DE1219718B

DE1219718B - Oscillator with a drive coil on a magnetostrictive core

Info

Publication number: DE1219718B
Application number: DEK52931A
Authority: DE
Inventors: Jurij I Kitajgorodskij; Nikolaj A Belousow; Wladislaw P Wolodin; Ewgenij M Schlenskij
Original assignee: JURIJ I KITAJGORODSKIJ; NIKOLAJ A BELOUSOW; WLADISLAW P WOLODIN
Current assignee: JURIJ I KITAJGORODSKIJ; NIKOLAJ A BELOUSOW; WLADISLAW P WOLODIN
Priority date: 1964-05-08
Filing date: 1964-05-08
Publication date: 1966-06-23

Description

Oszillator mit einer Antriebsspule auf einem magnetostriktiven Kein Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator mit einer Antriebsspule auf einem magnetostriktiven Kein und einer Rückkopplungsspule auf einem magnetostriktiven Kein.Oscillator with a drive coil on a magnetostrictive none The invention relates to an oscillator with a drive coil on one magnetostrictive no and a feedback coil on a magnetostrictive No.

Bekannte magnetostriktive Umwandler mit kapazitiven und piezoelektrischen Rückkopplungsgebern finden in der Praxis wenig Anwendung wegen ihrer Betriebsinstabilität und für die Aufschaukelung der Generatorröhren ungenügender geringen Rückkopplungssignalleistung. Die Erfindung will diesen Nachteil beseitigen; erfindungsgemäß wird das dadurch erereicht, daß zur Erzeugung von mechanischen Ultraschallschwingungen die Antriebsspule auf zwei magnetisch voneinander getrennte, parallel zueinander angeordnete Kerne mit gleicher Eigenresonanzfrequenz verteilt ist und die Rückkopplungsspule auf einem dritten, parallel zu den beiden ersten und zwischen diesen angeordneten, magnetisch von diesen getrennten Kein angeordnet ist, und daß alle drei Keine mechanisch an die Schwingermasse angekoppelt sind.Known magnetostrictive transducers with capacitive and piezoelectric Feedback generators find little use in practice because of their operational instability and insufficiently low feedback signal power for the build-up of the generator tubes. The invention aims to eliminate this disadvantage; according to the invention, this becomes the result erereicht that the drive coil to generate mechanical ultrasonic vibrations on two magnetically separated, parallel cores is distributed with the same natural resonance frequency and the feedback coil on one third, parallel to the first two and arranged between them, magnetic of these separate none is arranged, and that all three none are mechanically attached the oscillating mass are coupled.

Solche Ausführung des Umwandlers gestattet eine Rückkopplungsspannung zu erhalten, die der Größe und Leistung nach genügend für eine direkte Aufschaukelung von Generatorröhren ohne zusätzliche Signalverstärkung ist. Damit ist es möglich, lAtraschallschwingungen in einem Schwinger zu erzeugen, trotzdem die Schwingungseigenschaften des Systems durch die mechanische Belastung des magnetostriktiven Kerns mit der Schwingermasse so verändert werden, daß eine Rückkopplung, wie sie bei einem Oszillator der eingangs genannten Art zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen auftritt, nicht möglich ist, weil die Anregungsbedingungen hierfür nicht mehr erfüllt sind. Die Ankopplung der Rückkopplung erfolgt nämlich bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Oszillator rein mechanisch über die Schwingermasse, so daß also die Phaseribedingungen für die Anfachung der Rückkopplungsschwingungen immer erfüllt sind, gleichzeitig wird aber auch die Resonanzüberhöhung durch die Eigenresonanz des Kerns der Rückkopplungsspule ausgenutzt, so daß bei sehr geringem Energiebedarf für die Rückkopplung eine ausreichend hohe Rückkopplungsspannung erzielt wird.Such implementation of the converter allows for a feedback voltage to get the size and performance enough for a direct boost of generator tubes without additional signal amplification. This makes it possible To generate ultrasonic vibrations in a transducer, despite the vibration properties of the system by the mechanical loading of the magnetostrictive core with the Oscillating mass can be changed in such a way that a feedback, as it is with an oscillator of the type mentioned at the beginning of the generation of electrical vibrations occurs, is not possible because the excitation conditions for this are no longer met. This is because the coupling of the feedback takes place in the case of a device designed according to the invention The oscillator is purely mechanical via the oscillating mass, so that the phase conditions for the fanning of the feedback oscillations are always met, at the same time but also the resonance increase due to the natural resonance of the core of the feedback coil exploited, so that with a very low energy requirement for the feedback one is sufficient high feedback voltage is achieved.

Um die Phasenverhältnisse zwischen der Anregungsspannung und der akustischen Rückkopplungsspannung im ganzen Betriebsbereich des Umwandlers zu erhalten, müssen die aktiven magnetostriktiven Elemente und das Element der akustischen Rückkopplung mit dem Wandlerübertragungssystem in einer zur Ausbreitungsrichtung der Systemlängsschwingungen senkrechten Ebene verbunden sein. In der Zeichnung ist der vorgeschlagene Umwandler im Schnitt (Seitenansicht) dargestellt.About the phase relationships between the excitation voltage and the acoustic To obtain feedback voltage across the entire operating range of the converter the active magnetostrictive elements and the acoustic feedback element with the transducer transmission system in one direction to the propagation direction of the system's longitudinal vibrations be connected to the vertical plane. In the drawing is the proposed converter shown in section (side view).

Paket 1 des magnetostriktiven Umwandlers besteht aus drei magnetostriktiven Elementen 2, 3 und 4. Jedes Element des Pakets 1 wird aus gleichen 0-artigen Platten aus magnetostriktivem Material zusammengestellt. Elemente 2 und 3 des Pakets 1 bilden das aktive Umwandlerglied (Triebwerk), und das zwischen ihnen angeordnete Element 4 dient als Quelle der in seiner Wicklung bei mechanischen Umwandlerschwingungen entstehenden Spannung der akustischen Rückkopplung. Auf den Elementen 2 und 3 ist die Grundwicklung 6 angeordnet. Elemente 2, 3 und 4 des Pakets 1 haben eine gleiche eigene Resonanzfrequenz und sind miteinander weder elektrisch noch magnetisch verbunden.Package 1 of the magnetostrictive transducer consists of three magnetostrictive elements 2, 3 and 4. Each element of the package 1 is composed of the same O-like plates made of magnetostrictive material. Elements 2 and 3 of the package 1 form the active transducer element (engine), and the element 4 arranged between them serves as the source of the acoustic feedback voltage arising in its winding in the event of mechanical transducer vibrations. The basic winding 6 is arranged on the elements 2 and 3. Elements 2, 3 and 4 of the package 1 have the same resonance frequency of their own and are not connected to one another either electrically or magnetically.

Die aktiven Elemente 2 und 3 und das Element 4 der akustischen Rückkopplung des Umwandlers werden mit dem Umwandlerübertragungssystem 7, d. h. mit dem Umwandler der elastischen Schwingungen, in einer zur Verbreitungsrichtung der Längsschwingungen des Systems 7 senkrechten Ebene verbunden. An den Flanschen 8 des Übertragungssystems 7 ist ein Behälter 9 angeordnet, dessen Deckel 10 mit Stutzen 11 für das Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit versehen ist. Einer der Stutzen 11 wird mit lElfe des Rohrs 12 mit den Kanälen 13 im System 7 verbunden.The active elements 2 and 3 and the acoustic feedback element 4 of the transducer are connected to the transducer transmission system 7, i. H. connected to the converter of the elastic vibrations, in a plane perpendicular to the direction of propagation of the longitudinal vibrations of the system 7. A container 9 is arranged on the flanges 8 of the transmission system 7 , the cover 10 of which is provided with a nozzle 11 for the supply and discharge of the cooling liquid. One of the nozzles 11 is connected to the ducts 13 in the system 7 by means of one half of the pipe 12.

Infolge der Verwendung im Umwandler eines Resonanzelements, das als Spannungsquelle der Rückkopplung dient (magnetostriktives Element 4) und dessen Eigenfrequenz mit der Resonanzfrequenz der aktiven Umwandlerelemente 2 und 3 zusammenfällt, wird die Gegenphasigkeitsbedingung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Umwandleranregungsspannung nur bei der mechanischen Resonanzfrequenz des Umwandlers realisiert. Diese Phasenverhältnisse bleiben im -anzen Betriebsbereich des Umwandlers erhalten. Bei der Entstehung von mechanischen Schwingungen der aktiven Elemente 2 und 3 entstehen im Element 4 der akustischen Rückkopp-Inne auch Schwingungen, die über das System 7 der elastischen Schwingungen übertragen werden. Die in der Wicklung 5 entstehende Rückkopplung-EMK wird nur# durch die Rückwirkung der Magnetostriktion hervorgerufen, da zwischen den Elementen 2 und 3 und dem Element 4 weder elektrische noch magnetische Verbindung besteht. Der Größe und Leistung nach ist die Rückkopplungsspannung ohne zusätzliche Signalverstärkung für eine direkte Aufschaukelung von Generatorröhren größerer Leistung, z. B. 5 bis 15 kW (auf der Zeichnung nicht gezeio, , ge-A nügend.As a result of the use in the converter of a resonance element which serves as a voltage source for the feedback (magnetostrictive element 4) and whose natural frequency coincides with the resonance frequency of the active converter elements 2 and 3 , the antiphase condition between the feedback voltage and the converter excitation voltage is only realized at the mechanical resonance frequency of the converter . These phase relationships are retained in the entire operating range of the converter. When mechanical vibrations occur in the active elements 2 and 3 , vibrations also arise in element 4 of the acoustic feedback that are transmitted via the system 7 of elastic vibrations. The feedback EMF arising in the winding 5 is only caused by the reaction of the magnetostriction, since there is no electrical or magnetic connection between the elements 2 and 3 and the element 4. In terms of size and power, the feedback voltage is without additional signal amplification for a direct build-up of generator tubes of greater power, e.g. B. 5 gezeio not on the drawing to 15 kW (, ge-A cient.

Der vorliegende magnetostriktive Umwandler kann in Schaltungen von selbsterregten Schwingungserzeugern mit einer automatischen Frequenzabstimmung auf die mechanische Resonanzfrequenz des Umwandlers verwendet werden, z. B. in Ultraschallgeneratoren, die init Schweißapparaten, Maschinen für mechanische Bearbeitung, Einrichtungen zur Einwirkung auf Hüttenvorgänge u. a. arbeiten.The present magnetostrictive converter can be implemented in circuits of self-excited vibration generators with automatic frequency tuning the mechanical resonance frequency of the transducer can be used, e.g. B. in ultrasonic generators, the init welding machines, machines for mechanical processing, facilities for the effect on smelter processes, among other things. work.

Claims

Patent claims: 1. Oscillator with a drive coil on a magnetostrictive core and a feedback coil on a magnetostrictive core, characterized in that the drive coil is distributed over two magnetically separated cores arranged parallel to each other with the same natural resonance frequency and the feedback coil on a third core, arranged parallel to the first two and arranged between them, magnetically separated from them, and that all three cores are mechanically coupled to the oscillating mass.

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the cores are coupled to the oscillating mass in a plane perpendicular to the direction of travel of the longitudinal oscillations in the oscillator. Documents considered: German Patent No. 554 399; J. Matauschek: Introduction to Ultrasound Technology, VEB Verlag Technik Berlin, 1961, p. 230,231.