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超磁致伸缩换能器是一种使用稀土超磁致伸缩材料(GMM)能将电磁能转化为机械振动的机械装置。它具有结构紧凑、能量密度高、输出功率大的特点,在生物医学和军事防御等行业有很好的应用前景。因此,对新型的超磁致伸缩换能器进行研究和设计,具有重要的现实意义和科研价值。 给超磁致伸缩换能器线圈中通入交流电,产生交变驱动磁场,该磁场使GMM棒频繁发生伸缩形变,随着棒的伸缩,输出杆输出振动。为防止出现倍频现象,在棒两端放置钕铁硼薄饼,用于提供偏置磁场。通过碟簧对GMM棒施加一定的预压力可以使其工作在最佳状态。但是当换能器在超声频率下工作时,由于稀土超磁致伸缩材料电阻率很低,而矫顽力和剩磁比较大,就会带来很大的磁滞以及涡流损耗,这一方面增加了换能器的功耗,浪费能源;更为重要的一面是它们以发热的形式表现出来,使换能器温度升高,直接影响温度特性敏感的稀土超磁致伸缩材料,使其无法正常工作。因此基于降低损耗的目的来对换能器进行优化设计是很有必要的。 本文分别对超磁致伸缩能器的线圈电阻损耗、磁滞损耗、涡流损耗进行了分析和探讨,主要从理论解析计算和有限元仿真两个方面对这几个损耗进行研究。文章重点研究了如何减小换能器的涡流损耗,改善超磁致伸缩棒内部磁场的大小和分布,还使用有限元分析软件对换能器内部的温度分布进行仿真;并基于降低损耗的目的对换能器提出了优化设计的方法。通过实验测量了换能器的温升,计算出损耗的大小;使用电磁感应法测量了GMM棒内不同部位的磁场强度,通过比较优化前后的数据验证了优化效果,证明了优化设计方法的有效性。