偏置磁場對稀土超磁致伸縮換能器性能的影響研究.pdf

1、隨著科技的進步，對智能材料的研究及其在各個領域的應用引起越來越多的重視。稀土超磁致伸縮材料是一種在磁場的作用下可以發(fā)生較大變形的新型磁功能材料，該材料在各類型的換能器中都得到了廣泛的應用。稀土超磁致伸縮換能器是一種將電磁能轉換成機械能或聲能的器件，具有高效的機電轉換效率，但由于稀土超磁致伸縮材料在磁致伸縮效應作用下產生的應變只與外加磁場的大小有關而與其方向無關，所以使得換能器在交變電流的作用下會出現(xiàn)倍頻效應。在實際應用中，倍頻效應會使得

2、換能器的性能下降且轉換效率變低，因此需要在磁致伸縮換能器中添加偏置磁場以消除倍頻效應。本文主要從偏置磁場的角度出發(fā)分析其對磁致伸縮換能器性能的影響，主要研究內容及結論如下：
　　(1)研究了磁致伸縮換能器中提供偏置磁場的永磁體基本結構參數(shù)對換能器性能的影響。通過有限元模擬軟件COMSOL Multiphysics建立磁致伸縮換能器的模型，分析提供偏置磁場的永磁體結構參數(shù)。結果表明：磁致伸縮棒中的磁場分布及換能器的輸出位移都隨著永磁

3、體厚度的增加而變好，但考慮厚度的增加會引起換能器體積增大及散熱變差，所以選取永磁體厚度為7mm；綜合考慮磁棒磁場均勻性，磁場強度，輸出位移，散熱性能等，綜合考慮選取永磁體與線圈之間的間距為2mm。
　　(2)分析了偏置磁場對換能器中磁致伸縮棒磁場及輸出特性的影響。將90 mm圓筒狀永磁體均勻分割成30層3 mm小圓環(huán)狀永磁體，分析圓環(huán)狀永磁體層數(shù)及圓環(huán)狀永磁體在換能器中分布的均勻性對換能器磁致伸縮棒中磁場及應變的影響。結果表明：圓

4、環(huán)狀永磁體數(shù)量的增加對Ter fe no l-D棒中磁場及應變的影響是有限的，在一定范圍內影響明顯，超過一定范圍內后影響變小。在本模型中，當永磁體數(shù)量大于8層之后，磁致伸縮換能器磁場及輸出應變隨著永磁體數(shù)量的增加變化緩慢并逐漸趨于飽和狀態(tài)；磁場及輸出位移隨著永磁體分布均勻度的增加而增大，其中輸出位移呈近似于線性增加。
　　(3)研究了預應力及偏置磁場耦合作用對換能器輸出性能的影響。首先，對換能器進行參數(shù)掃描分析，得到不同預應力作用

5、下時磁致伸縮棒的磁致伸縮應變曲線，隨著預應力的增加，磁致伸縮應變系數(shù)λ先呈線性增加趨勢隨后增加趨勢變緩；其次綜合考慮偏置磁場與預應力同時作用時對換能器輸出特性的影響，當永磁體層數(shù)為兩層，預應力的增加對換能器位移幅值的變化影響整體較小，之后隨著永磁體層數(shù)的增加，位移幅值隨預壓力的變化趨勢有細微的差別，但總體趨勢相似，都呈緩慢增加趨勢。
　　通過本文的研究，得到了偏置磁場對磁致伸縮換能器性能的影響，相關結論為磁致伸縮換能器在實際中的應