CS265378B1

CS265378B1 - Positioning device with an electromagnet

Info

Publication number: CS265378B1
Application number: CS874872A
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: CS487287A1

Abstract

Řešení se týká zařízení pro polohování s elektromagnetem. Obsahuje permanentní magnety, cívku elektromagnetu a magnetické jho. Je vhodné pro nastavování a přestavování polohy měřicích spínačů, elektronických a optoelektronických senzorů a částí optických systémů. Je též využitelné pro vyvažování periodických harmonických a neharmonických pohybů.The solution concerns a positioning device with an electromagnet. It contains permanent magnets, an electromagnet coil 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 usable for balancing periodic harmonic and non-harmonic movements.

Description

Vynález se týká zařízení pro polohování s elektromagnetem, obsahující permanentní magnety, cívku elektroraagnetů a magnetické jho.The invention relates to an electromagnet positioning device comprising permanent magnets, a coil of electro magnets and a magnetic yoke.

V současné době jsou známa zařízení, umožňující elektromagnetické nastavování polohy, obsahující cívky elektromafjnetů s jádry a magnetické obvody, respektive jha z feromegnetických materiálů. U těchto známých zařízení je okamžitá výchylka kotvy dána v ustáleném stavu velikostí budící síly úměrné druhé mocnině protékajícího proudu elektroraagnetů a dále velikostí direktivní síly, vyvolané nejčastěji ocelovými nebo pryžovámi pružinami. Nevýhodou těchto zařízeni je principiálně nelineární závislost výchylky kotvy na proudu elektroraagnetů, 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.At present, devices are known which enable electromagnetic positioning comprising coils of cores of electromafnets and magnetic circuits, respectively yoke of ferromagnetic materials. In these known devices, the instantaneous deflection of the armature is given in the steady state by the magnitude of the excitation force proportional to the square of the current flowing through the electromagnets and the magnitude of the direct force usually caused by steel or rubber springs. The disadvantages of these devices are in principle nonlinear dependence of the anchor deflection on the current of the electromagnets, the necessity of construction using the direct force generating components, the necessity of adjusting the equilibrium position by correct preloading of these components and further fatigue or aging of these components.

□sou též známa 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 elektroraagnetů a remanentní indukce permanentního magnetu. Při změně remanentní indukce s teplotou dochází i ke změně závislosti výchylky kotvy na velikosti proudu elektroraagnetů.Zařízení are also known devices with permanent magnets, most often in the form of a tube or toroid. In these known devices, the equilibrium anchorage deflection in the working region is proportional to the value of the current flow of the electromagnets and the remanent induction of the permanent magnet. When the retentive induction with temperature changes, the anchor displacement dependence on the magnitude of the current of electromagnets changes.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení pro polohování s elektromagnetem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pohyblivý permanentní magnet kotvy je umístěn mezi pevnými permanentními magnety tak, že osy magnetů jsou situovány do jedné přímky.These drawbacks are overcome by the electromagnetic positioning device according to the invention, which is characterized in 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.

Pevné permanentní magnety jsou orientovány tak, že sousedi s permanentním magnetem kotvy vždy souhlasným magnetickým pólem. Permanentní magnety jsou umístěny uvnitř cívky elektroraagnetů, při2The fixed permanent magnets are oriented in such a way that the neighbors of the permanent magnet of the armature always have a matching magnetic pole. The permanent magnets are located inside the coil of the electromagnets, at

265 378 čemž jejich osy jsou situovány do osy této cívky. Dále k jednomu pevnému permanentnímu magnetu přiléhá ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy magnetické jho, které obklopuje cívku elektromagnetu z vnější strany a přiléhá k druhému pevnému permanentnímu magnetu opět ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy.265 378, wherein their axes are situated in the axis of this coil. Further, a magnetic yoke adjoins one fixed permanent magnet from the side facing away from the anchor permanent magnet, which surrounds the coil of the electromagnet on the outside and abuts the other fixed permanent magnet again facing away from the permanent anchor magnet.

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 tohoto zařízenípodle vynálezu je znázorněn na obr. 1 a 2.An embodiment of the device according to the invention is shown in Figures 1 and 2.

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 odpuzují. Proto ve stavu, kdy cívkou 4 elektromagnetu protéká nulový proud, zaujímá permanentní magnát 3 kotvy klidovou polohu v rovnovážné poloze silového působení pevných permanentních magnetů 1 a 2. Permanentní magnety 1, 2» 2 jsou umístěny v dutině cívky 4 elektromagnetu tak, že jejich osy leží v ose této cívky. Cívka 4 elektromagnetu je z vnější strany obklopena magnetickým jhem 5, které přiléhá k pevným permanentním magnetům 1 a 2 vždy ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy. Polohovaný objekt 9 je spojen s permanentním magnetem 3 kotvy pomocí polohovací tyče 6, která prochází otvory v pevných permanentních magnetech 1 a 2 a magnetickém jhu 5. Polohovací tyč 6 je uložena ve svých posuvných ložiscích 7 a 8.The permanent armature magnet 3 according to FIG. 1 is movably positioned between the fixed permanent magnets 1 and 2, which are oriented so as to repel with the permanent magnet. Therefore, in a state where zero current is flowing through the solenoid coil 4, the permanent anchor tycoon 3 takes a rest position in the equilibrium force force position of the fixed permanent magnets 1 and 2. Permanent magnets 1, 2 »2 are located in the cavity of the solenoid coil 4 lies on the axis of this coil. The solenoid coil 4 is externally surrounded by a magnetic yoke 5, which is adjacent to the fixed permanent magnets 1 and 2, each side facing away from the permanent magnet of the armature. The positioning object 9 is connected to the permanent armature magnet 3 by means of a positioning rod 6 which passes through openings in the fixed permanent magnets 1 and 2 and the magnetic yoke 5. The positioning rod 6 is housed in its sliding bearings 7 and 8.

Magnetické jho 5, pevné permanentní magnety 1 a 2, permanentní magnet 3 kotvy a vzduchové mezery mezi permanentním magnetem 3 kotvy a pevnými permanentními magnety popřípadě 2,představují hlavní magnetický obvod, kterým se uzavírá magnetický tok, vyvolaný proudem cívky 4 elektromagnetu. Jakmile 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. Při poklesu remanentní indukce permanentního magnetu 3 kotvy vlivem teploty klesá i silové působení magnetického toku cívky 4 elektromagnetu, sou3The magnetic yoke 5, the fixed permanent magnets 1 and 2, the permanent armature magnet 3 and the air gaps between the permanent armature magnet 3 and the fixed permanent magnets 2, respectively, represent the main magnetic circuit by which the magnetic flux caused by the current of the electromagnet coil 4 is closed. As the electric current flows through the solenoid coil 4, the induced magnetic flux exerts a force on the permanent armature magnet 3 and it deflects from the central position according to the magnitude and polarity of the current. As the retentive induction of the permanent armature magnet 3 decreases due to temperature, the force action of the magnetic flux of the electromagnet coil 4 decreases.

265 378 časně však klesá i direktivní silové působení pevných permanentních magnetů 1 a 2, takže zařízení je tímto teplotně kompenzováno·265 378, however, the direct force action of fixed permanent magnets 1 and 2 decreases too early, so that the device is temperature compensated by this ·

Polohovací tyč 6 je uložena v posuvných ložiscích 7 a 8 nebo je podle obr, 2 spojena ve svých otočných ložiscích 10 a 11 s konci ramen 12 a 14, jejichž druhé konce jsou upevněny v pevných otočných ložiscích 13 a 15«The positioning rod 6 is mounted in the sliding bearings 7 and 8 or, according to FIG. 2, is connected in its rotary bearings 10 and 11 to the ends of the arms 12 and 14, the other ends of which are fixed in fixed rotary bearings 13 and 15.

Posuvná ložiska 7 a 8 polohovací tyče 6 mohou být třecí nebo valivá. Otočná ložiska 10 a 11 polohovací tyče 6 a pevná otočná ložiska 13 a 15 ramen 12 a 14 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 s magneticky uspořádaně orientovaného materiálu, tzv® anisotropní magnety. Duté magnety mohou být též radiálně magnetovány. 3ako pevné permanentní magnety 1 a 2 je možno použít magnety koncentricky magnetované® Potom se použije permanentní magnet kotvy 3 lineárně axiálně magnetovaný o velikosti plochy kolmé k ose permanentních magnetů 1, 2, ^odpovídající velikosti ploch pevných permanentních magnetů 1 a 2 se zvýšenou indukcí. Magnetické jho 5 může být složen z několika magnetů. Pro zvýšení direktivní síly obvodů permanentních-magnetů je možno umístit buá 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 polohovací síly je možno spojit několik zařízení za sebou v ose mechanicky do série, přičemž sousedící části mohou být u dvou dílčích sousedních zařízení společné. 3e též možno propojit mechanicky několik zařízení paralelně přímo přes dvouramennou páku.The sliding bearings 7 and 8 of the positioning rod 6 can be frictional or rolling. The pivot bearings 10 and 11 of the positioning rod 6 and the fixed pivot bearings 13 and 15 of the arms 12 and 14 can be replaced by foils and foil hinges. 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 of tubes, toroids - or prisms with holes. Magnets with magnetically oriented material, so-called anisotropic magnets, are preferred. The hollow magnets can also be radially magnetized. Concentrically magnetized magnets can be used as solid permanent magnets 1 and 2. A permanent magnet of armature 3 is then used linearly axially magnetized with an area perpendicular to the axis of permanent magnets 1, 2 corresponding to the area of solid permanent magnets 1 and 2 with increased induction. The magnetic yoke 5 may be composed of several magnets. To increase the directive force of the permanent-magnet circuitry, it is possible to place either the other fixed-oriented permanent magnets parallel to the fixed-permanent magnets, or to the other fixed-magnets the other fixed-magnetically oriented permanent magnets. mechanically in series, wherein adjacent parts may be common to two partial adjacent devices. 3e it is also possible to mechanically interconnect several devices in parallel directly via a two-arm lever.

Zařízení je vhodné zejména k polohování optických a elektronických senzorů, části optických systémů, měřicích snímačů apod. 3e 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, etc. 3e also usable for generating periodic harmonic and non-harmonic movements®

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

265 378

An electromagnet positioning device, comprising permanent magnets, an electromagnet coil and a magnetic yoke, characterized in that the permanent armature magnet (3) is located between fixed permanent magnets (1, 2) adjacent to it by common magnetic poles, the permanent magnets (1,2) and the permanent magnet (3) of the armature are located inside the coil (4) of the electromagnets, the axes of which lie in the axis of the coil (4) of the electromagnets which is surrounded from the outside by a magnetic yoke (5) the permanent magnets (1, 2) each facing away from the permanent magnet (3) of the armature, which is fixedly connected to the positioning rod (6), connected to the positioning object (9).

Device according to claim 1, characterized in that the positioning rod (6) passes through holes in the fixed permanent magnets (1, 2) and the magnetic yoke (5) and is mounted in sliding bearings (7, 8).

Device according to Claim 1, characterized in that the positioning rod (6) passes through openings in the fixed permanent magnets (1, 2) of the magnetic yoke (5) and is mounted in rotary bearings (10, 11) connected to the arms (12). 14), which are mounted in fixed rotary bearings (13,15).