CS265156B1

CS265156B1 - Electromagnetic Positioning Device

Info

Publication number: CS265156B1
Application number: CS874875A
Authority: CS
Inventors: Rudolf Ing Csc Trnka; Jaroslav Ing Brany
Original assignee: Trnka Rudolf; Brany Jaroslav
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1987-06-29
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS487587A1

Abstract

Řešení se týká elektromagnetického polohovacího zařízení. Obsahuje permanentní magnety, cívky elektromagnetů, jádra elektromagnetů a magnetická jha. Je vhodné pro nastavování a přestavování polohy měřicích snímačů, elektronických a optoelektronických senzorů a částí optických systémů. Je též využitelná pro vyvozování periodických harmonických i neharmonických pohybů.The solution concerns an electromagnetic positioning device. It contains permanent magnets, electromagnet coils, electromagnet cores and a magnetic yoke. It is suitable for adjusting and repositioning measuring sensors, electronic and optoelectronic sensors and parts of optical systems. It can also be used for deriving periodic harmonic and non-harmonic movements.

Description

Vynález se týká elektromagnetického polohovacího zařízení obsahujícího permanentní mag- nety, cívky elektromagnetů, jádra elektromagnetů a magnetická jha.The invention relates to an electromagnetic positioning device comprising permanent magnets, electromagnet coils, electromagnet cores and magnetic yokes.

V současné době jsou známa zařízení, umožňující elektromagnetické nastavování polohy, obsahující cívky elektromagnetů s jádry a magnetické obvody, respektive jha z feromagnetických materiálů. U těchto známých zařízení je okamžitá výchylka kotvy zařízení dána v ustáleném stavu velikostí budicí síly, úměrné druhé mocnině protékajícího proudu elektromagnetu a dále velikostí direktivní síly, vyvolané nejčastěji ocelovými nebo pryžovými pružinami. Nevýhodou těchto zařízení je principiálně nelineární závislost výchylky kotvy na proudu elektromagnetu, nutnost konstrukce s použitím součástí vyvozujících direktivní sílu, nutnost seřízení rovnovážné polohy správným předepnutím těchto součástí a dále únava, respektive stárnutí těchto součástí a tím pokles direktivní síly. Jsou též známa tato zařízení s permanentními magnety nejčastěji ve tvaru trubky nebo toroidu. U těchto známých zařízení je v pracovní oblasti výchylka kotvy v rovnovážném stavu úměrná hodnotě protékajícího proudu elektromagnetu a remanentní indukce premanentního magnetu. Při změně remanentní indukce s teplotou dochází i ke změně závislosti výchylky kotvy na velikosti proudu elektromagnetu.At present, devices are known which enable electromagnetic positioning, comprising coils of electromagnets with cores and magnetic circuits, respectively yokes of ferromagnetic materials. In these known devices, the instantaneous deflection of the armature of the device is given in the steady state by the magnitude of the excitation force, proportional to the square of the electromagnetic current flowing and the magnitude of the directive force most often caused by steel or rubber springs. The disadvantages of these devices are in principle the non-linear dependence of the anchor deflection on the electromagnet current, the necessity of construction using the direct force generating components, the necessity of adjusting the equilibrium position by correct preloading of these components. Such permanent magnet devices are also known, most often in the form of a tube or a toroid. In these known devices, the equilibrium armature displacement of the armature is proportional to the value of the electromagnet flowing current and the remanent induction of the premanent magnet. When the retentive induction with temperature is changed, the anchor deflection depends on the magnitude of the electromagnet current.

Tyto nedostatky odstraňuje elektromagnetické polohovací zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že permanentní magnet kotvy je umístěn v otvoru prvního pevného permanentního magnetu a mezi čtvrtým a pátým pevným permanentním magnetem, které jsou umístěny v otvorech druhého, respektive třetího pevného permanentního magnetu, přičemž osy všech permanentních magnetů i jejich otvory jsou situovány do jedné přímky. Dále přiléhá k čtvrtému, respektive pátému pevnému permanentnímu magnetu vždy ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy první, respektive druhé jádro elektromagnetu, jehož osa leží v ose permanentních magnetů a na němž je pevně umístěna první, respektive druhá cívka elektromagnetu. K prvnímu respektive druhému jádru elektromagnetu přiléhá ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy první respektive druhé magnetické jho, které obklopuje první respektive druhou cívku elektromagnetu a přiléhá ze strany odvrácené od prvního pevného permanentního magnetu k druhému, respektive třetímu pevnému permanentnímu magnetu. Ve smyslu směru osy permanentních magnetů je první permanentní pevný magnet orientován magnetickými póly opačně nežli permanentní magnet kotvy, druhý a třetí pevný permanentní magnet jsou orientovány tak, že s prvním pevným permanentním magnetem sousedí souhlasnými póly, čtvrtý a pátý pevný permanentní magnety jsou orientovány tak, že jsou přivráceny k permanentnímu magnetu kotvy souhlasnými magnetickými póly.These drawbacks are eliminated by the electromagnetic positioning device according to the invention, characterized in that the permanent magnet of the armature is located in the opening of the first fixed permanent magnet and between the fourth and fifth fixed permanent magnets, which are located in the openings of the second and third solid permanent magnets. the axes of all permanent magnets and their openings are situated in one straight line. Furthermore, a first and a second electromagnet core, the axis of which lies in the axis of the permanent magnets and on which the first and second coils of the electromagnet are fixed, respectively adjoin to the fourth and fifth fixed permanent magnets. Adjacent to the first and second electromagnet core, respectively, from the side facing away from the permanent magnet of the armature, respectively the first and second magnetic yoke, which surrounds the first and second solenoid coils respectively and abutting from the side facing away from the first fixed permanent magnet In terms of the direction of the axis of the permanent magnets, the first permanent magnet is oriented with the magnetic poles opposite to the permanent magnet of the armature, the second and third permanent magnets are oriented so that the first permanent magnet is adjacent to the matching poles. that they are facing the permanent magnet of the armature by matching magnetic poles.

Hlavní výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že výchylka permanentního magnetu kotvy v ustáleném stavu je v pracovní oblasti úměrná hodnotě proudu cívky elektromagnetu a není závislá na teplotě a dále/že neobsahuje direktivní pružiny, čímž odpadá i nutnost seřizování těchto pružin.The main advantages of the device according to the invention are that the deflection of the permanent magnet of the armature in the steady state is proportional to the value of the solenoid coil current in the working area and is not temperature dependent, and / or free of directing springs.

Příklad provedení tohoto zařízení je znázorněn na obr. 1 a obr. 2.An exemplary embodiment of this device is shown in Figures 1 and 2.

Permanentní magnet _1 kotvy je podle obr. 1 soustředně umístěn pohyblivě v otvoru prvního pevného permanentního magnetu 2, který je magneticky orientován tak, že permanentní magnet 2 kotvy udržuje ve svém otvoru. K prvnímu pevnému permanentnímu magnetu 2 přiléhají, ve směru osy magnetů, z jedné strany druhý a z druhé strany třetí pevný permanentní magnet 2 ^a2, které jsou magneticky orientovány tak, že permanentní magnet 2 kotvy ze svého otvoru odpuzují, čímž přispívají k jeho udržování v otvoru prvního pevného permanentního magnetuThe permanent armature magnet 1 according to FIG. 1 is concentrically positioned movably in the opening of the first fixed permanent magnet 2, which is magnetically oriented so that the permanent armature magnet 2 holds in its opening. Adjacent to the first permanent magnet 2 are, in the direction of the magnet axis, a second permanent magnet 2 ^and 2, which are magnetically oriented in such a way that the permanent magnet 2 repels the anchors from their borehole, thereby contributing to its maintenance. opening of the first fixed permanent magnet

2. V otvorech druhého respektive třetího pevného permanentního magnetu 2 ^a A jsou umístěny čtvrtý a pátý pevný permanentní magnet 2 ^a É.' které jsou magneticky orientovány tak, že se s permanentním magnetem 2 kotvy odpuzují a tím přispívají k jeho udržování v otvoru prvního pevného permanentního magnetu 2. Ke čtvrtému, resp. pátému pevnému permanentnímu magnetu 2 ^a2 přiléhají ze strany odvrácené od permanentního magnetu 2 kotvy první respektive druhé jádro 7 a 8 elektromagnetu, na kterém je pevně umístěna první respektive druhá cívka 2 ^a 22 elektromagnetu. Ze strany odvrácené od permanentního magnetu 2 kotvy přiléhá dále k prvnímu resp. druhému jádru 7 a 8 elektromagnetu první a druhé magnetické jho 11 resp. 12, které obepíná cívku 2 ^a IQ elektromagnetů a přiléhá k druhému resp. třetímu pevnému permanetnímu magnetu _3 resp. 4 ze strany odvrácené od prvního pevného permanentního magnetu _2. Polohovaný objekt 16 je s permanentním magnetem 1_ kotvy spojen pomocí polohovací tyče 13, která je pevně spojena s permanentním magnetem _1 kotvy a prochází otvory ve čtvrtém a pátém pevném permanentním magnetu _5 a 6, prvním a druhém jádru 7. ^a £ elektromagnetů a prvním a druhém magnetickém jhu 11 a 12, a k níž je připevněn polohovaný objekt 16. Polohovací tyč je vedena ve svých posuvných ložiscích 14 a 15.2. The fourth and fifth fixed permanent magnets 2 ^and E are located in the openings of the second and third fixed permanent magnets 2 ^and A respectively. which are magnetically oriented in such a way that they repel the anchors with the permanent magnet 2 and thereby contribute to its holding in the opening of the first permanent permanent magnet 2. from the side facing away from the permanent magnet 2 of the armature, respectively, the first and second solenoid cores 7 and 8, respectively, on which the first and second solenoid coils 2 ^and 22 respectively are fixed, respectively, adjoin the fifth fixed permanent magnet 2 ^and 2. On the side facing away from the permanent magnet 2, the anchor is adjacent to the first or second anchor. the second electromagnet core 7 and 8 of the first and second magnetic yoke 11, respectively. 12, which surrounds the coil 2 ^{and 10 of the} electromagnets and adjoins the second and the second, respectively. a third fixed permanent magnet 3, respectively. 4 from the side facing away from the first fixed permanent magnet 2. The positioning object 16 is connected to the permanent armature magnet 7 by means of a positioning rod 13, which is fixedly connected to the permanent armature magnet 1 and passes through openings in the fourth and fifth permanent permanent magnets 5 and 6, first and second electromagnets 7 ^and 6 and The positioning rod is guided in its sliding bearings 14 and 15.

Jádra 7_ resp. _8 elektromagnetů, magnetická jha 11 resp. 12, pevné permanentní magnety _3 resp. 4_, pevné permanentní magnety 5 a _6 představují hlavní magnetické obvody, kterými se uzavírá magnetický tok vyvolaný elektrickým proudem cívek 9 a 10 elektromagnetů. Cívky 9 a 10 elektromagnetů mohou být zapojeny bud paralelně^nebo sériově tak, aby vyvolávaly v ose permanentních magnetů magnetický tok navzájem v opačném směru. Ve stavu, kdy cívkami 2 ^a 10 elektromagnetů protéká nulový proud, zaujímá permanentní magnet .1 kotvy klidovou polohu v otvoru prvního pevného permanentního magnetu 2 v rovnovážné poloze silového působení permanentních magnetů 2, 2, j4, 5 a Jakmile cívkami 2 ^a 10 elektromagnetů protéká elektrický proud např. takové polarity, že se jeho účinky k direktivnímu působení druhého resp. čtvrtého pevného permanentního magnetu 3. ^a Ř přičítají, od direktivního působení třetího a pátého pevného permanentního magnetu ^{a se} odečítají. Obdobně působí proud obrácené polarity. Proto se podle polarity a velikosti proudu cívek 9_ a 10 elektromagnetů vychyluje permanentní magnet 2 kotvy z klidové rovnovážné polohy na jednu nebo druhou stranu ve směru osy permanentních magnetů 2, 2» 4,' Jí ^a Jl·Cores 7 and 7, respectively. 8 electromagnets, magnetic yoke 11 resp. 12, fixed permanent magnets 3 and 3, respectively. 4, the fixed permanent magnets 5 and 6 represent the main magnetic circuits by which the magnetic flux caused by the electric current of the coils 9 and 10 of the electromagnets is closed. The solenoid coils 9 and 10 can be connected either in parallel or in series so as to generate a magnetic flux in the direction of the permanent magnets in the opposite direction. In a state where the coils 10 of the electromagnets 2 ^and zero current flows, the permanent magnet occupies .1 armature rest position in the opening of the first fixed permanent magnet 2 in equilibrium with the action of force of the permanent magnets 2, 2, J 4, 5 and When the coil 2 ^and flows through the electromagnets 10 an electric current of, for example, such polarity that its effects on the direct effect of the second resp. of the fourth permanent permanent magnet 3 ^and Ř are added from the directive action of the third and fifth permanent permanent magnets ^and subtracted. The reverse polarity current is similar. Therefore, depending on the polarity and magnitude of the solenoid coils 9 and 10, the armature permanent magnet 2 deflects from the rest equilibrium position to one side or the other in the direction of the axis of the permanent magnets 2, 2, 4, 4 ^{and 10} .

Při poklesu remanentní indukce permanentního magnetu 2 kotvy vlivem teploty klesá i silové působení magnetů, současně však klesá i direktivní silové působení pevných permanentních magnetů _2/ 2' A' 2 ^a 6.' takže zařízení je tímto teplotně kompenzováno.As the retentive induction of the permanent armature magnet 2 decreases due to temperature, the force action of the magnets decreases, but at the same time the direct force action of the solid permanent magnets 2/2 'A' 2 ^and 6 'decreases. so that the device is temperature compensated.

Polohovací tyč 13 může být vedena v posuvných ložiscích 14 a 15 nebo může být podle obr. 2 spojena ve svých otočných ložiscích 17 a 18 s rameny 19 a 21, která se otáčejí kolem svých pevných otočných ložisek 20 a 22. Výhod zařízení je možno částečně využít i s redukovaným počtem komponent, např. bez jádra elektromagnetů, čtvrtého a pátého pevného permanentního magnetu, popřípadě i bez magnetického jha a druhého a třetího pevného permanentního magnetu nebo např. bez prvního pevného permanentního magnetu popřípadě bez čtvrtého a pátého pevného permanentního magnetu a jha elektromagnetů. Tyto redukce mají za následek snížení direktivních sil. V zařízení může být na druhé straně i více, např. dva, čtyři až pět permanentních magnetů kotvy, situovaných opět svými osami v jedné přímce s osami pevných permanentních magnetů umístěných v otvorech pevných permanentních magnetů s opačnou magnetickou orientací nebo mimo otvory pevných permanentních magnetů se shodnou magnetickou orientací. Toto provedení má za následek zvýšení celkové hmotnosti permanentních magnetů kotvy. Posuvná ložiska 14 a 15 polohovací tyče 13 mohou být třecí nebo valivá. V zařízení mohou být využity permanentní magnety ze všech magneticky tvrdých materiálů, výhodné jsou materiály ferritové nebo slitiny vzácných zemin. Magnety mohou mít tvar válcových nebo tvar hranolů, popřípadě dutých válců - trubek, toroidů - nebo hranolů s otvory. Výhodné jsou magnety z magneticky uspořádaně orientovaného materiálu, tzv. anisotropní magnety. Duté magnety mohou být též radiálně magnetovány. Magnetická jha 11 a 12 mohou být zhotovena z trubky nebo hranolů či pásů plechu.The positioning rod 13 can be guided in the sliding bearings 14 and 15 or can be connected in its rotary bearings 17 and 18 to the arms 19 and 21 which rotate around their fixed rotary bearings 20 and 22 according to FIG. use with reduced number of components, eg without electromagnetic core, fourth and fifth permanent permanent magnet, possibly without magnetic yoke and second and third permanent permanent magnet or eg without first permanent permanent magnet or without fourth and fifth permanent permanent magnet and yoke of electromagnets . These reductions result in a reduction of the directive forces. On the other hand, there may be more, for example, two, four to five permanent anchor magnets, situated again in line with the fixed permanent magnet axes located in the fixed permanent magnet openings with opposite magnetic orientation or outside the fixed permanent magnet openings. with the same magnetic orientation. This embodiment results in an increase in the total weight of the permanent armature magnets. The sliding bearings 14 and 15 of the positioning rod 13 may be frictional or rolling. Permanent magnets of all magnetically hard materials can be used in the device, ferritic or rare earth alloys being preferred. The magnets can be cylindrical or prism-shaped or hollow cylinders - tubes, toroids - or prisms with holes. Magnets of magnetically oriented material, so-called anisotropic magnets, are preferred. The hollow magnets can also be radially magnetized. The magnetic yokes 11 and 12 may be made of a tube or prisms or strips of sheet metal.

Pevné permanentní magnety 2» 1, /> 2 ^ηθβ° permanentní magnet _1 kotvy může být složen z několika magnetů. Pro zvýšení polohovací síly je možno spojit několik zařízení za sebou v ose mechanicky do serie, přičemž sousedící části mohou být u dvou dílčích sousedních zařízení společné. Je též možno propojit mechanicky několik zařízení paralelně přímo nebo přes dvouramennou páku.Fixed permanent magnets 2 »1, /> 2 ^η θβ ° The permanent magnet 1 of the armature may be composed of several magnets. In order to increase the positioning force, several devices can be connected in series mechanically in series, whereby adjacent parts can be common in two partial adjacent devices. It is also possible to mechanically connect several devices in parallel directly or via a two-arm lever.

Zařízení je vhodné zejména k polohování optických a elektronických senzorů, částí optických systémů měřicích snímačů apod. Je též využitelné pro vyvozování periodických harmonických i neharmonických pohybů.The device is suitable especially for positioning of optical and electronic sensors, parts of optical systems of measuring sensors, etc. It is also usable for deriving periodic harmonic and non-harmonic movements.

Claims

An electromagnetic positioning device comprising permanent magnets, an electromagnet coil, electromagnetic cores and a magnetic yoke, characterized in that the anchor permanent magnet (1), the first fixed permanent magnet (2), the second fixed permanent magnet (3), the third fixed permanent magnet (4) ), a fourth permanent permanent magnet (5) and a fifth permanent permanent magnet (6), a first electromagnet core (7) and a second electromagnet core (8) are arranged in their axes in one line, the first permanent permanent magnet (2), the second fixed the permanent magnet (3) and the third fixed permanent magnet (4) have axial openings for receiving the permanent anchor magnet (1), the permanent anchor magnet (1) being positioned between the fourth permanent permanent magnet (5) with one degree of freedom in the axis direction the fifth fixed permanent magnet (6), which are facing the same magnetic poles and at the same time is a permanent magnet (1) an anchor positioned in the opening of the first fixed permanent magnet (2), which is oppositely magnetically oriented in relation to the permanent magnet (1) of the anchor in the direction of the axis and which is located between the second fixed permanent magnet (3) and the third fixed permanent magnet ♦ ', which is adjacent to it by the same magnetic poles, further to the fourth fixed permanent mag. · ..I (5) and on the fifth fixed permanent magnet (6) adjoin the side facing away from the permanent magnet (1) of the anchor of the electromagnet core (7, 8), on which the electromagnet coils (9, 10) are fixed, (7, 8) the magnetic yokes (11, 12) abut the side facing away from the permanent magnet (1), which surround the electromagnet coils (9, 10) and abut the second and third fixed permanent magnets (3, 4) on the side facing away from the first fixed permanent magnet (2), the permanent armature magnet (1) being connected to the positioning object (16).

Device according to claim 1, characterized in that a positioning rod (13) is attached to the permanent magnet (1) of the armature, which passes through the holes in the fixed permanent magnets (5, 6) and the magnetic yoke (11, 12). sliding bearings (14, 15), the positioning object (16) being attached to the positioning rod (13).

Device according to claim 1, characterized in that a positioning rod (13) is attached to the permanent magnet (1) of the armature, which passes through the holes in the fixed permanent magnets (5, 6) and the magnetic yoke (11, 12). The bearings (17, 18) are connected to arms (19, 21) which are fixed in their fixed rotary bearings (20, 22), the positioning object (16) being fixed to the positioning rod (13).