超磁致伸缩换能的磁场和温度场分析及其结构设计.pdfVIP

Thesis Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Electrical Engineering MAGNETIC FIELD AND TEMPERATURE FIELD OF MAGNETOSTRICTIVE TRANSDUCER AS WELL AS ITS STRUCTURE DESIGN by Gu Dongguang Supervisor: Prof. Wang Bowen December 20 12 河北工业大学硕士论文 超磁致伸缩换能器磁场和温度场分析及其结构设计 摘 要 稀土超磁致伸缩材料（GMM ）具有很多优点，比如能量高、应变大、可靠性好等， 因此它在水声换能器技术，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、智能机翼、机器人等各个领域都有非常广泛的应用。本文对超磁致伸缩材料 Terfenol-D 的材料性能以及工作特点进行了阐述，设计了换能器的磁路结构，在此基础上 对超磁致伸缩换能器的磁场和温度场进行了分析。通过对换能器进行深入的研究，为超磁 致伸缩器换能器的设计与制作等提供了理论依据。 首先，本文对磁致伸缩现象和机理进行了介绍，对超磁致伸缩材料的主要性能、发展 概况和当前研究状况进行了阐述，同时对国内外超磁致伸缩换能器的研究情况进行了论 述，对换能器发展存在问题进行了分析，通过各种分析对比提出了本文研究内容。 其次，对换能器的工作原理及其特性进行了分析与阐述。通过对稀土超磁致伸缩材料 的工作性能曲线分析以及考虑超磁致伸缩换能器设计的关键问题，设计了超磁致伸缩换能 器的磁路结构，分析了磁路结构的磁场，包括偏置磁场、激励线圈、超磁致伸缩稀土棒磁 场、漏磁场。同时对换能器的温升以及发热机理进行阐述。 再次，利用有限元软件分析了超磁致伸缩换能器的磁场和温度场。通过对两种换能器 结构的磁场分布、磁感应强度密度分布、超磁致伸缩换能器伸缩棒沿轴向磁感应强度分布 曲线、棒中间点磁场值进行分析比较，优化了超磁致伸缩换能器的结构。分析了不同磁致 伸缩棒换能器的温度场，确定了换能器在风冷、水冷的条件下的温度变化。 最后，制作了超磁致伸缩换能器样机，测试了超磁致伸缩换能器样机的磁场和温度， 通过对实验数据的分析对比，确定换能器的磁场和温度变化规律。在总结实验数据的基础 上，对换能器进一步进行分析研究，提出了下一步工作的具体内容。 关键词：超磁致伸缩换能器，磁路结构，磁场，温度场 i 超磁致伸缩换能器的磁场和温度场分析及其结构设计 MAGNETIC FIELD AND TEMPERATURE FIELD OF MAGNETOSTRICTIVE TRANSDUCER AS WELL AS ITS STRUCTURE DESIGN ABSTRACT Due to its high energy density, large magnetostrictive strain, good reliability, rare-earth giant magnetostrictive materials (GMM) have been used in many fields such as water