CS265265B1

CS265265B1 - Device for electromagnetic positioning

Info

Publication number: CS265265B1
Application number: CS874876A
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: CS487687A1

Abstract

Hešení ae týká zařízení pro elektromagnetické polohování. Obsahuje permanentní magnety, cívku elektromagnetu s jádrem a magnetická jho. Je vhodné pro nastavování a přestavování polohy měřících spínačů, elektronických a optoelektronických senzorů a částí optických systémů. Je též využitelné pro vyvažování periodických harmonických i neharmonických pohybů.The term "e" refers to electromagnetic positioning devices. It contains permanent magnets, an electromagnet coil with a core and a magnetic yoke. It is suitable for adjusting and repositioning measuring switches, electronic and optoelectronic sensors and parts of optical systems. It is also useful for balancing periodic harmonic and non-harmonic movements.

Description

Vynález se týká zařízení pro elektromagnetické polohování, obsahující permanentní magnety, cívku elektromagnetu s jádrem a magnetické jho.The invention relates to an electromagnetic positioning device comprising permanent magnets, a core electromagnet coil and a magnetic yoke.

V současné době jsou známa zařízení, umožňující elektromagnetické nastavování polohy, obsahující cívky elektromagnetů s jád ry a magnetické obvody, respektive jha z feromagnetických materiá lů. U těchto známých zařízení je okamžitá výchylka kotvy dána v ustáleném stavu velikostí budící síly úměrné druhé mocnině protékajícího proudu elektromagnetu a dále velikostí direktivní síly, vyvolané nejčastěji ocelovými nebo pryžovými pružinami. Nevýhodou těchto zařízení je principielně 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. □sou též známa zařízení s permanentními magnety nejčastěji ve tva ru trubky nebo toroidu. U těchto známých zařízení je v pracovní oblasti výchylka kotvy v rovnovážném stavu úměrná hodnotě protékajícího proudu elektromagnetu a remanentní indukce permanentního magnetu. Při změně remanentní indukce s teplotou dochází i ke zrně ně 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 or yokes of ferromagnetic materials. In these known devices, the instantaneous deflection of the armature is given in the steady state by the magnitude of the driving force proportional to the square of the electromagnetic current flowing and by the magnitude of the directing force most often caused by steel or rubber springs. The disadvantages of these devices are, in principle, the non-linear dependence of the armature deflection on the electromagnet current, the necessity of the construction using the direct force generating components, the necessity of adjusting the equilibrium position by correct prestressing of these components. Zařízení Permanent magnet devices are also known, most often in the form of a tube or a toroid. In these known devices, the equilibrium deflection of the armature in the working region is proportional to the value of the electromagnet flowing current and the remanent induction of the permanent magnet. When the retentive induction with temperature changes, the anchor displacement depends on the magnitude of the electromagnet current.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení pro elektromagnetické polohování podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že pohyblivý permanentní magnet kotvy je umístěn mezi pevnými permanentními tak, že osy magnetů jsou situovány do jedné přímky. Pevné permanentní magnety jsou orientovány tak, že sousedí s permanentním magnetem kotvy vždy souhlasným magnetickým pólem. Dále k jed*· nomu pevnému permanentnímu magnetu přiléhá ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy jádro elektromagnetu, na němž je pevně nepohyblivě umístěna cívka elektromagnetu a jehož druhýThese drawbacks are overcome by the electromagnetic positioning device according to the invention, the principle of which is that the movable permanent magnet of the armature is positioned between the fixed permanent magnets so that the axes of the magnets are situated in a single line. The fixed permanent magnets are oriented in such a way that they are adjacent to the permanent magnet of the armature always by the same magnetic pole. Furthermore, an electromagnet core, on which the electromagnet coil is fixed and immovably positioned, is adjacent to one fixed permanent magnet, on the side facing away from the permanent magnet of the armature.

265 265 konec je spojen magnetickým jhem s druhým pevným permanentním magnetem, přičemž magnetické jho přiléhá ke druhému pevnému permanentnímu magnetu ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy.The 265 yoke is connected by a magnetic yoke to the second fixed permanent magnet, the magnetic yoke abutting the second fixed permanent magnet from the side facing away from the permanent magnet of the armature.

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 that it does not contain directive springs.

Příklad provedení zařízení pro elektromagnetické polohování dle vynálezu je znázorněn na obr. 1 až 4.An exemplary embodiment of an electromagnetic positioning device according to the invention is shown in FIGS. 1 to 4.

Permanentní magnet 3 kotvy je podle obr. 1 pohyblivě umístěn mezi pevnými permanentními magnety 1 a 2, které jsou orientovány tak, že se s tímto permanentním magnetem, kotvy odpuzují. Proto ve stavu, kdy cívkou elektromagnetu protéká nulový proud, zaujímá permanentní magnet 3 kotvy klidovou polohu v rovnovážné poloze silového působení pevných permanentních magnetů 1 a 2. K prvnímu permanentnímu magnetu 1 přiléhá jedním koncem jádro 5 elektromagnetu, na němž je cívka 4 elektromagnetu.The permanent armature magnet 3 is, according to FIG. 1, movably positioned between the fixed permanent magnets 1 and 2, which are oriented so as to repel the anchors with this permanent magnet. Therefore, in the state where zero current is flowing through the solenoid coil, the permanent magnet 3 of the armature takes a rest position in the equilibrium force force position of the fixed permanent magnets 1 and 2. The first permanent magnet 1 abuts with one end.

Druhý konec jádra 5 elektromagnetu je spojen magnetickým jhem 6 s druhým pevným permanentním Magnetem 2. Polohovaný objekt 10 je spojen s per manentním magnetem 3 kotvy pomocí polohovací tyče 7, která prochází otvory v pevných permanentních magnetech j. a 2, v jádře 5 elektromagnetu a magnetickém jhu 6,The other end of the electromagnet core 5 is connected by a magnetic yoke 6 to the second fixed permanent magnet 2. The positioning object 10 is connected to the armature magnet 3 by means of a positioning rod 7 which passes through the holes in the fixed permanent magnets 1 and 2 in the electromagnet core 5. magnetic yoke 6,

Jádro 5 elektromagnetu, magnetické jho β, druhý pevný permanentní magnet 2, vzduchová mezera mezi druhým pevným permanentním magnetem 2 a permanentním magnetem 3 kotvy, permanentní magnet 3 kotvy, vzduchová mezera mezi permanentním magnetem 3 kotvy a prvním pevným permanentním magnetem 1 a první pevný permanentní magnet 1 představují hlavní magnetický obvod, kterým se uzavírá magnetický tok vyvolaný proudem cívky 4 elektromagnetu. Oakmile cívkou 4 elektromagnetu protéká elektrický proud, působí vyvolaný magnetický tok silově na permanentní magnet 3 kotvy a tento se vychyluje podle velikosti a polarity proudu ze střední polohy.Electromagnet core 5, magnetic yoke β, second fixed permanent magnet 2, air gap between second fixed permanent magnet 2 and permanent anchor magnet 3, permanent anchor magnet 3, air gap between permanent anchor magnet 3 and first fixed permanent magnet 1 and first solid permanent Magnet 1 represents the main magnetic circuit, which closes the magnetic flux caused by the current of the coil 4 of the electromagnet. An electric current flows through the Oakmile coil 4 of the solenoid, and the induced magnetic flux exerts a force on the permanent magnet 3 of the armature and this deflects from the middle position according to the magnitude and polarity of the current.

Při poklesu remanentní indukce permanentního magnetu 3 kotvy vlivem teploty klesá i silové působení magnetického toku cívky 4 elektromagnetu, současně však klesá i direktivní silové působení pevných permanentních magnetů 1 a 2, takže zařízení je tímto teplotně kompenzováno.As the retentive induction of the permanent armature magnet 3 decreases due to temperature, the force action of the magnetic flux of the solenoid coil 4 decreases, but at the same time the direct force action of the fixed permanent magnets 1 and 2 decreases, so that the device is temperature compensated.

265 265265 265

Polohovací tyč 7 může být uložena v posuvných ložiscích 8 a 9 nebo může podle obr. 2 být spojena s rameny 13 a 15, v otočných ložiscích 11 a 12. Ramena 13 a 15 jsou upevněna v pevných otočných ložiskách 14 a 16.The positioning rod 7 can be mounted in the sliding bearings 8 and 9 or can be connected to the arms 13 and 15, in the rotary bearings 11 and 12, according to FIG. 2. The arms 13 and 15 are fixed in the fixed rotary bearings 14 and 16.

Další možností je podle obr, 3 použití páky 17 kotvy, která prochází otvorem v magnetickém jhu 6 a je připevněna k permanentnímu magnetu 3 kotvy a je upevněna v pevném otočném ložisku 18.Another possibility is, according to FIG. 3, to use an armature lever 17 which passes through an opening in the magnetic yoke 6 and is fixed to the permanent armature magnet 3 and is fixed in a fixed rotary bearing 18.

V páce 17 kotvy je připevněn polohovaný objekt 10.A positioning object 10 is mounted in the armature lever 17.

Polohovaný objekt 10 je možno připevnit k páce 17 kotvy bud přímo nebo podle obr. 4 s využitím polohovací tyče 7. Polohovací tyč 7 je s pákou 17 kotvy spojena ve svém druhém otočném ložisku 12 a dále je spojena s prvním ramenem 13, v prvním otočném ložisku 11, přičemž první rameno 13 je upevněno v pevném otočném ložisku 14.The positioning object 10 can be attached to the armature lever 17 either directly or according to FIG. 4 using a positioning rod 7. The positioning rod 7 is connected to the armature lever 17 in its second rotary bearing 12 and further connected to the first arm 13 in the first rotary The first arm 13 is mounted in a fixed rotary bearing 14.

Rozměry páky 17 kotvy a prvního ramene 13 je možno zvolit podle známého principu tak, aby polohovaný objekt 10 vykonával pohyb po dráze, která má tříbodový dotyk s přímkou.The dimensions of the armature lever 17 and the first arm 13 may be selected according to the known principle so that the positioning object 10 performs a movement on a path having a three-point contact with the straight line.

Posuvná ložiska 8 a 9, polohovací tyče 7 mohou být třecí nebo valivá. Otočná ložiska 11 a 12 polohovací tyče 7 a pevná otočná ložiska 14 a 16 ramen 13 a 15 a pevné otočné ložisko 18 páky 17 kotvy mohou být nahrazeny planžetami a planžetovými závěsy. V zařízení mohou být využity permanentní magnety ze všech magneticky tvrdých materiálů, výhodné jsou materiály ferritové nebo slitiny vzácných zemin. Magnety mohou mít tvar válcový 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. Dako pevné permanentní magnety 1 a 2 je možno použít magnety koncentricky magnetované.The sliding bearings 8 and 9, the positioning rods 7 can be frictional or rolling. The pivot bearings 11 and 12 of the positioning rod 7 and the fixed pivot bearings 14 and 16 of the arms 13 and 15 and the fixed pivot bearing 18 of the armature lever 17 can be replaced by blades and blades. Permanent magnets of all magnetically hard materials can be used in the device, ferritic or rare earth alloys being preferred. The magnets may be cylindrical or prism-shaped or hollow cylinders - tubes, toroids, - or prisms with holes. Magnets of magnetically oriented material are preferred, so-called anisotropic magnets. Hollow magnets can also be radially magnetized. Concentric magnets can be used as solid permanent magnets 1 and 2.

Potom se použije permanentní magnet 3 kotvy lineárně axiálně magnetovaný o velikosti plochy kolmé k ose permanentních magnetů 1, 2, 3 odpovídající velikosti plochy pevných permanentních magnegů 1 a 2 se zvýšenou indukcí. Magnetické jho 6 může být zhotoveno z trubky nebo hranolů nebo pásů plechu. Pevné permanentní magnety 1 a 2 nebo permanentní magnet 3 kotvy může být složen z několika magnetů. Pro zvýšní direktivní síly obvodu permanentních magnetů je možno umístit buč paralelně s pevnými permanentními magnety další shodně orientované pevné permanentní magnety nebo paralelně s permanentním magnetem kotvy další pevné opačně magneticky orientované permanentní magnety. Pro zvýšení ρο265 265 lohovací je možno spojit několik zařízení za sebou v ose mechanicky do serie, přičemž sousedící části mohou být u dvou dílčích sousedních zařízení společné. Oe též možno propojit mechanicky několik zařízení paralelně přímo nebo přes dvouramenou páku.Then, a permanent magnet 3 of the armature linearly axially magnetized with an area perpendicular to the axis of the permanent magnets 1, 2, 3 corresponding to the area of the permanent permanent magnets 1 and 2 with increased induction is used. The magnetic yoke 6 may be made of a tube or prisms or strips of sheet metal. The fixed permanent magnets 1 and 2 or the permanent magnet 3 of the armature may be composed of several magnets. In order to increase the directive force of the perimeter of the permanent magnets, it is possible to place either the other fixed-oriented permanent magnets parallel to the fixed permanent magnets or to the other of the anchor permanent magnet another fixed opposite-magnetically oriented permanent magnets. In order to increase the folding height, it is possible to connect several devices one after the other mechanically in series, whereby adjacent parts may be common to 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, části optických systémů, měřících snímačů a pod. Oe též. využitelné pro vyvozování periodických harmonických a neharmonických pohybů.The device is particularly suitable for positioning optical and electronic sensors, parts of optical systems, measuring sensors and the like. Oe also. useful for deriving periodic harmonic and non-harmonic movements.

Claims

SCOPE OF THE INVENTION

An electromagnetic positioning device comprising per-manent magnets, a core electromagnet coil and a magnetic yoke, characterized in that the first fixed permanent magnet (1) and the second fixed permanent magnet (2) and the permanent anchor magnet (3) are arranged in their axes in one line, wherein the movable permanent magnet (3) of the armature is positioned between the fixed permanent magnets (1, 2) adjacent to the matching magnetic poles and further adjacent to the first fixed permanent magnet (1) from the side facing away from the permanent magnet (3) an electromagnet core (5) on which the electromagnet coil (4) is fixed and which on the opposite side abuts the magnetic yoke (6), the magnetic yoke (6) abutting on the second fixed permanent magnet (2) facing away from a permanent magnet (3) of the armature which is connected to the positioning object (10).

Device according to claim 1, characterized in that a positioning rod (7) is attached to the permanent magnet (3) of the armature, which passes through openings in the fixed permanent magnets (1, 2), the electromagnet core (5) and the magnetic yoke (6); it is mounted in sliding bearings (8, 9), the positioning object (10) being attached to the positioning rod (7).

Device according to claim 1 ₍ characterized in that a positioning rod (7) is attached to the permanent magnet (3) of the armature for passing holes in the fixed permanent magnets (1, 2), the electromagnet core (5) and the magnetic yoke (6). ) and is mounted in pivot bearings (11, 12) connected to arms (13, 15) which are fixed in fixed pivot bearings (14, 16), the positioning object (10) being fixed to the positioning rod (7).

4. Device according to claim 1 _, characterized in that an armature lever (17), which passes through an opening in the magnetic yoke (6) and is rotatably mounted in a fixed rotary bearing (18), is attached to the permanent armature magnet (3). a positioning object (10) attached thereto.

- 6 265 265

Device according to claim 1, characterized in that an armature lever (17), which passes through an opening in the magnetic yoke (6) and is rotatably mounted in a fixed rotary bearing (18), is attached to the permanent armature magnet (3). a positioning rod (7) is attached to the armature lever (17) in the second rotary bearing (12), to which the positioning object (10) is attached and which is further supported in a first rotary bearing (11) connected to the first arm (13) which is mounted in a fixed rotary bearing (14).