gmm在機械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

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1、GMM在機械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀GMM在機械電子工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀引言　　GMM在常溫下因磁化狀態(tài)的改變，其長度與體積將會隨之變化。也就是說，GMM具有強大的磁致伸縮系數(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，就能保持較高的機械能與電能轉(zhuǎn)換，且能量密度大、響應(yīng)速度快，是目前運用在機械電子工程中非常重要的材料[1]。本文針對GMM材料的性能、優(yōu)點及其在機械電子工程中的具體應(yīng)用展開分析，并就其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行探討。　　1GMM的性能特點與

2、優(yōu)勢分析　　1.1GMM概述　　超磁致伸縮材料自身的尺寸會隨著外加磁場的變化而變化，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)勢所在。早在1971年，美國海軍在進(jìn)行表面武器實驗時，在尋找磁致伸縮材料時發(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)美國海軍的相關(guān)實驗得出，這些材料需要較高的磁場來驅(qū)動，這樣一來就限制了材料的運用。后來，他們通過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，至此，磁致伸縮材料得到了較大的關(guān)

3、注。　　1.2GMM的特點　　在室溫下，GMM具有很高的機械能轉(zhuǎn)電能轉(zhuǎn)換率，且能量密度大、可靠性高、響應(yīng)速度快，能夠方便簡單進(jìn)行驅(qū)動[2]。而正是因為這些特點和優(yōu)勢，使得GMM在機械電子工程中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，同時，也促進(jìn)了電子信息系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)以及振動系統(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，而且正是因為這樣的性質(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)換率的機電產(chǎn)品?！　?.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。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，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；不僅如此，GMM擁有強大的輸出力，能夠帶動高強度的荷載。除此之外，超磁致伸縮材料的磁機耦合系數(shù)較大，所以其電磁機械能的轉(zhuǎn)換效率也較高；不僅工作性能穩(wěn)定，居里點溫度高，而且在大功率的

5、工作條件下，也不會因器件過熱而導(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在機械電子工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀　　2.1GMM在液壓閥中的運用　　所謂液壓閥就是機械電子工程中液壓傳動系統(tǒng)中的一個控制元件，專門用于控制系統(tǒng)流體、調(diào)節(jié)流動壓力以及流量的。通常這種液壓閥中包括微型開關(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。首先來說微型開關(guān)閥，其應(yīng)用原理主要是通過利用薄膜伸縮效應(yīng)來實現(xiàn)對控制閥的控制，當(dāng)外界磁場為

6、30mT時，就是開關(guān)閥的最大開口量，這樣一來就可以小小降低驅(qū)動磁場。對于比例閥的使用主要是通過發(fā)揮磁致伸縮棒來實現(xiàn)輸出位對比例閥進(jìn)行控制，當(dāng)300Hz時閥芯位達(dá)到0.1221毫寸，最高驅(qū)動信號的頻率就是5kHz[4]。其次，對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，能夠達(dá)到較高的緊密度；GMM運用于擋板型伺服閥時會擴大其壓力控制范圍，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強度在GMM軸線上的分布，直接對液壓泵的活塞進(jìn)行驅(qū)動，以此來提高電磁機械的轉(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)外磁場變化頻率為2kHz時，可以將泵輸出流量提高到10L/min。不僅如此，很多國家已經(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]。　　2.3GMM在蠕動位移機械中的應(yīng)用　　所謂蠕動位移機械就是能夠進(jìn)行連續(xù)的步行運動的控制機械，類似于蝴蝶幼蟲一樣能夠蠕動。這種機械的步距最小為4nm，運動速度也是毫

8、秒級的，目前主要運用于距離控制與機器人等方面。不僅如此，很多國外研究將其和壓電晶體結(jié)合，還設(shè)計出了諧振型的馬達(dá)，工作頻率高達(dá)300Hz，而在我國，蠕動位移機械也已經(jīng)有了簡單結(jié)構(gòu)的成品，相信在未來，GMM運用在蠕動位移機械中還能發(fā)揮更大的作用。　　2.4GMM在新型電動機中應(yīng)用　　目前，對于應(yīng)用GMM的新型電動機主要成果包括直線電機、蠕動電機以及