杨远飞 张天丽 蒋成保

(北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京100191)

超磁致伸缩材料(GMM，Giant Magnetostrictive Material)相比于压电材料、形状记忆合金、电致伸缩材料等其它智能材料而言，具有响应速度快、工作频带宽、驱动电压低等优点，所以利用磁致伸缩材料研制的超磁致伸缩执行器(GMA，Giant Magnetostrictive Actuator)在精密加工、精确定位、振动主动控制等领域具有重要的应用前景［1－3］.

GMM的工作原理是在磁场作用下产生伸长或缩短，因此GMA的驱动磁场设计对其性能的发挥至关重要.超磁致伸缩执行器的磁场包括激励磁场和偏置磁场两部分.由于超磁致伸缩材料本身磁导率较低，使GMA的磁路尤其是永磁偏置磁路在应用过程中出现漏磁较大，GMM棒中磁场强度分布不均匀等问题，从而限制了GMM执行器的广泛应用，因此基于超磁致伸缩材料执行器的磁路优化成为当前国内外相关领域学者的研究热点.如S.Karunanidhia等采用了圆筒式永磁体提供偏场［4］;A.Lovisolo等设计了三分段的永磁偏置磁路［5］;唐志峰［6］、杨斌堂［7］等分别对激励磁路进行了优化设计，均取得了有益的结果.

本文在分段补偿均匀磁路的研究基础［8］上，根据磁场均匀性高和场外漏磁小的设计目标，分别对GMA的偏置磁场和激励磁场磁路进行了优化设计，提出一种新型内置永磁偏置的双磁体组合补偿磁路.

1 超磁致伸缩执行器磁路设计

图1为TbDyFe超磁致伸缩材料的典型磁致伸缩曲线.根据曲线的线性情况，可以分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3个阶段.其中，第Ⅰ阶段为磁致应变起始段，第Ⅲ阶……