2507 kowiri tira ngongo ngongo wahanga matū, Whakataurite Whatunga Waahanga Whakaakoranga Akoranga o te Rare Earth Giant Magnetostrictive Transducer

Mauruuru koe mo te toro ki Nature.com.Kei te whakamahi koe i tetahi putanga tirotiro me te tautoko CSS iti.Mo te wheako pai rawa atu, e taunaki ana matou me whakamahi koe i tetahi kaitirotiro kua whakahoutia (me monohia ranei te Aratau Hototahi ki Internet Explorer).I tua atu, hei whakarite i te tautoko tonu, ka whakaatuhia e matou te waahi kaore he momo me te JavaScript.
Rēreti e whakaatu ana i nga tuhinga e toru mo ia kiriata.Whakamahia te patene o muri me te taha o muri hei nuku i roto i nga kiriata, ko nga paatene mana kiriata kei te pito ki te neke ma ia kiriata.

• Whakaahuatanga Hua
• 2507 Kowiri tira ngongo porotaka mai i Haina

He mea nui ki te hoahoa o te kaiwhakawhiti magnetostrictive nui (GMT) he tere me te tika te tātari o te tohatoha pāmahana.Ko te whakatauira whatunga ngaaariki he pai ake te iti o te utu rorohiko me te tino tika, ka taea te whakamahi mo te tātari waiariki GMT.Heoi ano, he herenga nga tauira waiariki o naianei ki te whakaahua i enei tikanga waiariki uaua i te GMT: ko te nuinga o nga rangahau e aro ana ki nga ahuatanga kore e taea te hopu i nga huringa pāmahana;I te nuinga o te wa e kiia ana he rite te tohatoha pāmahana o nga rakau magnetostrictive (GMM), engari he mea tino nui te rōnaki pāmahana puta noa i te tokotoko GMM na te ngoikore o te kawe waiariki, ko te tohatoha mate kore-rite o te GMM he uaua te whakauru ki roto i te waiariki. tauira.Nō reira, mā te āta whakaaro ki ngā āhuatanga e toru o runga ake nei, ka whakatauhia e tēnei tuhinga te tauira GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN).Tuatahi, i runga i te hoahoa me te kaupapa o te mahi o te HMT wiri roa, ka mahia he tātari waiariki.I runga i tenei kaupapa, ka whakatauhia te tauira huānga whakawera mo te tukanga whakawhiti wera o te HMT me nga tawhā tauira e rite ana.Ka mutu, ka manatokohia te tika o te tauira TETN mo te whakamaarama whakamahana mokowhiti mokowhiti ma te whaihanga me te whakamatautau.
Ko te taonga magnetostrictive Rapa (GMM), ara terfenol-D, he nga painga o te magnetostriction nui me te kiato pūngao tiketike.Ka taea te whakamahi i enei taonga ahurei ki te whakawhanake i nga kaiwhakawhiti magnetostrictive nui (GMTs) ka taea te whakamahi i roto i te whānuitanga o nga tono penei i nga whakawhiti oro o raro wai, micromotors, linear actuators, etc. 1,2.
Ko te tino awangawanga ko te kaha o te wera nui o nga GMT o raro o te moana, na te mea ka whakahaerehia i runga i te mana katoa me te wa roa o te whakaohooho, ka taea te whakaputa i te nui o te wera na te kaha o te kaha o te kaha3,4.I tua atu, na te nui o te whakareatanga o te whakawhänui o te GMT me te nui o te aro ki te pāmahana o waho, ko tana mahi whakaputa e tino hono ana ki te pāmahana5,6,7,8.I roto i nga tuhinga hangarau, ka wehewehea nga tikanga tātari waiariki GMT kia rua nga waahanga whanui9: nga tikanga tau me nga tikanga tawhā putu.Ko te tikanga huānga mutunga (FEM) tetahi o nga tikanga tātari tau e tino whakamahia ana.Xie et al.[10] whakamahia te tikanga huānga mutunga ki te whakatairite i te tohatoha o nga puna wera o te puku magnetostrictive nui me te mohio ki te hoahoa o te mana pāmahana me te punaha whakamahana o te puku.Zhao et al.[11] i whakapumau i te whakakotahitanga o te huānga mutunga kore o te papa rere karekau me te papa pāmahana, ka hangaia he taputapu whakahaere pāmahana mo te waahanga mohio GMM i runga i nga hua o te whaihanga huānga mutunga.Heoi, he tino tono a FEM mo te tatūnga tauira me te taima tatau.Mo konei, ka kiia ko FEM he tautoko nui mo nga tatauranga tuimotu, i te nuinga o te waa i te wa o te waahanga hoahoa kaitahuri.
Ko te tikanga tawhā kapohia, e kiia ana ko te tauira whatunga wera, he mea whakamahia i roto i te tātaritanga thermodynamic na tona ahua pangarau ngawari me te tere tatau tatau12,13,14.He mahi nui tenei huarahi ki te whakakore i nga herenga waiariki o nga miihini 15, 16, 17. Ko Mellor18 te tuatahi ki te whakamahi i te iahiko T riterite wera pai ake hei whakatauira i te tukanga whakawhiti wera o te miihini.Verez et al.I hangaia e 19 he tauira ahu-toru o te whatunga waiariki o te miihini tukutahi aukume pumau me te rere axial.I whakaarohia e Boglietti et al.20 e wha nga tauira whatunga waiariki he rereke te uaua ki te matapae i nga whakawhitinga waiariki mo te wa poto i roto i nga awhiowhio hiko.Ka mutu, ka whakahiatohia e Wang et al.21 he ara iahiko rite waiariki mo ia waahanga PMSM me te whakarapopoto i te wharite parenga waiariki.I raro i nga tikanga ingoa, ka taea te whakahaere i te hapa i roto i te 5%.
I te tekau tau atu i 1990, ka timata te tauira whatunga wera ki te whakamahi ki nga kaitahuri hiko-iti.I whakawhanakehia e Dubus et al.22 he tauira whatunga wera hei whakaahua i te whakawhitinga wera e noho ana i roto i te wiri roa-taha-rua me te puoro piko o te akomanga IV.I mahia e Anjanappa et al.23 he tātari waiariki noho 2D o te microdrive magnetostrictive ma te whakamahi i te tauira whatunga waiariki.Hei ako i te hononga i waenga i te riaka waiariki o Terfenol-D me nga tawhā GMT, Zhu et al.I whakaritea e 24 he tauira rite tonu mo te parenga waiariki me te tatauranga nekehanga GMT.
He uaua ake te whakatau tata pāmahana GMT i nga tono miihini.Na te pai o te waiariki me te kawe autō o nga rawa i whakamahia, ko te nuinga o nga waahanga miihini e whakaarohia ana i te pāmahana kotahi ka heke ki te node kotahi13,19.Heoi, na te ngoikore o te kawe i te waiariki o nga HMM, kua kore e tika te whakaaro mo te tohatoha pāmahana rite.I tua atu, he iti rawa te uruhanga autō a te HMM, no reira ko te wera i puta mai i nga mate autō i te nuinga o te waa karekau e rite ki te taha o te rakau HMM.I tua atu, ko te nuinga o nga rangahau e arotahi ana ki nga ahuatanga pumau e kore e whakaaro mo nga huringa pāmahana i te wa e mahi ana a GMT.
Hei whakaoti i nga raruraru hangarau e toru i runga ake nei, ka whakamahia e tenei tuhinga te wiri roa GMT hei kaupapa ako me te whakatauira tika i nga waahanga rereke o te transducer, ina koa te rakau GMM.Kua waihangahia he tauira o te whatunga wera rite tauwhitinga (TETN) GMT.I hangaia he tauira huānga mutunga me te papa whakamatautau hei whakamatautau i te tika me te mahi o te tauira TETN mo te wetewete whakamahana mokowhiti.
Ko te hoahoa me te inenga ahuahanga o te HMF ohooho-roa e whakaatuhia ana i te Whakaahua 1a me te b.
Ko nga waahanga matua ko nga rakau GMM, nga porotaka mara, nga aukume tuturu (PM), nga ioka, nga papa, nga ngahere, me nga puna belleville.Ko te porowhita whakakorikori me te PMT e whakarato ana i te rakau HMM he papa autō taurite me tetahi papa autō DC bias.Ko te ioka me te tinana, he potae me te ringaringa, he mea hanga ki te rino ngohe DT4, he teitei te uruhanga autō.Hangaia he ara iahiko autō kati me te rakau GIM me te PM.Ko te kakau whakaputa me te pereti pehanga he mea hanga ki te kore-aukume 304 kowiri tira.Ma nga puna o te belleville, ka taea te whakauru i te kohungahunga pumau ki te kakau.I te wa e rere ana te iao tauutuutu i roto i te porowhita puku, ka wiri te rakau HMM.
I te piki.Ko te 2 e whakaatu ana i te tukanga whakawhiti wera i roto i te GMT.Ko nga rakau GMM me nga porotaka mara ko nga puna nui e rua o te wera mo nga GMT.Ka tukuna e te nakahi tona wera ki te tinana ma te whakawhiti hau ki roto, ki te taupoki ma te kawe.Ko te rakau HMM ka hanga i nga mate autō i raro i te mahi a te papa autō taurite, a ka whakawhitia te wera ki te anga na runga i te urunga o te hau o roto, ki te aukume tuturu me te ioka na te kawe.Ko te wera ka tukuna ki te pouaka ka marere ki waho ma te korikori me te hihi.Ina rite te wera i puta ki te wera i whakawhitia, ka eke te mahana o ia wahanga o te GMT ki te ahua pumau.
Ko te tukanga o te whakawhitinga wera i roto i te GMO ohorangi roa: a – hoahoa rere wera, b – ara whakawhiti wera matua.
I tua atu i te wera i puta mai i te coil exciter me te rakau HMM, ko nga waahanga katoa o te iahiko autō kati ka pa ki nga mate autō.No reira, ko te aukume tuturu, te ioka, te potae me te ringaringa ka whakahiatotia hei whakaiti i te mate autō o te GMT.
Ko nga mahi matua mo te hanga tauira TETN mo te tātari waiariki GMT e whai ake nei: ko nga waahanga roopu tuatahi he rite tonu te mahana me te tohu i ia waahanga hei pona motuhake i roto i te whatunga, katahi ka hono enei pona ki te whakaaturanga whakawhiti wera e tika ana.te kawe wera me te whakawhitinga i waenga i nga pona.I tenei keehi, ko te puna wera me te putanga wera e rite ana ki ia waahanga ka hono whakarara i waenga i te node me te ngaohiko kore noa o te whenua ki te hanga i tetahi tauira rite o te whatunga wera.Ko te mahi e whai ake nei ko te tatau i nga tawhā o te whatunga waiariki mo ia waahanga o te tauira, tae atu ki te aukati waiariki, te kaha wera me te ngaronga hiko.Ka mutu, ka whakatinanahia te tauira TETN ki SPICE mo te whaihanga.Ka taea e koe te tiki i te tohatoha pāmahana o ia waahanga o te GMT me tona huringa i te rohe wa.
Mo te pai o te whakatauira me te tatau, he mea tika kia whakangwarihia te tauira waiariki me te wareware i nga tikanga rohe ka iti te paanga ki nga hua18,26.Ko te tauira TETN i whakaarohia i roto i tenei tuhinga i ahu mai i nga whakaaro e whai ake nei:
I roto i te GMT me nga awhiowhio maru matapōkeretia, e kore e taea, e tika ana ranei te whakataurite i te tuunga o ia kaiarahi takitahi.He momo rautaki whakatauira i hangaia i mua ki te whakatauira i te whakawhiti wera me te tohatoha pāmahana i roto i nga awhiowhio: (1) te kawe i te waiariki, (2) nga wharite tika i runga i te ahuahanga kawe, (3) T-rite te ara iahiko waiariki29.
Ka taea te whakaaro he pai ake te kawe i te waiariki whakahiato me te wharite tika atu i te ara iahiko riterite T, engari ka whakawhirinaki ki te maha o nga mea, penei i te papanga, te ahuahanga kawe me te nui o te hau toenga i roto i te awhiowhio, he uaua ki te whakatau29.Engari, ko te kaupapa waiariki rite-T, ahakoa he tauira tata, he watea ake30.Ka taea te tono ki te coil excitation me nga wiri roa o te GMT.
Ko te huinga porotakaroa whaanui e whakamahia ana hei tohu i te porotaka whakahihiko me tana hoahoa waiariki rite-T, i riro mai i te otinga o te whārite wera, e whakaatuhia ana i te piki.3. Ko te whakaaro ko te rere o te wera i roto i te porowhita whakakorikori he motuhake i roto i nga ahunga radial me te axial.Ka warewarehia te rere o te wera porowhita.I ia iahiko T riterite, e rua nga pito e tohu ana i te paanga o te mata o te huānga, a ko te tuatoru T6 e tohu ana i te pāmahana toharite o te huānga.Ko te ngaronga o te wahanga P6 ka whakauruhia hei puna ira i te kopuku pāmahana toharite kua tatauhia i roto i te "Tataitanga mate wera o te porowhita mara".I roto i te take o te whaihanga kore-kore, ka hoatu te kaha wera C6 e te whārite.(1) ka honoa ano ki te node pāmahana Wawaenga.
Ko te cec, te ρec me te Vec e tohu ana i te wera motuhake, te kiato me te rōrahi o te porowhita whakakorikori.
I te ripanga.Ko te 1 e whakaatu ana i te parenga waiariki o te iahiko waiariki rite-T o te coil excitation me te roa lec, te kawe waiariki λec, te radius o waho rec1 me te radius rec2 o roto.
Ko nga porowhita whakahihiri me ona ara iahiko waiariki rite-T: (a) te nuinga o nga wa ka tuwhera nga huānga porotakaro, (b) wehe ia iahiko waiariki axial me te radial T-rite.
Ko te ara iahiko rite T kua kitea he tika mo etahi atu puna wera porotakaroa13.I te mea ko te puna wera nui o te GMO, he kore taurite te tohatoha pāmahana o te rakau HMM na te iti o te kawe wera, ina koa kei te taha o te tuaka o te rakau.Engari, ka taea te warewarehia te inhomogeneity radial, i te mea he iti ake te rere o te wera radial o te rakau HMM i te rere o te wera radial31.
Hei tohu tika i te taumata o te wehewehe axial o te tokotoko me te whiwhi i te pāmahana teitei rawa atu, ko te rakau GMM e tohuhia ana e nga n node e mokowhiti rite ana ki te ahunga axial, a ko te maha o nga node n te whakatauira e te rakau GMM me rereke.Ko te maha o nga porohita waiariki axial e rite ana ko n T ahua 4.
Hei whakatau i te maha o nga pona n whakamahia hei whakatauira i te pae GMM, ka whakaatuhia nga hua FEM ki te piki.5 hei tohutoro.Ka rite ki te whakaatu i te piki.4, ko te maha o nga pona n kua whakaritea i roto i te kaupapa waiariki o te rakau HMM.Ka taea te whakatauira ia node hei iahiko rite-T.Ko te whakataurite i nga hua o te FEM, mai i te Whakaahua 5 e whakaatu ana kaore e taea e te kotahi, e toru ranei nga pona te whakaatu tika i te tohatoha o te wera o te rakau HIM (mo te 50 mm te roa) i roto i te GMO.Ina whakanuia te n ki te 5, ka tino pai ake nga hua whakatairite ka whakatata atu ki te FEM.Ko te piki ake o n atu ka pai ake nga hua i te utu mo te wa roa o te tatauranga.No reira, i roto i tenei tuhinga, e 5 nga pona ka tohua hei whakatauira i te pae GMM.
I runga i te tātaritanga whakatairite i mahia, ka whakaatuhia te kaupapa waiariki tika o te rakau HMM i te Whakaahua 6. Ko T1 ~ T5 te pāmahana toharite o nga wahanga e rima (waahanga 1 ~ 5) o te rakau.Ko te P1-P5 e tohu ana i te katoa o te hiko wera o nga waahi rereke o te rakau, ka korerohia i roto i te upoko e whai ake nei.Ko te C1~C5 te kaha wera o nga rohe rereke, ka taea te tatau ma te tauira e whai ake nei
ko te crod, te ρrod me te Vrod e tohu ana i te kaha o te wera motuhake, te kiato me te rōrahi o te tokotoko HMM.
Ma te whakamahi i te tikanga rite mo te porowhita whakahihiko, ka taea te tatau te parenga wera o te rakau HMM i te Whakaahua 6 hei
ko te lrod, te rrod me te λrod e tohu ana i te roa, te radius me te kawe wera o te rakau GMM.
Mo te GMT wiri roa i akohia i roto i tenei tuhinga, ka taea te whakatauira nga toenga waahanga me te hau o roto ki te whirihoranga node kotahi.
Ko enei waahi ka taea te whakaaro he kotahi, neke atu ranei nga rango.Ko te hononga whakawhiti wera parakore i roto i tetahi waahanga porotakaroa ka tautuhia e te ture tuku wera a Fourier hei
Inaa ko te λnhs te kawe wera o te papanga, ko te lnhs te roa axial, ko te rnhs1 me te rnhs2 te radii o waho me roto o te huānga whakawhiti wera.
Ka whakamahia te whārite (5) ki te tātai i te ātete waiariki radial mo enei waahi, e tohuhia ana e RR4-RR12 i te Whakaahua 7. I taua wa ano, ka whakamahia te Wharite (6) ki te tatau i te parenga waiariki axial, e whakaatuhia ana mai i te RA15 ki te RA33 i te Whakaahua. 7.
Ko te kaha wera o te iahiko waiariki node kotahi mo te waahi o runga ake nei (tae atu ki te C7–C15 i te Whakaahua 7) ka taea te whakatau hei
ko ρnhs, cnhs, me Vnhs ko te roa, te wera motuhake, me te rōrahi.
Ko te whakawhiti wera convective i waenga i te hau i roto i te GMT me te mata o te keehi me te taiao ka whakatauirahia me te parenga whakangao waiariki kotahi e whai ake nei:
ko A ko te mata whakapiri me te h ko te whakarea whakawhiti wera.Ko te Ripanga 232 e whakararangi ana i etahi h angamaheni e whakamahia ana i roto i nga punaha waiariki.E ai ki te Ripanga.2 whakarea whakawhiti wera o nga parenga waiariki RH8-RH10 me RH14-RH18, e tohu ana i te whakawhitinga i waenga i te HMF me te taiao i te piki.Ka tangohia te 7 hei uara tuturu o te 25 W/(m2 K).Ko nga toenga whakawhitinga wera kua whakaritea kia rite ki te 10 W/(m2 K).
E ai ki te tukanga whakawhiti wera o roto e whakaatuhia ana i te Whakaahua 2, ko te tauira katoa o te kaitahuri TETN e whakaatuhia ana i te Whakaahua 7.
Ka rite ki te whakaatu i te piki.7, ka wehea te wiri roa GMT ki te 16 knots, e tohuhia ana e nga ira whero.Ko nga kopuku pāmahana e whakaatuhia ana i roto i te tauira e rite ana ki nga pāmahana toharite o ia waahanga.Ambient pāmahana T0, GMM tokotoko pāmahana T1 ~ T5, exciter pōkai pāmahana T6, pūmau aukume pāmahana T7 me T8, ioka pāmahana T9 ~ T10, take pāmahana T11 ~ T12 me T14, roto rangi pāmahana T13 me putanga tokotoko pāmahana T15.I tua atu, ka honoa ia node ki te kaha waiariki o te whenua ma te C1 ~ C15, e tohu ana i te kaha waiariki o ia waahi.Ko te P1~P6 te katoa o te putanga wera o te rakau GMM me te coil exciter.I tua atu, ka whakamahia nga parenga waiariki e 54 hei tohu i te kaha whakahaere me te aukati ki te whakawhiti wera i waenga i nga waahanga tata, i tatauhia i nga waahanga o mua.Ko te Ripanga 3 e whakaatu ana i nga momo momo waiariki o nga rauemi whakawhiti.
He mea nui te whakatau tata tika mo te nui o te ngaronga me o raatau tohatoha ki te mahi whaihanga waiariki pono.Ko te mate wera i hangaia e te GMT ka taea te wehewehe ki te mate autō o te rakau GMM, te mate Joule o te coil exciter, te mate miihini, me te mate taapiri.Ko nga ngaronga taapiri me nga mate miihini ka whakaarohia he iti noa ka taea te waiho.
Kei roto i te ac excitation coil resistance: te dc resistance Rdc me te kiri resistance Rs.
ko te f me te N te auau me te maha o nga hurihanga o te ia o te hiko.Ko te lCu me te rCu te pūtoro o roto, o waho hoki o te porowhita, te roa o te porowhita, me te pūtoro o te waea autō parahi e tohuhia ana e tana tau AWG (American Wire Gauge).Ko te ρCu te parenga o tona matua.Ko te µCu te uruhanga autō o tona matua.
Ko te papa autō i roto i te porotaka mara (solenoid) kaore i te rite ki te roa o te rakau.Ka tino kitea tenei rereketanga na te iti o te uruhanga autō o nga rakau HMM me te PM.Engari he hangarite te roa.Ko te tohatoha o te papa autō ka whakatau tika i te tohatoha o nga mate autō o te rakau HMM.No reira, hei whakaatu i te tino tohatoha o nga mate, ka tangohia he rakau e toru-wahanga, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 8, hei ine.
Ka taea te whiwhi i te mate autō ma te ine i te hysteresis loop hihiri.I runga i te papaaa whakamatautau e whakaatuhia ana i te Whakaahua 11, e toru nga kowiri hihiko hihiko i ine.I raro i te ahuatanga ka pumau te pāmahana o te rakau GMM i raro iho i te 50 ° C, ko te mana hiko AC ka taea e te papatono (Chroma 61512) te peia te porowhita mara i roto i tetahi awhe, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 8, te auau o te papa hiko i hangaia e te Ko te naianei whakamatautau me te kiato rewharewha autō ka puta ka tatauhia ma te whakauru i te ngaohiko i uru ki roto i te porowhita whakauru e hono ana ki te rakau GIM.Ko nga raraunga mata i tangohia mai i te kaikawe mahara (MR8875-30 ia ra) ka tukatukahia i roto i te rorohiko MATLAB kia whiwhi ai i nga koropiko hysteresis hihiri kua tohua i te Whakaahua 9.
Ko nga koropiko hihiko hihiko kua ine: (a) wahanga 1/5: Bm = 0.044735 T, (b) wahanga 1/5: fm = 1000 Hz, (c) wahanga 2/4: Bm = 0.05955 T, (d ) wahanga 2/ 4: fm = 1000 Hz, (e) wāhanga 3: Bm = 0.07228 T, (f) wāhanga 3: fm = 1000 Hz.
E ai ki nga tuhinga 37, ka taea te tatau te tapeke o te mate autō Pv mo ia waeine rōrahi o nga rakau HMM ma te whakamahi i te tauira e whai ake nei:
ko te ABH te horahanga ine i runga i te anau BH i te iarere aukume fm e rite ana ki te iarere o naianei f.
I runga i te tikanga wehewehenga mate Bertotti38, ko te mate autō mo ia waeine papatipu Pm o te rakau GMM ka taea te whakaatu ko te tapeke o te ngaronga hysteresis Ph, te ngaronga o naianei Pe me te mate pahekeheke Pa (13):
Mai i te tirohanga a te miihini38, ka taea te whakakotahi i nga ngaronga kino me nga ngaronga o naianei eddy ki te kupu kotahi e kiia nei ko te ngaronga o naianei eddy.Na, ko te tikanga mo te tatau i nga ngaronga ka taea te whakangawari penei:
i roto i te whārite.(13)~(14) ko Bm te kaha tīwera o te kiato autō o te papa autō whakaihiihi.Ko te kh me te kc te tauwehe mate hysteresis me te tapeke tauwehenga ngaro o naianei eddy.