关于GMM在机械电子工程中的应用探讨

林学斌

关键字：GMM；机械；电子工程

引言：GMM材料起源于20世纪70年代，又称超磁致伸缩材料。在日本、美国等国家，这种技术的使用在世界上是第一位的。由于GMM具有良好的性能，在常温下能受到磁场变化的影响，并能改变其体积和长度。因此，它在航空航天、机械、电子等领域得到了广泛的应用。电子工程和军事领域，并取得了相应的成绩。

一、GMM的属性特征及优点研究

（一）GMM简述

超磁致伸缩材料本身大小的转变是在外加磁场的转变基础上实现的，磁致伸缩效果较以往材料相比，前者更加突出，这是其优点的关键。在上世纪七十年代，美国海军在探索磁致伸缩材料过程中找到了一系列拥有较大磁致伸缩指数属性的材料，比如：SmFe2、DyFe2以及TbFe2等等。而且据美国海军相关试验显示，这些材料的启动，必须依靠较大的磁场作用，这样便严重抑制了材料的应用。而后，其在开发部分全新的合金材料过程中明确，这些材料内部含有较高的居里温度，并且可以提升其磁致伸缩功效，随之被大范围的使用，直到今天，磁致伸缩材料获得了较多重视。

（二）GMM的特征

在常温中，GMM能加速电能和机械能间的转化，并且安稳性高、反馈速率高、能量密度高，能简易便捷的展开启用。并且正是由于这些特征和优点，让GMM在机械电子工程中的运用受到了诸多重视。与此同时，其还推动了传感、震动、电子信息系统的变革。首先，GMM的磁致伸缩指数较高，将其与Ni、Fe等不同材料作比较，GMM是它们的10倍，并且源于这种属性，让超磁致伸缩材料飞速进步。其次，由于超磁致伸缩材料的能量转换效果好，可以实现50%-56%，远远超过压电陶瓷转换率的24%-52%，因此，在生产能量转换率的机电产品中，GMM的运用体现出重要意义。

（三）GMM的属性

将GMM和以往磁致伸缩材料Ni、Co和压电材料做比较，前者更加凸显较大优点。例如：在合理温度下，GMM材料的伸缩效果较好，可以实现压电材料的6-8倍，更甚于是Ni的45-50倍。针对能量密度来说，GMM远超出Ni等材料。另外，GMM还拥有迅速的反馈能力，能在几十毫秒中给予反馈，更为惊叹的是，有些可以处于微妙级。与此同时，GMM具备优秀的输出能力，可以负荷较大强度的承载。不但如此，超磁致伸缩材料的磁机耦合指数较高，因此电磁机械能的转化速度也随之升高，不但作业可靠性高，磁性转变点高，并且在大功率的作用下，依然不会由于部件温度过高致使磁致伸缩性降低，往往仅需要开展冷却复原即可。值得注意的是：GMM材料作业频带较广，不但能顺应超高频，还完全适用于较少赫兹的低频[1]。

二、GMM在机械电子工程中的应用策略

现阶段，我国掀起研发GMM在机械电子工程中的运用高潮，所触及的行业也十分众多，下面将提供几种应用策略。

（一）在液压控制阀中的运用

以往液压阀常常将力矩或者电磁铁等视为一机转化要件。目前大多数国家热衷于应用GMM为转化元件，其核心目标是应用GMM显著的属性和优点来提升液压控制阀，甚至全部液压体系的功效。现阶段，瑞典有关人员在这一研发中实现了开拓性的飞跃，同时申请了产品专利，其以GMM转化器为主所制作出的直动式伺服阀（如图1所示），具体优点展现在以下几方面：使用了闭环掌控，而且总体构造非常紧密，精准度超高、反馈速度快。对于我国来说，相关研发的重要成果归属于浙江大学，其利用GMM针对内绕机等电磁阀构造展开了深入研究，从而完成有关要件属性的有效提高[2]。

所谓液压阀，其具体是在机械电子工程中，存在于液压传动体系中发挥掌控作用的一种要件，其常常可以改善流动中形成的压力和流量、掌控系统的流体。通常情况下，此压力阀被划分为三种，分别为单极电液伺服阀、比例阀和微型开关阀等GMM材料。针对微型开关阀来说，其运用关键作用体现在利用薄膜伸缩能力来强化对控制阀的掌控；比例阀是利用运用磁致伸缩帮来完成对输出位置的掌控；单极电液伺服阀则利用闭环掌控的方法，让其不但拥有密集构造，还能有效提升其密集度。在挡板型伺服阀中利用GMM，能增加GMM的压力掌控规模，让其拥有良好的反馈速率。

（二）在液压泵中的运用

所谓磁致伸缩泵，具体是指利用GMM轴线上磁场强度的布置，直接启动液压泵的活塞，有效提升电磁机械转化率。以往的GMM液压泵拥有封闭性较好的特征，其精度掌控流十分高。鉴于此，有些国家研发了一种GMM声纳转化器，能科学合理的运用在水下通讯、追踪定位、油田探测、航海等工作中，这些功效的发挥推动了GMM的普及运用和进一步提升。

（三）在新型电动机中的运用

在新型电动机的设计中应用GMM材料，现已获得大量的典型成效，重点涵盖：Recherche马达、蠕动电机，还有直线电机等等，此类超磁致伸缩直线电机能有效提升能量转换率。第一：是因为其延续了超磁致伸缩材料的特征和优点。第二：是因为其具备迅速的反馈速度，能适用于不同温度环境中。与此同时，此类电机还能有效杜绝疲惫老化问题的形成，对能源供给上也没有较严格和较高的需求，完全可以应用在不同种类的作业中。例如：相关人员制作出的震动性电动机，其使用了1个圆环装备和2个线性启动器，从而依赖圆环上部的震动来完成启动，并且转速可提升至100Rs。在直线电机的创作中，相关人员研究出了有关的电动机模型，同时依据大量试验验证了这种电动机的优点和性能，重要是指完成了双向运动且拥有较高的精密度。

（四）在蠕动位移机械中的运用

所谓蠕动位移机械，其主要是利用持续的步行运动来实现掌控目标的一类机械，其的运动轨迹类似蠕动中的虫子，拥有速度较缓、行动路程近、步距小等特征，此类机械往往被运用在距离掌控以及机器人等方面。与此同时，有些国家还制造出谐振型的马达，作业频次十分多。而我国相关人员则在GMM棒基础上，研制出了移动微位移机械，在这一过程中优化了相关构造。不难看出，GMM在蠕动位移机械中的运用范畴会逐渐增加，发挥的意义和作用也会愈来愈多。

（五）在机械电子工程其余行业领域中的运用

现阶段，GMM不仅在以上行业中得以有效运用，同时在声表面波、噪声掌控以及线性马达等项目中完成了运用分析。与此同时，还有大量有关专利产品被研制成功，以及有些研发现已获得了较大进步或拥有广阔的提升前进和空间。这些行业科研工作的前进步伐时刻影响着GMM可否尽早完成广泛性的推广，从而为我国各行各业在新时代中的进一步发展提供有利条件。

结论：综上所述，GMM此种新兴材料的出现推动了有关行业技术的有效改善和更新，就我国而言，边疆辽阔，资源能源应有尽有，从而为GMM材料的研制提供了富裕的物质基础，这便让其拥有了极大的提升空间的发展前景。相关人员一定要在实践中及时发现问题及时解决问题，加强GMM在机械电子工程中的广泛运用。

参考文献：

[1]刘野.GMM在机械电子工程制造中的应用研究[J].现代职业教育,2015，(24):117.

[2]李连合,刘海亮.GMM在机械电子工程中的应用研究现状[J].物联网技术,2015,5(08):88-89.