磁致功能材料在新型电工执行机构中的应用研究进展

◇段玉兵李庆民吴明雷娄杰吕婷婷／山东大学电气工程学院

磁致功能材料在新型电工执行机构中的应用研究进展

利用超磁致伸缩材料和形状记忆合金等新型功能材料制成的电工执行机构，具有响应速度－决．机电转换效率高和易于控制等优良特性。针对超磁致伸缩材料和磁性形状记－亿合金，本文详细介绍并比较了两种功能材料的重要特性及其应用范围；对新型电工执行机构的研究进展进行了总结，指出材料磁滞非线性的动态建模．致动器物理结构和控制系统的优化设计等，是新型电工执行机构研究的热点和难点；文中还展望了高性能电工执行机构在高压电力系统的潜在应用价值。

新材料、信息和生命科学作为２１世纪高新技术的三大基础支柱，是推动产业进步的重要动力。在新材料领域中，功能材料处于技术进步的核心。功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称，即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料。随着各种高性能功能材料的涌现，其应用领域也在不断拓宽。以电、磁性能为特征的新型功能材料的应用对电工领域的发展起到了巨大推动作用。目前新型高性能电工材料主

要包括超导体材料、碱性液体材料、电（磁）流变液、压电材料、超磁致伸缩材料以及磁性形状记忆合金等【１１。

电工执行器，又称电工执行机构或致动器，是目前使用最广泛的执行机构，遍及于诸多技术领域的宏观或微观层面。由于功率密度低、结构和控制较为复杂等原因，采用传统技术制造的执行器已远不能满足现代工业发展的要求，由此，利用压电陶瓷、超磁致伸缩材料、磁控形状记忆合金等新型功能材料研制新一代位置控制执行器，

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２００７年第２６卷第１１期

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更加受到人们的关注。其中，压电陶瓷（ＰＺＴ）是一种具有压电效应的多晶体，具有机电耦合系数高、价格便宜、易于批量生产等优点，已被广泛用于电子、雷达、微位移控制和航天技术等领域【２１，但因电致伸缩系数较小而限制了其应用范围。当前的研究热点主要集中在超磁致伸缩材料和磁控形状记忆合金的应用上。

新型电工执行机构的研究和应用主要集中在微机械、微驱动及其控制领域，而在高压电力系统的应用有待更加深入细致的研究和技术储备，但目前已经凸现出非常广阔的应用前景。本文详细总结了基于新型功能材料的电工执行机构当前的研究进展，归纳了材料特性、结构优化设计、仿真建模等研究中的关键问题，为探索新型执行机构在电力系统的应用提供参考。

超磁致伸缩材料在电工执行机构中的应用

铁磁性材料在磁场中沿磁化方向会发生微量的伸缩，称为磁致伸缩效应。传统磁致伸缩材料的伸缩系数很小，其磁致伸缩效应一般难以利用。１９７２年，Ｃｌａｒｋ首先发现ＴｂＦｅ和ＤｙＦｅ等二元稀土铁合金在室温和低磁场下具有很大的磁致伸缩系数，可达（８００～１６００×１０“），这种材料被称为超磁致伸缩材料（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＧＭＭ），其代表性材料为Ｔｅｒｆｅｎｏｌ—Ｄ。

１超磁致伸缩材料的物理效应与工作特性超磁致伸缩材料表现出诸多物理效应，这是研制各种特性器件的理论基础，主要包括：

（１）磁致伸缩效应（焦耳效应）材料在磁化状态改变时，自身尺寸会发生相应变化。

（２）磁致伸缩逆效应（Ｖｉｌｌａｒｉ效应）对铁磁体材料施加压力或张力（拉力），材料在长度发生变化的同时，内部的磁化状态也随之发生改变。

（３）威德曼效应在被磁化的铁磁体棒材中通电流时，棒材沿轴向会发生扭曲。

（４）威德曼效应的逆效应将铁磁体棒材绕轴扭转，并沿棒材的轴向施加交变磁场时，沿棒材的圆周方向也会产生交变磁场。

（５）△Ｅ效应由于磁化状态的改变，引起磁致伸缩材料自身的杨氏模量发生变化。

超磁致伸缩材料的工作特性主要表现在：①室温磁致伸缩值大，比电致伸缩压电陶瓷高数倍。②居里温度高，适用于高温环境。③输出应力大，在外加预应力条件下，磁致伸缩还存在跳跃效应。④超磁致伸缩材料可承受高达２００ＭＰａ的压力，适用于高压力执行器、大功率声学换能器等。⑤能量转换效率高，机电耦合系数可达０．８。⑥驱动电压只需几伏，远低于压电陶瓷的几千伏甚至几万伏。⑦响应速度快，磁致伸缩应变仅需几微秒，因此执行机构仅受磁场线圈激励速度限制，适合于作快速执行器。⑥频率特性好，频带宽。

缘于上述特性，超磁致伸缩材料在声纳、微位移驱动、减振与防振系统、智能机翼、机器人、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高科技领域具有广阔的应用前景。

２超磁致伸缩致动器的数学模型

超磁致伸缩材料的优良性能使其成为具有广阔应用前景的新型功能材料，十几年来国内外学者针对磁致伸缩致动器的材料性能、致动器性能及其控制实验等方面，开展了大量基础研究。其中，磁致伸缩致动器的动态模型研究，是实现其结构设计和优化控制的基础。

２．１超磁致伸缩材料的非线性模型

超磁致伸缩致动器的输入电流与输出位移、应力之间存在着明显的磁滞非线性现象，主要由超磁致伸缩材料内在的磁滞非线性引起，如图１所示。因此，对超磁致伸缩致动器的建模研究，一般从磁致伸缩材料的力学规律、磁化和磁致伸缩机理出发，基于材料的机理模型来建立致动器的磁滞非线性模型。

图１超磁致伸缩材料的Ａ—Ｈ磁滞曲线

利用超磁致伸缩特性开展材料应用研究，需要知道超磁致伸缩材料的伸缩量值和激励磁场的对应

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关系，这就需要建立超磁致伸缩材料的数值模型。Ｍ．Ｂｅｓｂｅｓ在１９９６年提出了一个超磁致伸缩特性的有限元计算模型【３１，该模型采用强耦合法处理磁一机耦合问题，比弱耦合模型具有更好的精度。但此模型把弹性模量视为常数，没有考虑其随磁场的变化。文献［４】中建立了一个考虑弹性模量随磁场变化的非线性有限元模型，并应用于磁致伸缩特性计算中，具有一定的实用价值，但模型的精度不高。文献【５］中考虑了在压应力作用下磁畴的择优分布，采用磁畴转动模型，建立了在压应力作用下材料的磁致伸缩与磁场强度的关系，可描述压应力作用下较低磁场强度时的磁致伸缩过程。

Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ模型是基于铁磁材料的畴壁理论建立的磁化强度磁滞模型【６】，不仅能分析由应力引起的磁机械效果，而且能分析磁化强度和磁致伸缩的耦合作用。Ｓａｂｌｉｋ在此模型基础上，应用最小自由能原理建立了铁磁多晶体材料各向异性伸缩的一般表达式【＂，不过，此表达式过于复杂且其中的待定参数过多，并不适于工程应用。Ｄａｐｉｎａ建立了压应力作用下磁致伸缩的计算模型【８１，研究了磁致伸缩与磁化强度的关系。Ｃａｌｋｉｎｓ应用上述模型分析了交流磁场下的磁致伸缩【９】。

２．２超磁致伸缩致动器数学模型

常用的超磁致伸缩致动器模型包括有限元磁一机耦合模型【２＇１０】、二端口网络模型【¨】和磁滞模型等。致动器的动态模型应能正确反应致动器的输入电流与输出应变、位移和输出力之间的关系，但由于磁滞非线性的影响，必须研究超磁致伸缩致动器的磁滞模型。目前能描述超磁致伸缩致动器的磁滞模型主要有三种：基于Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ模型的物理磁滞模型、基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ算子的唯象模型和自由能磁滞模型。

Ｃａｌｋｉｎｓ建立的基于Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ模型和二次畴转模型组合的致动器磁滞模型，是含有六个物理参数的低阶普通微分方程，参数的物理意义清晰，易于识别，便于在应用中实现。尽管利用此组合模型可确定外加磁场作用下的磁应变，但因未考虑致动器系统的机械动态性能，该模型仅在交流准静态频率时能较好地模拟实验曲线。文献［１２】依据压磁方程和致动器结构动力学原理，建立了致动器的位移、应变模型，并基于Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ模型、二次畴转模型和位移应变模型，建立了致动器磁滞非线性组合动态模型。此组合模型物理图象清晰，可以确定致动器的外加磁场一磁畴运动一磁致伸缩一输出应变及位移的变化关系，计算结果与实验数据基本吻合，能够应用于实际致动器分析与设计中。

基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ算子的磁滞模型是利用各种多值函数算子的数学模型【”】，根据实验所得到的各种数据来构建致动器的磁滞模型。其优点是磁滞非线性预测能力强，通用性好，适用于压电陶瓷、超磁致伸缩材料、形状记忆合金等智能驱动器的磁致非线性模型，但它引入了大量与系统无关的参数，需要复杂算式和识别大量非物理参数，只能反映输入与输出之间的外特性，不能描述系统的内在物理机制。

Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ磁滞模型在模拟次磁滞回环时存在着缺陷，Ｐｒｅｉｓａｃｈ磁滞模型需要识别大量与系统无关的参数，鉴于此，Ｓｍｉｔｈ于２００３年发展了一种自由能磁滞模型【１４】，该模型运用Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ—Ｇｉｂｂｓ自由能关系和统计学理论，改进了Ｊｉｌｅｓ—Ａｔｈｅｒｔｏｎ磁滞模型和Ｐｒｅｉｓａｃｈ磁滞模型的不足。建立磁滞模型的目的是为了准确分析和预测致动器的动态特性，并应用于实时控制系统中。文献［１５］针对自由能磁滞模型开展了数值模拟，提出几种不同的数值算法进行比较，使自由能磁致模型用于超磁致伸缩致动器的实时控制系统成为可能。

上述致动器模型皆以驱动电流即磁场强度作为控制量，建立输入电流和输出应变、位移之间的关系，但因铁磁材料的非线性滞回特性，使得致动器的控制精度一般较差。有学者提出用磁极化强度作为控制量可有效减弱超磁致伸缩材料的非线性滞回特性对控制精度的影响。由于磁极化强度较难测量，考虑到铁磁材料中的磁感应强度和磁极化强度十分接近，因此可采用磁感应强度作为控制量【１６】，即建立磁感应强度与致动器输出位移之间的关系。实验结果表明，基于磁感应强度的控制方法可有效消除滞回和非线性，控制精度高且重复性好。

有关磁滞非线性机理及建模的研究，是当今的难点和热点领域，目前为止还没有一种模型能获得十分满意的结果。因此，需要研究更加正确合理的超磁致伸缩致动器数学模型，以进一步减小模型误差，提高致动器输出位移的控制精度。

３超磁致伸缩致动器的优化设计

超磁致伸缩致动器的优化设计有其特殊性，涉及机、电、磁等多方面因素，必须根据超磁致伸缩

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嘭主与阐２００７主ｇ第２６糊９１１期万方数据

致动器的结构和超磁致伸缩材料的特性对设计方法进行综合研究，建立超磁致伸缩致动器的设计准则。

超磁致伸缩材料抗拉强度低，一般需工作在受压条件下，适当大小的预压应力还可增大它的磁致伸缩量，提高超磁致伸缩致动器的能量转换效率。施加预压应力可以采用预压弹簧，结构简单但不能调节预压应力的大小；也可采用弹簧加螺母的方案，可方便调节预压应力的大小。超磁致伸缩致动器工作时，驱动线圈的发热以及磁致伸缩棒的涡流与磁滞损耗均可导致超磁致伸缩棒的温度升高；而工作温度对超磁致伸缩材料的伸缩特性有很大影响，造成热膨胀系数较大，因此必须采取设计措施来消除或抑制温升效应。控制工作温度的措施主要有相变温控、强制恒温水冷温控、水冷与相变组合温控等方法【１７】，但增加致动器控温装置必然会增加致动器结构的复杂性，使其体积增大。

超磁致伸缩棒在正反向磁场作用下都是伸长的，因此，施加交变磁场时超磁致伸缩致动器输出的机械位移频率是激励电流频率的两倍，称为倍频特性。倍频特性将对位移控制产生一定的非线性影响，必须给致动器施加适当的偏置磁场。产生偏置磁场的方案有两种：采用直流线圈或永磁体。通过调节直流线圈的电流可改变偏置磁场的大小，易于实现；利用永磁体产生的偏置磁场不可调节，且受超磁致伸缩棒棒长的限制，只能用于小尺寸场合。

激励线圈提供超磁致伸缩棒所需的磁场，是电能一磁能的转换载体，线圈的几何尺寸影响到磁场强度以及电一磁转换效率，合理设计线圈的结构参数，优化磁致伸缩致动器的磁路【１８］，可改善致动器的动态性能。

需要进一步研究降低致动器温控系统复杂性的方法，提高致动器的输出位移控制精度。再者，还需加强材料本身物理特性的研究，获得更加详细的材料特性参数，实现超磁致伸缩致动器的优化设计和性能提高。

磁控记忆合金在电工执行机构中的应用

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单晶时发现了近０．２％的可回复磁感生应变【１９】，此应变值已接近稀土超磁致伸缩材料。Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金是最早发现的磁性形状记忆合金，目前磁性形状记忆合金的最大应变已达９．４％ｔ２０１，已能实现初步应用。

传统的形状记忆合金受温度场驱动，虽然具有较大的恢复应变和恢复力，但响应频率很低，只有１Ｈｚ左右，实际应用受到很大限制。与形状记忆合金相比，压电陶瓷和超磁致伸缩材料具有很高的响应频率（１０００Ｈｚ左右），但形变量较小，压电陶瓷的电致变形率为０．３ｐｒｎ／ｍｍ，超磁致伸缩材料磁致变形率为１．６ｐｍ／ｍｍ；磁性形状记忆合金的变形率达１００“ｍ／ｍｍ，最大响应频率可达５０００Ｈｚ。磁性形状记忆合金兼具变形率大和响应频率高两大特点，且能量密度可达９０ｋＪ／ｍ３（压电陶瓷和超磁致伸缩材料分别为２ｋＪ／ｍ３和２７ｋＪ／ｍ３），因此，磁性形状记忆合金具有更加广阔的应用前景。

１磁性形状记忆合金的变形原理及磁控特性磁性形状记忆合金的形状记忆功能源自于材料的磁性形状记忆效应。磁性形状记忆效应可用磁的各向异性来解释。图２为Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金的磁性形状记忆效应示意图。孪晶的短轴（图中的ｃ轴）是易极化方向，在无外磁场时沿元件的长轴取向，如图２ａ所示。在外磁场作用下，另外的孪晶变异体出现并逐渐增长，如图２ｂ所示，孪晶变异体的边界被外磁场移动。当磁场强度大到一定程度，磁晶各向异性能足够大时，晶胞的易磁化轴（ｃ轴）转向外磁场方向，如图２ｃ所示。在外磁场作用下，磁性形状记忆合金的长度变化比为ａ／ｃ，即晶胞的长短轴之比［２１１。

磁性形状记忆合金（ＭａｇｎｅｔｉｃＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙ

Ａｌｌｏｙ，ＭＳＭＡ），是一种具有形状记忆功能的新型合

金材料，不仅具有热弹性形状记忆效应，还具有磁

控形状记忆效应。１９９６年，Ｕｌｌａｋｋｏ等人研究Ｎｉ２ＭｎＧａ图２磁场作用下ＭｓＭＡ晶体变形原理

９万方数据

实际应用前必须对形状记忆合金的磁控特性进行研究。图３为芬兰ＡｄａｐｔａＭａｔ公司制造的Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金磁场诱发应变与外磁场之间的关系曲线。由图可见，外加磁场增加时，应变也随之增大；当磁场达到１．０Ｔ时，最大应变可达９．５％左右；当外磁场回复到零时，应变基本保持不变。实际当中，材料形状的可逆性即磁性形状记忆合金的形状记忆功能非常重要，通常由弹簧向材料施加一定的预压力使其恢复到原来的形状。图４为不同预应力下应变与磁场的关系曲线。在不同预应力下，应变量随磁场增加而增大。当磁场达到８００ｋＡ／ｍ时，应变最大；当磁场逐渐回复到零时，应变量也同时形成一个明显的滞回环线。

磁感应强度／Ｔ

图３Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金磁场诱发应变与磁场的关系

图４不同预应力下应变与磁场的关系

Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金的变形率可分为静态变形率和动态变形率【２２】。静态变形率是指合金从未变形状态到加上磁场后产生稳定变形之间的区域；动态变形率是指合金从加上磁场产生稳定变形，到失去磁场后由弹簧使其恢复形变之间的区域。合金的静态变形率随预压力的增大而减小，而动态变形率是负载的函数，并不随预压力的增大而减小，而是在某一段区间内为最大值。由图４可看到，在交变磁场作用下磁控记忆合金的形变也会出现倍频现象，可增设直流偏置磁场来消除。

２温度对磁性形状记忆合金性能的影晌

磁性形状记忆合金只有在低温相（马氏体相）时才能表现出磁性形状记忆效应，若温度升高，磁性形状记忆合金转变为高温相（奥氏体相）时，其磁性形状记忆效应将会消失。目前研制的Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金的马氏体相变温度偏低。当Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ单晶合金降温时，奥氏体相转化为马氏体相的温度为２７℃；在升温过程中，马氏体相转化为奥氏体相的温度为３７℃【２３１。磁性记忆合金的马氏体相变温度过低限制了其工程应用范围，很有必要在提高Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金相变温度方面开展研究，使其具有更广阔的应用空间。

要获得较大的磁感生应变，必须保证磁性形状记忆合金工作在马氏体相变温度以下。在０．５Ｔ和１５Ｎ的恒磁场、恒预压力作用下，随着温度上升，Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金的变形率增大，但并非呈线性增长，温度在２３～３１℃之间时增长速度很快，而在此温度区间外合金的变形很小。在温度接近向奥氏体转变的相变温度时，Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金的形变率最大【２２］，因此，其工作温度最好能够设计在相变温度附近。３磁性形状记忆合金的数学模型

磁控记忆合金的工程应用，需要预知不同磁场作用下的应变量值。应变数据可由实验来获得，例如，文献【２４］通过实验研究了Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金样品静态时磁场与形变的关系，实测了交变磁场下温度、压力、磁场与样品形变的动态特性曲线，并将实验数据应用到差动式执行器的设计中。完全依靠实验获得设计数据既不经济也不太实际，因此，通过物理建模和数值仿真来研究磁性形状记忆合金的动态特性，可为磁性形状记忆合金器件的设计提供理论依据。

目前主要有３种描述磁场与应变之间函数关系的模型：Ｊａｍｅｓ数值微磁模型、０’Ｈａｎｄｌｅｙ解析热力学模型和Ｌｉｋｈａｃｈｅｖ热力学模型。

（１）Ｊａｍｅｓ的数值微磁模型【２５】Ｊａｍｅｓ数值模型是由Ｔｅｒｆｅｎｏｌ—Ｄ的磁致伸缩理论演化而来的，该

－ｇ：与羽２００７年第２６卷第１１期万方数据

模型认为合金的应变和磁化强度均为孪晶界发生迁移的位置函数：￡＠），Ｍ＠），并由此建立起Ｅ—Ｈ之间的函数关系。

（２）０’Ｈａｎｄｌｅｙ热力学解析模型【２６，２７】Ｏ’Ｈａｎｄｌｅｙ热力学解析模型首先给出马氏体两个孪晶变体的自由能

ｇ。＝一／。ｏＭＨ＋Ｋ１ｃｏｓ２０ｆ＋仃。。ｔ５＋１／２Ｃｅ２…

【ｌＪ式中，“。ＭＦ表示Ｚｅｅｍａｎ能；Ｋ，ＣＯＳ２０，表示各向异性能；仃。ｇ表示外应力能；１／２ＣＥ２表示内部弹性能密度。把磁感生应变用体积分数来表示，可推出ｇ（Ｈ）＝Ｅ。６，（Ｈ）的关系式。

（３）Ｌｉｋｈａｃｈｅｖ热力学模型［２８】Ｌｉｋｈａｃｈｅｖ热力学模型由Ｍａｘｗｅｌｌ方程导出，是适用于三维空间的更普遍的解析方法，与实验数据吻合得较好。该模型认为合金在磁场中所受的应力和磁化强度是应变和磁场的函数：仃＝口（５，ｈ），ｍ＝ｍ（６，ｈ）。

根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程

ｄａ

—ａｈ盯（Ｅ，＾）＝一万ｍ（６，五）（２）经过推导可得磁场诱发应变的表达式

ａ＿

￡””（ｈ）＝（ｄｃｒｏ／ｄ￡）。二：Ｉ—ｉＪｍ（５，ｈ）ｄｈｊ。：。

Ｌ—ｏ

－Ｊ（３）由于磁性形状记忆效应在近十年来才开始受到人们关注，目前对磁性形状记忆合金的研究主要集中在如何提高磁感生应变和形状记忆效应上，且已取得了较大进展，但针对其相变机制及数学模型的研究还处于起步阶段，有待进一步深入与拓展。

４磁性形状记忆合金的应用现状

Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ作为一种新的智能材料，是一种变形率大、易于控制、响应频率高和功率密度大的磁性形状记忆合金，具有非常广阔的应用前景，但目前针对磁性形状记忆合金材料及其应用的基础研究，尚处于起步阶段。

芬兰ＡｄａｐｔａＭａｔ公司是最早研究和制造磁性形状记忆合金材料及电工致动器的公司，其生产的Ａ５—２型驱动器，可实现最大位移３ｍｍ，最大工作频率３００Ｈｚ。国内学者采用ＡｄａｐｔａＭａｔ公司生产的Ｎｉ—Ｍｎ—Ｇａ合金研制成功了蠕动型直线电机样机【２９１和新型ＭＳＭＡ差动式驱动器【２４】。蠕动性直线电机利用

耐

仿生学蠕动原理，将磁性形状记忆合金小步距的位移连续累加形成直线电机所需的大行程。磁性形状记忆合金元件的尺寸为５ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍ，施加０．６Ｔ磁场时实测变形率为４％。此直线电机的最大单步步长为１０ｍｍ，当电流达到一定值时，单步步长基本不变，改变激磁频率可以加快移动速度。对于新型ＭＳＭＡ差动式驱动器，若施加１．２Ａ的励磁电流，励磁电流频率１００Ｈｚ时的输出位移最大值为０．２８ｍｍ。这些研究成果为探索磁性形状记忆合金在电力系统的应用起到了示范和推动作用。

结束语

基于超磁致伸缩材料的微位移致动器具有响应速度快、机电耦合系数大和易于精确控制等优点，而且结构简单、体积小，可应用于振动控制、微定位、振动器、传感器、阀门控制、机械传动机构及声纳系统等。与超磁致伸缩材料相比，磁性形状记忆合金具有更加优异的性能，同样可应用于上述各个技术领域。因磁性形状记忆合金具有较大的变形率，由其制成的致动器不再需要专门的位移放大机构，可取代传统致动器的整个机械部分。更为重要的是，磁性形状记忆合金的优越特性在电力系统中也具有较大的潜在应用价值，如利用合金响应速度快及无疲劳的特点可制成开关电器的智能化操作机构，也可利用其伸缩量与电流的关系设计智能型继电器等。

目前针对超磁致伸缩致动器的研究，无论是在材料本身特性方面，还是在致动器数学建模及其结构优化设计方面，都比磁性形状记忆合金致动器要深入得多。不过，这些成果也为深入研究磁性形状记忆合金致动器提供了重要借鉴，如基于磁滞非线性动态建模的优化设计方法，致动器温度控制系统的建立等。

针对新型电工执行机构的研究，主要集中在功能材料的本身特性以及如何建立更加准确的数学模型和控制系统上。随着研究工作的进一步深入，新型电工执行机构将获得更加广泛的应用。回

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［２０］ＳｏｚｉｎｏｖＡ，ＬｉｋｈａｃｈｅｖＡＡ，ＵｌｌａｋｋｏＫ．ＣｒｙｓｍｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｉ——Ｍｎ——Ｇａｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｐｈａｓｅｓｗｉｔｈｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｉｃ—ｆｉｅｌｄ—ｉｎｄｕｃｅｄｓｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＭａｇｎ，２００２，３８（９）：２８１４．

［２１］ＴｅｌｌｉｎｅｎＪ，ＳｕｏｒｓａＩ，Ｊ肖笤ｓｋｅｌ赫ｎｅｎＡ，ｅｌａ１．Ｂａｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｃｔｕａｔｏｒｓ［Ｃ］．Ｂｒｅｍｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ：８ｔｈｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｃｔｕａｔｏｒ２００２．

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ｆ２３］ＯｌｅｇＨｅｃｚｋｏ，ＬａｄｉｓｌａｖＳｔｒａｋａ，ＮａｔａｌｙｉａＬａｎｓｋａ，ｅｌａ１．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎＮｉ—Ｍｎ—Ｇａａｌｌｏｙｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｇｉａｎｔｆｉｅｌｄ—ｉｎｄｕｃｅｄｓｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ．２００２，９１（１ｏ）：８２２８—８２３０．

【２４］张庆新，壬凤翔，张红梅，等．ＮｉＭｎＧａ合金实验特性及在差动式执行器中的应用［Ｊ】．辽宁工程技术大学学报，２００５，２４（５）：７４２—７４４．

【２５］ＴｉｃｋｌｅＲ，ＪａｍｅｓＲＤ，ＳｈｉｅｌｄＴ，ｅｔ．ａ１．ＦｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅＭｅｍｏｒｙｉｎｔｈｅＮｉＭｎＧａｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＭａｇｎ，１９９９，３５（５）：４３０１—４３１０．

｜［２６］Ｏ’ＨａｎｄｌｅｙＲＣ．Ｍｏｄｅｌｆｏｒｓｔｒａｉｎａｎｄｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｉｎｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅ—ｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，１９９８，８３（６）：３２６３—３２７０．【２７］ＭｕｒｒａｙＳＪ，Ｏ’ＨａｎｄｌｅｙＲＣ，ＡＨｅｎＳＭ．Ｍｏｄｅｌｆｏｒｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｕｎｄｅｒｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００１，８９（２）：１２９５—１３０１．

［２８］ＬｉｋｈａｃｈｅｖＡＡ，ＵｌｌａｋｋｏＫ．ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆＬａｒｇｅｍａｇｎｅｔｏｓｔｒａｉｎｅｆｆｅｃｔｉｎｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＥＰＪｄｉｒｅｃｔＢ２，１９９９，１—９．

［２９］王凤翔，张庆新，吴新杰，等．磁控形状记忆合金蠕动型直线电机研究【Ｊ】．中国电机工程学报，２００４，２４（７）：１４０—１４４．

１２嘭ｉ与闭２００７年第２６卷第１１期万方数据