gmm在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

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1、GMM在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀GMM在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀引言　　GMM在常溫下因磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度與體積將會(huì)隨之變化。也就是說(shuō)，GMM具有強(qiáng)大的磁致伸縮系數(shù)，因其多為稀土構(gòu)筑，而又被稱為超磁致伸縮材料。GMM材料具有較強(qiáng)的耐熱溫度性能，磁致伸縮性能極高，在普通室溫下，就能保持較高的機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換，且能量密度大、響應(yīng)速度快，是目前運(yùn)用在機(jī)械電子工程中非常重要的材料[1]。本文針對(duì)GMM材料的性能、優(yōu)點(diǎn)及其在機(jī)械電子工程中的具體應(yīng)用展開(kāi)分析，并就其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行探討?！　?GMM的性能特點(diǎn)與

2、優(yōu)勢(shì)分析　　1.1GMM概述　　超磁致伸縮材料自身的尺寸會(huì)隨著外加磁場(chǎng)的變化而變化，磁致伸縮系數(shù)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的磁致伸縮材料，這也正是其優(yōu)勢(shì)所在。早在1971年，美國(guó)海軍在進(jìn)行表面武器實(shí)驗(yàn)時(shí)，在尋找磁致伸縮材料時(shí)發(fā)現(xiàn)了如TbFe2、DyFe2、SmFe2等具有較高磁致伸縮系數(shù)性能的材料。并且根據(jù)美國(guó)海軍的相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出，這些材料需要較高的磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣一來(lái)就限制了材料的運(yùn)用。后來(lái)，他們通過(guò)研制一些新的合金材料發(fā)現(xiàn)其具有很高的居里溫度，而且還能提高其磁致伸縮性能，并能被廣泛的應(yīng)用起來(lái)，至此，磁致伸縮材料得到了較大的關(guān)

3、注?！　?.2GMM的特點(diǎn)　　在室溫下，GMM具有很高的機(jī)械能轉(zhuǎn)電能轉(zhuǎn)換率，且能量密度大、可靠性高、響應(yīng)速度快，能夠方便簡(jiǎn)單進(jìn)行驅(qū)動(dòng)[2]。而正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使得GMM在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，同時(shí)，也促進(jìn)了電子信息系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)以及振動(dòng)系統(tǒng)的改革。一方面，GMM的磁致伸縮系數(shù)非常大，甚至比Fe、Ni等多種材料多出幾十倍，而且正是因?yàn)檫@樣的性質(zhì)，使得超磁致伸縮材料迅速得到發(fā)展。另一方面，因超磁致伸縮材料的能量轉(zhuǎn)換高，甚至能夠達(dá)到49%～56%，超越了壓電陶瓷23%～52%的轉(zhuǎn)換率，所以GMM更可以

4、應(yīng)用于制造高能量轉(zhuǎn)換率的機(jī)電產(chǎn)品。　　1.3GMM的性能　　相較于壓電材料與傳統(tǒng)磁本文由.LM有著巨大的優(yōu)勢(shì)。比如，在常溫下，GMM磁致伸縮材料的伸縮應(yīng)變較大，甚至可以達(dá)到Ni的40～50倍，是壓電材料的5～8倍；其能量密度高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了Ni等材料的能量密度；同時(shí)，GMM還具有超快的反應(yīng)速度，可以在幾十毫秒以內(nèi)反應(yīng)，有的甚至可以達(dá)到微秒級(jí)；不僅如此，GMM擁有強(qiáng)大的輸出力，能夠帶動(dòng)高強(qiáng)度的荷載。除此之外，超磁致伸縮材料的磁機(jī)耦合系數(shù)較大，所以其電磁機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率也較高；不僅工作性能穩(wěn)定，居里點(diǎn)溫度高，而且在大功率的

5、工作條件下，也不會(huì)因器件過(guò)熱而導(dǎo)致磁致伸縮特性失效，而只需要進(jìn)行冷卻恢復(fù)[3]。最后，我們所知道的GMM材料工作頻帶寬，可以用于幾百赫茲以下的低頻但也同樣適用于超高頻?！　?GMM在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀　　2.1GMM在液壓閥中的運(yùn)用　　所謂液壓閥就是機(jī)械電子工程中液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)控制元件，專門用于控制系統(tǒng)流體、調(diào)節(jié)流動(dòng)壓力以及流量的。通常這種液壓閥中包括微型開(kāi)關(guān)閥、比例閥以及單極電液伺服閥等環(huán)節(jié)都有使用超磁致伸縮材料。首先來(lái)說(shuō)微型開(kāi)關(guān)閥，其應(yīng)用原理主要是通過(guò)利用薄膜伸縮效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制閥的控制，當(dāng)外界磁場(chǎng)為

6、30mT時(shí)，就是開(kāi)關(guān)閥的最大開(kāi)口量，這樣一來(lái)就可以小小降低驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)。對(duì)于比例閥的使用主要是通過(guò)發(fā)揮磁致伸縮棒來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出位對(duì)比例閥進(jìn)行控制，當(dāng)300Hz時(shí)閥芯位達(dá)到0.1221毫寸，最高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率就是5kHz[4]。其次，對(duì)于單極電液伺服閥以采取閉環(huán)控制的措施，使其結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)，能夠達(dá)到較高的緊密度；GMM運(yùn)用于擋板型伺服閥時(shí)會(huì)擴(kuò)大其壓力控制范圍，讓其擁有較高的反應(yīng)速度?！　?.2GMM在液壓泵中的應(yīng)用　　所謂磁致伸縮泵就是利用磁場(chǎng)強(qiáng)度在GMM軸線上的分布，直接對(duì)液壓泵的活塞進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以此來(lái)提高電磁機(jī)械的轉(zhuǎn)化效率

7、，達(dá)到較高的效率。而目前，人類已經(jīng)退出類似于電池一樣密閉性較強(qiáng)的GMM液壓泵，這種泵也要具有較高的精度控制流，當(dāng)外磁場(chǎng)變化頻率為2kHz時(shí)，可以將泵輸出流量提高到10L/min。不僅如此，很多國(guó)家已經(jīng)研制出了GMM聲納換能器，能夠廣泛應(yīng)用于水下通信、跟蹤定位等方面，這些應(yīng)用都是GMM得到了巨大的推廣和發(fā)展。圖1所示為薄膜型磁致伸縮微型泵結(jié)構(gòu)示意圖[3]?！　?.3GMM在蠕動(dòng)位移機(jī)械中的應(yīng)用　　所謂蠕動(dòng)位移機(jī)械就是能夠進(jìn)行連續(xù)的步行運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)械，類似于蝴蝶幼蟲(chóng)一樣能夠蠕動(dòng)。這種機(jī)械的步距最小為4nm，運(yùn)動(dòng)速度也是毫

8、秒級(jí)的，目前主要運(yùn)用于距離控制與機(jī)器人等方面。不僅如此，很多國(guó)外研究將其和壓電晶體結(jié)合，還設(shè)計(jì)出了諧振型的馬達(dá)，工作頻率高達(dá)300Hz，而在我國(guó)，蠕動(dòng)位移機(jī)械也已經(jīng)有了簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的成品，相信在未來(lái)，GMM運(yùn)用在蠕動(dòng)位移機(jī)械中還能發(fā)揮更大的作用。　　2.4GMM在新型電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用　　目前，對(duì)于應(yīng)用GMM的新型電動(dòng)機(jī)主要成果包括直線電機(jī)、蠕動(dòng)電機(jī)以及