulic com ponent;micro-m otor 1 超磁致伸缩材料(G M M)的性能特点 G M M与压电材料(PZT)和传统磁致伸缩材料Ni、C o等相比,具有独特的性能:(1)在室温下的磁致伸缩应变大,是Ni的40～50倍,是PZT的5～8倍;(2)能量密度高,是Ni的400～500倍,是PZT的10～25倍;(3)响应速度快,一般在几十毫秒以下,甚至达到微秒级;(4)输出力大,负载能力强,可达到220～800N;(5)其磁极耦合系数大,电磁能机械能的转换效率高,一般可达72%;(6)居里点温度高,工作性能稳定。此外,声速低,约是Ni的1Π3,PZT的1Π2。鉴于G M M的上述优良特性,这种材料在许多领域中已引起人们的广泛重视。 2 物理效应与应用形式 2.1 超磁致伸缩材料的物理效应 (1)Joule效应 磁性体被外加磁场磁化时,其长度发生变化的现象,可用来制作磁致伸缩转换器。 (2)Villari效应 由于形状变化,致使其磁化强度发生变化的现象,可用于制作磁致伸缩传感器。 (3)ΔE效应 随磁场变化,杨氏模量也发生变化的现象,可用于声延迟线。 (4)Viedemann效应 在磁性体上施加适当的磁场,当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象,可用于制作扭转马达等。 (5)AntiViedemann效应 当磁致伸缩材料沿轴向发生周向扭曲,同时沿轴向施加磁场,则沿周向出现交变磁化的现象,可用于扭转传感器。 (6)Jum p效应 当超磁致伸缩材料外加预应力时,磁致伸缩呈跃变式变化,磁导率也发生变化。 以上效应是超磁致伸缩材料的应用研究基础,利用这些效应可做成各种器件。 2.2 超磁致伸缩材料在工程中应用的2种形式 按照是否采用基片可将超磁致伸缩执行器 (G MA,G iant Magnetostrictive Actuator)分为2类: (1)直动型 直动型超磁致伸缩执行器一般使用超磁致伸缩棒(例如T erfenol-D),当作用在其上的磁场变化时产生形变,从而推动负载运动。 (2)薄膜型 这类执行器一般是采用在非磁性基片(通常是用一些半导体材料如Si制成)的上、下表面采用闪蒸、离子束溅射、电离镀膜、直流溅射、射频磁控溅射等方法分别镀上具有正(如:TbFe)、负(如:SmFe)磁致伸缩特性的薄膜制成,当在长度方向外加磁场时,产生正磁致伸缩的上表面薄膜伸长,而产生负磁致伸缩的下表面薄膜缩短,从而带动基片发生偏转。 3 两种G MA的应用现状 基于超磁致伸缩材料的微位移执行器具有大位移、强力、响应快、可靠性高、漂移量小、驱动电压低等优点,因而在液压元件、微型马达、声纳换能器等工程领域均显示出良好的应用前景。2种形式的G M M在工程中都有广泛的应用,本文着重介绍了2种形式的G M M在液压元件和微型马达中的应用。 3.1 直动型G MA的应用现状 目前,直动型超磁致伸缩执行器较多应用于微型泵、各种阀门、微型马达、声纳等产品中。 (1)微型泵 瑞典ABB公司用T erfenol-D为驱动元件设计了微型泵;日本用T erfenol-D制成了微型隔膜泵;英国SanT echnology公司的DariuszA.Bushko和James. H.G oldie用T erfenol-D棒制成了微型高压隔膜泵,其结构如图1,结合水力和电控装置,可实现强力、大行程的水力驱动,既可线性输出又可旋转输出,体积小且易于控制,其工作原理通过线圈驱动G M M 第27卷第5期2006年 5月 煤 矿 机 械 C oal Mine Machinery V ol127N o15 M ay.2006
磁耦合谐振式无线电能传输
磁耦合谐振式无线电能传输 DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2016.12.137 1磁耦合谐振式无线电能传输 （1）无线电能传输。无线电能传输，简称WP■技术，是根据能量传输过程中中继能量形式的不同，在不使用导线连接的情况下通过电场等进行进行传输的新型技术。其主要包括：磁（场） 耦合式、电（场）耦合式、电磁辐射式（如太阳辐射）、机械波耦合式（超声）。其中，磁耦合式是目前研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。这项技术开创了人类通信的新纪元，基于能源供给而产生的无线电技术将会创造出人类能源史的新里程，其给大众带来的意义与影响也非同凡响。这项技术的使用具有以下的特点： 1 ）通用性电波的传输不需要导线进行连接一旦普及，将会使电子产品从导线的束缚中解脱出来，电器接口、兼容性的问题将得到解决，供电更方便，便捷人们的生活，提高人们的生活水平，提高人们的生活质量。 2）便携性、实用性目前的生活状况下实现无线电能传输依旧面临这挑战，但这项技术的推广，将会极大的提高传输的速度、传输
的量，对彻底解决人民生活中电力的供给问题提供有力的帮助，方便生活，提高效率。同时，对于目前很多缺乏或者无法布置电线造成的供电困难现象，无线电能传输的普及将会使这难题得到解决，紧急情况下快速地供电模式也是未来发展的必然趋势，例如加拿大等国开始尝试使用辐射式供电驱动的无人飞机作为电视转播台。 3）美观性不以导线连接的无线电能传输，将会推动电子设备的体积进一步的减小，电子设备的数据线将不再需要，便捷人们生活的同时，营造一种美观性。在能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电时代的普及，将能够有效解决家庭布线、家电固定化等破坏问题，节省铜、塑料等资源。 4）安全性无线电能传输技术的普及，将会消除电子设备接触产生的电火花、电火花可能引起的爆炸、插头损坏和接触不良等安全隐患。如使用无线充电技术的电动牙刷和电动剃须刀的防水性将进一步得到提高。 5）绿色性、永久性若空间太阳能发电实现真正的商业运作化，人类将能从太阳能得到巨大的能量，在能源不缺乏的基础上，无线电能传输将而真正解决能源问题，实现绿色能源，提高能源供给，解决能源危机，造福后代。 （2）磁耦合谐振式磁耦合谐振式，作为新的无线电能传输方式，主要工作原理是利用物理学的"谐振" 原理，两个振动频率相同的物体能高效传输能量。基于磁场谐振耦合的无线电力传输，实际上是将磁场作为传输的介质，当电源发送端的振荡磁场频率和接收端
超磁致伸缩材料
重庆科技学院磁性材料课程论文 论文题目：稀土超磁致伸缩材料的制备和应用指导老师：马毅龙 姓名：汪永红 学号：2009440547 年级：金属材料工程09级2班 成绩： 评语： 2012 年6月10 日
稀土超磁致伸缩材料的制备和应用 汪永红 （重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331） Fabrication and application of Rare Earth Giant Magneto-Stricfive Materials Wang Yong-hong (School of Metallurgy and Materials Engineering of Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China) 摘要：稀土超磁致伸缩材料（Rare Earth Giant Magneto-Stricfive Materials)作为2l世纪一种最具有战略性的材料，其优良的特性和广泛的应用前景在国际范围内得到普遍重视，已成为磁致伸缩材料研究的重点。简要介绍了稀土超磁致伸缩材料的概念、制备方法及其应用，并指出了一些研究反方向。 关键词：稀土超磁致伸缩材料，制备，应用 Abstract：As a new strategic material in 21st century，RE-GMSM has been taken into account and become the keystone on magneto-strictive material studies because of i t s superior properties and extensive application prospects. A brief description of the conception，fabrication and applications of RE—GMSM was presented．Some suggestions for the development directions were also mentioned． Key Words：rare earth giant magneto-strictive materials；fabrication；application 1 前言 稀土超磁致伸缩材料（RE—GMM）主要是指稀土一铁系金属间化合物材料：铽镝铁(Tb-Dy-Fe) 磁致伸缩材料。这类材料具有比铁、镍等大得多的磁致伸缩值，磁致伸缩应变( =△I／I )比一般磁致伸缩材料高约100倍，因此被称为稀土超磁致伸缩材料[1]。 铁磁性晶体在外磁场中被磁化时，其长度尺寸及体积大小均发生变化，去掉外磁场后，其又恢复原来长度与体积的现象被称为磁致伸缩或磁致伸缩效应[2]。磁致伸缩可分为：线磁致伸缩和体积磁致伸缩[3]。当磁性体被磁化时，沿磁化方向伸长或缩短，称为线磁致伸缩。发生线磁致伸缩时，磁性体的体积几乎不变。当磁化未达到饱和时，主要是产生线磁致伸缩，磁致伸缩一般均指线磁致伸缩。磁性体磁化状态改变时，体积发生膨胀或收缩的现象则称为
[磁场]高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计
高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计 超磁致伸缩材料(UMM)主要是指以Fe2化合物为基体的合金。作为高效智能材料的典型代表之一，超磁致伸缩材料有着输出位移大、抗载能力强、磁机转换效率高以及响应速度快等性能优势，但是国内对超磁致伸缩致动器(UMA)的研究仍然存在以下几个方而问题:一是较多地集中在准静态或者低频域的范围内，对高频域内的研究较为薄弱;二是设计过程中，对于超磁致伸缩致动器的磁场多以轴线方向上磁场强度为检验和设计标准，不利于建立精确的三维空间磁场数值计算模型。针对上述问题，本文设计出一款用于高频的超磁致伸缩致动器，在ANSYS平台上建立了精确的励磁线圈空间磁场模型，对磁场均匀性，以及交流驱动磁场与静态偏置磁场进行了仿真与分析。 1.高频驱动的超磁致伸缩致动器设计 高频域下的UMA与工作于静态(准静态)的UMA存在异同。本文参考传统静态超磁致伸缩致动器的设计方法，同时考虑了交流电驱动引起的非线性因素，设计出高频驱动下小物理体积、大能量输出的超磁致伸缩致动器。 在合适的偏置磁场下，可使UMM棒工作于伸缩性能良好的线性区域。此时，当输入为交变磁场时，超磁致伸缩棒将会产生与交变磁场同频率的交变输出位移，使得UMM棒体发生位移振动的运动。偏置磁场下正弦信号、方波信号驱动磁场时UMM的振动输出原理图。 与传统的压电材料相比，超磁致伸缩材料具有优良的磁弹性能，其反应速度快，响应时间极短，可达6 -10 s，而且其能量密度高达14-25 m。为此，在高频率的驱动磁场下，将会产生极快的响应与极高的振动能量输出，充分发挥出超磁致伸缩材料优良的材料性能。 2高频UMA动态磁场有限元分析 2. 1静态驱动磁场分析 通过对激励线圈磁场模型的分析，掌握了螺线管内部磁场分布特性，为驱动线圈设计尺寸的选择与优化提供了理论基础。而在具体器件应用中，磁场的分布情况还与器件结构尺寸、漏磁情况及材料的磁导率有着密切关系，在超磁致伸缩致动器的磁场设计中，需要对这些因素进行综合考虑。如果采用理论磁场计算方案对UMM棒内部磁场进行计算，则必须要而对理论磁场数学建模难度过大的难题，可操作性不强。为此，采用基于场的有限元方法完成对超磁致伸缩致动器磁场的整体设计与分析。UMA的闭合磁路主要由底座、下导磁块、UMM棒、上导磁块、输出轴及壳体组成. 虽然UMM棒体为叠片式结构，但在静态电流驱动时不存在涡流影响，可视UMM棒为轴对称结构，忽略少量的不对称结构影响，UMA可以看作完全轴对称结构，在建模过程中采用轴对称建模方法，只需建立其轴对称截而即可模拟整个UMA的模型，使计算量大大降低。对所建立的模型进行网格划分、加载与求解。 从分析结果可见，驱动线圈所产生的大部分磁力线通过UMM棒，经过上导磁块、输出轴、外壁底座与下导磁块形成闭合回路。虽然输出轴与外壁之间存在少量间隙，但由于空气磁导
浅谈磁致伸缩材料
周文文41255020 计1201 浅谈磁致伸缩材料 摘要：这学期我学习了《智能材料与结构》这门课程。短短九周的时间，使我对智能材料的各个板块都有了广泛认识的同时，对于磁致伸缩材料这一方面也产生了很大的兴趣。本文主要对于磁致伸缩材料的定义、原理与应用进行详细的介绍，并简明扼要的讲述磁致伸缩材料的发展现状及趋势和超磁致伸缩的应用与前景。 关键词：磁致伸缩效应磁致伸缩材料应用超磁致伸缩 1、磁致伸缩效应及其历史 磁致伸缩是磁性材料由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。物质都具有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长或缩短，去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象(效应)。 1842年，英国物理学家詹姆斯.焦耳发现有一类铁磁类材料，如：铁，在磁场中会改变长度。焦耳事实上观察到的是具有负向磁致伸缩效应的材料，但从那时起，具有正向磁致伸缩效应的材料也被发现了。 磁致伸缩现象的是磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。 图1中即为长度随磁场强度变化的理想化曲线。
H 2、磁致伸缩材料 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一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，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、乐电(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。 自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍（Ni）基合金（Ni， Ni－Co合金， Ni －Co－Cr合金）和铁基合金（如 F e－Ni合金， Fe－Al合金， Fe－ Co－V 合金等）和铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。这两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03材料，（简称为 P ZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；第三大类是近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金。 由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）。转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用 周全祥（2009级应用物理学） 摘要：超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩目。超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。 关键字：超磁致伸缩材料，工作特性，制备工艺，非线性，换能器，制动器Abstract：Giant Magnetostrictive Materlal，GMM in abbreviatory，is one kind of new funetion materials and can give giant magnetostriction strains with temperature indoor and low magnetie field.It has good features such as giants trains，high force，high energy density，high mechanical-magnetic coupling coefficient，mierosecond response and so on.Magnetostrictive materials have an immeasurable applied prospect in smart devices.A considerable coupling effect among mechanical field，magnetic field，thermal field，electrical field is therefore being a relevant concern in the applications of magnetostrietive devices.Motivated by the need to promote a more efficient design process and higher performance achievement of development of materials，devices and system designs.GMM is a kind of new type of functional material，which has been used to design and fabricate many intelligent devices such as active vibration absorbers，linear motors，micro-pumps，micro-valves，and micro- positioners etc. Terfenol-D than piezoceramic material has more superior performance. Key words：giant magnetostrictive material，working chracteristic，preparation technique,nonlinear，transducer，displacement actuator
电磁耦合原理及公式
电磁耦合原理及公式 悬赏分：0 - 解决时间：2006-9-10 21:41 定子与转子如何产生感应电压 提问者：jinshoufeng - 一级 最佳答案 磁铁和电流都能够产生磁场，电流的磁场是由电荷的运动形成的，那么磁铁的磁场是如何产生的呢？法国学者安培根据环形电流的磁性与磁铁相似，提出了著名的分子电流的假说。他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极跟分子电流不可分割地联系在一起。安培的假说，能够解释各种磁现象。一根软铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，软铁棒就被磁化了，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。磁体受到高温或者受到猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械运动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了。在安培所处的时代，人们对原子结构还毫无所知，因而，对物质微粒内部为什么会有电流是不清楚的。直到20世纪初期，人类了解了原子内部的结构，才知道分子电流是由原子内部的电子的运动形成的。安培的磁性起源的假说，揭示了磁现象的电本质。它使我们认识到，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。 但是仅凭“电荷运动产生磁场”还不足以说明以下三个问题：1.运动电荷周围的磁场为何其磁力线方向符合右手螺旋法则而不是左手螺旋法则？2.通电直导线周围有环形磁场，为何磁力线方向也符合右手螺旋法则而不是左手螺旋法则？3.原子磁矩如何确定N极和S极？唯一的解释只能是“电荷运动时自旋”，自旋产生磁场，磁力线方向与自旋方向有关。“电荷运动时自旋”这一判断虽然是来自于推理，但能够解释一切电磁现象，下面一一讲述： 一、电生磁 电荷静止时不自旋，只产生电场，不产生磁场。 电荷运动时自旋，并在周围产生环形磁场。正电荷运动时的自旋方向和磁场方向为：右手半握，拇指伸开，拇指指向正电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向，磁力线方向与自旋方向相同。负电荷运动时的自旋方向和磁场方向为：左手半握，拇指伸开，拇指指向负电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向。磁力线方向与自旋方向相反。 通有直流电流的直导线中，电子排着队向前运动，因电子自旋的作用，导线周围有环形磁场。电子自旋方向和磁场方向为：左手半握，拇指伸开，拇指指向负电荷前进方向，其余四指就指向自旋方向，磁力线方向与自旋方向相反。 若将通有直流电流的直导线弯曲成圆形，则环形磁场闭合，对外表现为磁矩。电流方向和磁极方向的关系符合右手螺旋法则：右手半握，拇指伸开，除拇指外的四指指向电流方向，则拇指指向N极方向。 电子绕原子核运动，可视为通有直流电流的圆形导线，对外表现为原子磁矩。电子运动方向和磁极方向的关系符合左手螺旋法则：左手半握，拇指伸开，除拇指外的四指指向电子运动方向，则拇指指向N极方向。 二、电作用于磁
铽镝铁合金稀土超磁致伸缩材料(GMM)
铽镝铁合金稀土致伸缩材料（GMM） 铽镝铁合金是一种新型的稀土超磁致伸缩材料（GMM），因其诸多优良特性，在各行各业的新产品开发中具有广阔的应用前景，必将带来深远的影响力。 铽镝铁合金具有一系列优良的性能:磁致伸缩系数大大，比纯Ni大50倍，比PZT材料大5-25倍。磁致伸缩时产生的推力很大，直径约10mm的铽镝铁棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；能量密度高，其能量密度比Ni基合金大400～800倍，比PZT大14～30倍；能量转换效率(用机电祸合系数表示)高达70%，而Ni基合金仅有16%。PZT材料仅有0-60%；其曲线线性好，弹性模量随磁场而变化，可调控；响应速度快，达到10-6秒；频率特性好，可在低频率(几十至1000赫兹)下工作，工作频带宽；可在低场(几十至几百奥斯特)下工作；工作电压低，可在几伏至100伏电压下工作，可用电池驱动，而PZT的电极化电压在2kV/mm 以上，有电击穿危险；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。另外，与PZT陶瓷相比，超磁致伸缩材料在低场大功率传感器上也具有不可替代的地位。超磁致伸缩材料在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。 类似牌号：Terfenol-D，GMM，TbDyFe 目前铽镝铁合金在国内应用仍处于起步阶段，今有少数单位具有生产能力。A-ONE是目前国内可以供应铽镝铁合金产品最全的生产厂家之一。 苏州埃文特种合金可提供铽镝铁合金产品规格： 圆柱形，直径4～50mm，长度≤200mm 长方体：长宽2~35mm，高2~100mm 圆环：外径8~50mm，壁厚2~4mm，长度2~100mm 圆片：直径4~50mm，最小厚度1mm 方片（矩形片）:最薄1mm 层叠片：直径10~50mm，长5~100mm，最小层叠厚度2mm 粉末：协商供应 品牌：A-ONE 供货能力：有长期稳定的批量生产能力，月产量可达80～120kg。 部分规格有库存现货。没有MOQ，只要有需求就可以供货。 铽镝铁合金作为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着降低，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。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用 13新能源（01）班 张梦煌 1305201026 超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩目。超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。 超磁致伸缩材料(giant magnetostrietive material，简写为GMM)是A.E.Clark 等人于70年代发现的，是一种新型的功能材料，它能有效地实现电能与机械能的相互转换。由于具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点，该材料已引起广泛的注意，并逐步开始应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。表1.1给出了电磁场，变形场和温度场之间能量转换的不同效应。形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中，例如旋翼叶片的飞行追踪。而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的情形，例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。 磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化，其带宽在30KHz左右，低于电致伸缩材料和压电陶瓷，但高于形状记忆合金。在过去的几年中，能产生大于0.001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注，这主要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域，如可变形表面，主动振动控制和精确制造等等，在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。磁致伸缩器件由于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众，并且能够在低频磁场下调节应力和位移。相对于电致伸缩材料和压电陶瓷，磁致伸缩材料的优势
超声换能器用途解析
超声换能器的用途 超声波常用的换能器由振动激励方式区分分为磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器 . 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家朗之万用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。 二、超声换能器 超声诊断仪是依靠超声换能器产生入射超声波（发射波）和接收反射的超声波（回波）的．所以在医用超声诊断仪中超声换能器又称为探头． 超声换能器的机械振荡是由高频电能激励产生的．反射回来的超声能量又通达超声换能器转换为电脉冲．探头能将电能转换为声能，又能将声能转换成电能，故有换能器之称． （一）压电效应 1、正压电效应 在晶体或陶瓷的一定方向上，加上杌械压力，使其变形，晶体或陶瓷的两个受力面上， 产生符号相反的电荷；变形方向相反，两面的电荷极性随之变换．电荷密度同施加的机械力成正比．这种因机械力作用而激起表面的电荷效应，称为正压电效应． ２．逆压电效应 在晶体或陶瓷表面沿轴方向施加电压，在电场作用下引起几何应变，电压方向改变，机械应变方向亦随之改变，形变与电场成比例．这种因电场作用而引起的形变效应，称为逆压电效应．超声诊断仪探头在发射超声波时是逆压电效应．接收超声回波时产生压电效应． （二）压电材料和压电振子 具有压电效应的材料很多，如石英、酒石酸钾钠等晶体，有钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、铌酸钡、钛酸锂、锆钛酸铅等陶瓷都是具有压电效应的材料；压电材料有压电效应就有逆压电效应．自锆钛酸铅问世以来，医用超声换能器所用的压电材料就由锆钛酸铅代替了． 在压电体的正反表面上进行极化，覆盖上一层激励电极后，就成为压电振子，就具有正压电效应和逆压电效应． 换能器的压电振子相当于一个电容（具有容抗作用），在超声发射电路中与线圈形成并联谐振，得到高频激励电压，产生机械振动和超声波．压电换能器上施加的交变电压的频率与换能器的压电振子的固有频率相等时，才能获得最大的机械振动． （三）诊断用超声换能器的基本结构形式 １．基本单元换能器 根据临床诊断的要求，换能器有许多种不同结构形式，而单元换能器是基本的结构．单元换能器它由主体和壳体两部分组成． （１）主体：包括：①压电振子，它是产生压电效应的元件．
超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试
超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试 崔旭，何忠波，李冬伟，李玉龙，薛光明 （军械工程学院一系，河北石家庄050003） 来稿日期：2012-03-10 基金项目：总装备部“十二五”装备预先研究资助项目（51312060404） 作者简介：崔旭，（1987-），男，硕士研究生，研究方向为车辆机电液控制与自动化技术；何忠波，（1968-），男，副教授，研究方向为车辆机电液控制与自动化技术 1引言 铁磁材料因外磁场作用而磁化时，其长度及体积均发生变化的现象称为磁致伸缩效应。1974年，一些科研人员发现三元稀土合金Tb1-xDyxFe2在时磁致伸缩率达到峰值，因该合金在常温下具有很高的磁致伸缩应变，故被称为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material ，GMM ），材料具有响应快、应变大、输出力大等优异性能，在主动隔振、精密加工、流体控制等领域具有深远的应用前景[1]。 超磁致伸缩致动器（Giant Magnetostrictive Actuator ，GMA ）是以GMM 为核心的基本机械能输出器件。 在GMA 中，GMM 产生磁致伸缩应变的能量全部来自于线圈的励磁磁场，励磁线圈的电磁转换特性成为评价GMM 器件好坏的重要指标，励磁线圈的体积也是影响GMM 器件整体尺寸的主要因素，同时励磁线圈能耗所转化成的热量也是GMM 器件发热的重要来源之一，但线圈的材料参数、结构参数等多种因素共同影响着磁场强度的分布，所以线圈设计一直是超磁致伸缩器件设计的重点和难点[2] 。 2致动器及线圈基本结构 2.1GMM 基本特性 实践证明，国产超磁致伸缩材料在10MPa 的预压应力下具有较高的电机转换特性， 准8×100mm 的GMM 棒在10MPa 预压应力下的应变曲线，如图1所示。磁场强度为（10～50）kA/m 范围内，磁致伸缩应变与磁场强度基本呈线性关系，且斜率最大。 磁致伸缩应变λ（p p m ） 15001000 500 磁场强度H （kA/m ） 40 80120 160 图1磁致伸缩材料应变曲线Fig.1Strain Curve of GMM 当为GMM 施加连续的交变磁场时，GMM 在正-反磁场作用 摘 要：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。 关键词：超磁致伸缩致动器；线圈；优化设计；特性测试中图分类号： TH12；TM923.62文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2013）01-0032-03 Design and Characteristic Test of I Giant Magnetostrictive Actuator CUI Xu ，HE Zhong-bo ，LI Dong-wei ，LI Yu-long ，XUE Guang-ming （NO.1Department ，Ordance Engineering College ，Hebei Shijiazhuang 050003，China ） Abstract ：The designment of giant magnetostrictive actuator and the optimization of its solenoid coil and enameled wire are presented and the static characteristic and dynamic characteristic of GMA is tested here.The structure of GMA is designed based on the analysis of GMM features and the method of producing bias magnetic field is determined.The magnetic field distribution along the axis and electro-magnetic conversion efficiency are studied when the size parameter are varied ，from which the solenoid coil parameter is optimally designed.The model of solenoid coil ’s power consumption is set up to determine the enameled wire parameter.The result of experiment incarnates fine static and dynamic characteristic of GMA and consistency between design parameter and experimental value ， which shows the rationality of the optimal design.Key Words ：Giant Magnetostrictive Actuator ；Solenoid Coil ；Optimal Design ；Test of Characteristic Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第1期2013年1月 32
超磁致伸缩材料及其应用研究_李松涛
超磁致伸缩材料及其应用研究 ＊ 李松涛 孟凡斌 刘何燕 陈贵峰 沈 俊 李养贤 (河北工业大学材料科学与工程学院 天津 300130) 摘 要 稀土超磁致伸缩材料是一种新型稀土功能材料.文章概述了超磁致伸缩材料(GMM )的研究历史;对比了一种实用的超磁致伸缩材料(Terfenol -D )和压电陶瓷材料(PZT )的性能;阐述了超磁致伸缩材料当前在以下两个方面取得的研究进展:(1)关于工艺方法的研究:包括直拉法、区熔法、布里奇曼法和粉末烧结、粘结等方法;(2)关于材料组分的研究:包括对Fe 原子的替代研究以及开发轻稀土超磁致伸缩材料的研究.文章最后叙述了超磁致伸缩材料的应用领域,以及发展我国稀土超磁致伸缩材料的意义.关键词 超磁致伸缩,稀土金属间化合物 Giant magnetostrictive materials and their application LI Song -Tao MENG Fan -Bin LI U He -Yan CHEN Gui -Feng SHEN Jun LI Yang -Xian (Scho o l o f M ate rial Sci enc e &Engi nee rin g ,He bei Uni ver sit y of Tech no lo gy ,Tian jin 300130,C hin a ) Abstract Rar e -earth giant magnetostrictive materials (GMM )are a type of ne w functional mater ials .A br ief de -scription is given of the histor y of giant magnetostrictive materials ;and their char acteristics are compared with those of piezoelectr ic mater ials .Curr ent research developments are descr ibed ,in particular :(1)fabrication technology ,in -cludingthe Czochraski ,FSZ ,Bridgman ,po wder -sintering and powder -bonding methods ;(2)c omposition studies of GMM ,including the substitution for Fe in RFe 2and exploitation of light rare -earth GMM .Applications and the impor -tance of GMM researc h in China are r eviewed . Key words giant magnetostr iction ,rar e -earth -transition inter metallics ＊ 国家自然科学基金(批准号:50271023)和教育部科学重点 (批准号:02017)资助项目 2004-03-23收到初稿,2004-06-07修回 通讯联系人.E -mail :ad mat @js mail .h eb ut .edu .cn 1 磁致伸缩效应简介 1842年,焦耳(Joule )发现沿轴向磁化的铁棒,长度会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应,又称为焦耳效应[1],从广义讲包括顺磁体、抗磁体、铁磁体以及亚铁磁体在内的所有磁性材料都具有磁致伸缩性质.但是顺磁体、抗磁体材料的磁致伸缩值很小,实际应用价值不大;而对于部分铁磁性及亚铁磁性材料,磁致伸缩值较大,数量级可以达到103ppm ,具有很高的实用价值,引起研究人员的重视. 磁致伸缩材料的应用主要涉及到以下几种效应: (1)磁致伸缩效应(焦耳效应):材料在磁化状态改变时,自身尺寸发生相应变化的一种现象.磁致伸缩有线磁致伸缩(长度变化)和体磁致伸缩 (体积变化)之分,其中线磁致伸缩效应明显,用途广,故一般提到的磁致伸缩都是指线磁致伸缩. (2)磁致伸缩的逆效应(Villari 效应):对铁磁体材料施加压力或张力(拉力),材料在长度发生变化的同时,内部的磁化状态也随之改变的现象.(3)威德曼效应(Wiedemann )效应:在被磁化了的铁磁体棒材中通电流时,棒材沿轴向发生扭曲的现象. (4)威德曼效应的逆效应(Matteucci 效应):将铁磁体棒材绕轴扭转,并沿棒材的轴向施加交变磁场时,沿棒材的圆周方向会产生交变磁场的现象.