题目：低频大功率超磁致伸缩执行器的优化设计与试验研究

 

超磁致伸缩材料（GMM，Giant Magnetostrictive Materials）由于应变大、能量密度高等优点而应用大功率输出领域。大功率执行器（GMA, Giant Magnetostrictive Actuator）的研究也一直是个热点，超磁致伸缩材料在水声换能器和超声换能器已经取得广泛得应用。在低频大功率采油换能器的研究方面，美国、俄罗斯和法国等国也研究了十多年，而且取得了很多重大成果。国内研究起步较晚，但是浙江大学在低频大功率采油换能器的研究方面也做了一些工作。

本文在调研国内外相关研究的基础上，根据输出功率大和磁场均匀性高的设计目标，通过理论分析并结合CATIA、ANSYS仿真进行了大功率执行器以及磁路设计的探索和相关的测试，最终创造性地提出一种新的嵌入式分段结构，主要研究结果如下：

1. 执行器及磁路设计优化的主要成果：a）完成换能器整体结构设计和执行器主要部件设计，主要包括GMM棒的设计，激励线圈的设计，预应力机构的设计；b）完成大功率执行器的环状偏置磁路设计，主要包括偏置磁路必要性、磁路设计原理、ANSYS仿真设计以及实物加工装配测试，并得出结论，环状永磁结构不适用于大功率执行器的偏置磁路设计；c）进行了嵌入式分段偏置磁路的设计，主要包括单段偏置磁路模型及ANSYS验证，多段偏置磁路模型及ANSYS验证以及实物加工装配与测试，并得出结论，分段式偏置结构能够适用于大功率执行器的偏置磁路设计；d）对环状偏置结构和嵌入式偏置结构进行对比，主要包括基本结构分析对比和拓展结构分析对比，并得出结论：当长径比小于5时，环状结构能够提供较均匀的磁场而且能适用于高频；当长径比大于5时，嵌入式结构磁场更为均匀，而且永磁使用量较少；当长径比为5时，选择结构根据具体技术要求。

2. 建立了换能器系统能量转化模型，主要包括电路的能量转化模型、换能器磁路的能量转化模型和换能器机械能量转化模型，并用试验中的转化效率验证，发现结果基本一致，得出结论：本文建立的换能器系统能量转化模型是有效的。