超磁致伸縮材料微位移驅動器的實驗研究

公 濤，李國康

（沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110159）

0 引言

超磁致伸縮材料是最近幾年在國內發展起來的可實現電磁能－機械能高效轉換的新型材料。超磁致伸縮微材料位移驅動器（GMA）是稀土超磁致伸縮材料（GMM）的重要應用領域之一，GMM因其能量密度高、承載大、可伸縮和響應快等優點在驅動器領域具有良好的應用前景。

1 超磁致伸縮材料微位移驅動器工作原理及組成

超磁致伸縮材料本身的工作特性可依據磁致伸縮方程進行描述，其應變值ε不僅受預緊力大小的影響，還受材料中磁場強度的影響，在精密定位的應用場合中還需考慮驅動線圈發熱引起的材料熱變形的影響，故表示為：

其中：s為棒長度方向的柔性系數；σ為棒長度方向的應力；d為磁場伸縮應變常數；H 為驅動磁場強度；α為居里溫度系數；T為居里溫度。

圖1為穩定狀態時超磁致伸縮材料磁場強度H與磁致伸縮系數λ的關系曲線。測試時環境溫度為210℃，預壓力為10 MPa。

圖1 磁場強度H與磁致伸縮系數λ的關系

我們根據廠家的要求及超磁致伸縮材料的工作特點設計微位移驅動器，其結構簡圖如圖2所示，它主要由預緊機構、放大機構、冷卻裝置、驅動線圈、驅動器套筒以及各種支承元件組成，微位移驅動器的核心為超磁致伸縮材料棒。

超磁致伸縮材料的驅動磁場由驅動線圈中通入的按一定規律變化的電流產生；位移傳遞和放大機構基于杠桿原理和相似三角形原理設計而成。

圖2 微位……