国家自然科学基金项目

项目负责人：卢全国

项目批准号： 51165035

 

一、项目简介

    现有的惯性冲击式(IDM)驱动器以堆叠式或双晶片式压电材料为驱动元件。压电式IDM具有诸多优势的同时，也存在有缆驱动、移动速度小、负载能力弱的不足。针对这一问题，提出采用Terfenol-D复合悬臂梁为驱动源，构出一种新型的惯性冲击精密微小无缆驱动器。运用哈密顿原理建立Terfenol-D复合悬臂梁磁-机耦合动力学模型，并综合运用拉格朗日方程，建立包含迟滞特性和非线性摩擦效应的驱动器系统动力学模型，在仿真分析与优化的基础上，进行驱动器样机加工与测试，以期获得一种速度、负载、稳定性等指标更优的无缆式精密直线移动机构。开展稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D应用器件研究，对于拓宽江西省稀土材料应用领域具有积极的意义。

 

二、主要创新点及其主要研究进展

    主要创新点：基于惯性冲击原理，以Terfenol-D材料为驱动源，提出了一种新型的微小驱动器，有望获得一种速度、负载、稳定性等指标更优的无缆式精密直线移动机构；基于磁各向异性建立Terfenol-D复合悬臂梁磁-机耦合动力学模型，并在此基础上建立包含迟滞和非线性摩擦在内的T-IDM驱动器系统动力学模型，以提高IDM驱动器运动的稳定性。

    研究进展：建立了可描述Terfenol-D合金磁化过程中磁滞非线性的本征模型，以研究不同方向磁场和应力张量对合金磁化强度和磁致伸缩应变的影响。采用Terfenol-D合金设计了直动式有缆、直动式无缆和悬臂梁式无缆三种类型的T-IDM驱动器结构，进行了Terfenol-D叠片悬臂梁的设计与优化。针对磁致伸缩式惯性冲击驱动器独特的电流驱动方式，设计了一种专用锯齿波驱动电源，电路采用级联式Buck电路结构，采用了锯齿波脉冲宽度调制方式对电路进行控制，可产生频率可调的锯齿波信号。

 

三、项目相关成果的介绍

[1] 卢全国、陈定方、舒亮、陶孟仑、刘德辉、曹清华、徐斌、唐刚，一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机，中国, 中华人民共和国国家知识产权局, zl201010612116.2

[2] 赵冉、卢全国、唐刚、祝志芳、徐斌，一种用于磁致伸缩式IDM驱动器的锯齿波驱动电路，中国,中华人民共和国国家知识产权局, 201320004391.5

[3 ] 赵亚鹏、陈定方、卢全国，The development and application of smart material pumps，International Conference on Frontier in Advanced Materials and Engineering Materials, 2012/11/24-2012/11/25,

[4] 陶孟仑，超磁致伸缩材料,器件损耗理论与实验研究，博士学位论文, 武汉理工大学, 中国, 2012/12/9

[5] 徐斌、何翠群、祝志芳、王欢、卢全国、唐刚、曾宇露，一种新型流量控制阀，中国, 中华人民共和国国家知识产权局, 201220656198.5

[6] 卢全国、刘瑞茂、刘德辉、曹清华、祝志芳，稀土超磁致伸缩合金应用器件开发研讨会，中国, 2012/8/11

[7] 卢全国，IDM驱动器研究现状与发展趋势(英文)，南昌工程学院学报, 01期, pp 1-5, 2012/2