DE3615630A1 - Magnetostriktiver wandler mit magnetischer vorspannung mittels einer permanentmagnetanordnung - Google Patents

Description

RAYTHEON COMPANY, 141 Spring Street, Lexington, MA 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Magnetostriktiver Wandler mit magnetischer Vorspannung mittels einer Permanentmagnetanordnung

Die Erfindung betrifft Wandler und im einzelnen magnetostriktive Wandler, bei denen eine Permanentanordnung dazu dient, ein magnetisches Vorspannungsfeld auf magnetostriktive Antriebselemente einwirken zu lassen, die aus Seltenerdenmetallen bestehen.

\jj Eine magnetische polarisation magnetostriktiver Materialien ist erforderlich, um ein lineares Frequenzverhalten zu erzeugen und die maximale Anspannbarkeit des Materials auszunützen. In Abwesenheit einer Vorspannung beträgt die Ausgangssignalfrequenz das Zweifache der Eingangs-Antriebsfrequenz aufgrund der Tatsache, daß in jedem magnetostriktivem Werkstoff die Anspannung entweder positiv oder negativ ist, unabhängig von der Polarität des Antriebssignales. In Abwesenheit der Vorspannung ist also der elektromagnetische Kopplungskoeffizient des Wandlers und damit sein Wirkungsgrad sehr niedrig.

Magnetostriktive Werkstoffe wie Nickel und Nickellegierungen wie Permendur wurden als Antriebselemente in Wandlern vor der Entwicklung piezoelektrischer polarisierter Titanate verwendet.

■ Vor 1946 wurden magnetostriktive Ringwandler nicht mit Flächen oder Massen belastet. Vielmehr wurden ihre Wechselstrom-Anre-

: gungswicklungen und Gleichstrom-Polarisationswicklungen ringartig auf laminierte Ringstapel oder spiralig aufgewundene Streifen aus Nickel oder Permendur aufgewickelt. Permanentmag-

, nete wurden nur selten in Verbindung mit in Serie angeordneten vorgespannten magnetostriktiven Ringen oder Schleifen mit gleichförmiger Querschnittsfläche verwendet. Diejenigen Ringoder Schleifenanordnungen, welche mit Permanentmagneten vorgespannt wurden, im allgemeinen Magneten aus der Legierung Alnico-5 oder aus gesin-terfcem Eisenoxid, verwendeten Magneten mit einer Querschnittsfläche größer derjenigen der magnetostriktiven Bauteile. Diese besonderen Magnete waren seinerzeit die besten auf dem Markt, wurden jedoch leicht durch die magnetische Induktion aufgrund des Wechselstromsignales entmagnetisiert. Die bekannte Magnetanordnung mußte nicht in besonderer Weise gestaltet werden, um die Flußverteilung auf die magnetostriktiven Bauelemente zu konzentrieren, da die Permeabilität des Magneten bedeutend niedriger war als diejenige der magnetostriktiven Elemente. Der Luftspalt zwischen dem Magneten und dem magnetostriktiven Element mußte minimal gehalten werden, was bedeutete, daß der Magnet charakteristischerweise unmittelbar neben dem magnetostriktiven Element anzuordnen war und die Anregungswicklung wurde dann so aufgewickelt, daß sie den Magneten und das magnetostriktive Element umschlang. Die Magnete mußten daher mit Kupfer umkleidet werden, um sie vor einer Demagnetisierung aufgrund der durch das Wechselstromsignal erzeugten Kraftflüsse zu schützen. Ungunstigerweise konnten selbst große Ringanordnungen bekannter magnetostriktiver Bauelemente keine ausreichend großen Verschiebungsbewegungen erzeugen, um nutzbare akustische Leistung am unteren Ende des Tonfreguenzspektrums bereitzustellen.

In jüngerer Zeit besteht erhöhtes Interesse an magnetostriktiv iangetriebenen Wandlern seit magnetostriktive Werkstoffe aus den Seltenerdenmetallen entwickelt wurden, die Samarium, Terbium

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und Dysprosium enthalten. Eines der besten Seltenerdenmetallwerkstoffe ist auf dem Markt unter der Bezeichnung Terfenol D erhältlich. Dieser Werkstoff besitzt die Zusammensetzung Tbg ^ Dyn η Fe2« Die neuartigen Legierungen haben außerordentlich starke magnetostriktive Anspannbarkeit, so daß bedeutend höhere akustische Leistungen am unteren Teil des Frequenzspektrums abgenommen werden können. Ungünstigerweise haben die neuartigen Werkstoffe eine sehr niedrige Permeabilität und lassen sich daher nur mit Schwierigkeit magnetisch vorspannen. Bisher hat man die Vorspannung in der Weise vorgenommen, daß ein Wechsel-Antriebsfeld und ein Gleichstrom-Vorspannungsfeld einander überlagert wurden und geeignete passive Sperrelemente vorgesehen wurden, um die Wechselstrom-Antriebsquelle und die Gleichstromquelle voneinander zu trennen. Beide Stromquellen speisen ein gemeinsames Solenoid, welches das magnetostriktive Element umgibt. Das magnetostriktive Element ist im allgemeinen in Stabform ausgebildet und besitzt eine Kornorientierung in Längsrichtung des Stabes, um die Anspannung je Einheit magnetomotorischer Antriebskraft, welche dem Stab zugeführt wird, zu maximieren. Die Bauart mit dem gemeinsamen Solenoid zur Vorspannung des magnetostriktiven Materials bewirkt eine Wärmeentwicklung im Solenoid und im magnetostriktiven Stab, wodurch die vom Wandler abnehmbare Leistung herabgesetzt wird.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Gleich- ; strom-Vorspannungsfeld durch Einsatz einer Permanentmagnetan- j

ι Ordnung zu vermeiden und eine ausreichende magnetische Vor- j spannung der magnetostriktiven Elemente vorzusehen. Die in der =-| Wicklung auftretenden Verluste sollen herabgesetzt werden und der Aufbau der Wicklung soll übersichtlicher gestaltet werden. Weiter werden bei einem Wandler der hier angegebenen Art in vorteilhafter Weise Kopplungs-Bauelemente vermieden, welche die Wechselstromquelle von der Gleichstromquelle trennen, wodurch sich eine beträchtliche Vereinfachung des Aufbaus der Energiequellen und der Schaltung zur Zuführung der Eingangsleistung ergibt.

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Die zuvorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im anliegenden Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zur Vorspannung dient also eine Permanentmagnetanordnung, welche den magnetostriktiven Elementen zugeordnet ist und welche einen magnetischen Kreis enthält, der Permanentmagneten aufweist, die auf solche Polstärken magnetisiert sind, daß sie nahezu immun gegen eine Depolarisation durch Wechselfelder des magnetischen Flusses sind. Derartige Eigenschaften sind bei Samarium-Kobalt-Magneten zu finden. Zusätzlich bestimmen die Gestalt und die relative Orientierung der Magneten die Größe der Polarisierungsflußdichte, welche über den magnetostriktiven Stab hin gleichförmig verteilt ist. Die Querschnittsfläche der Enden der Magneten ist vorzugsweise gleich groß wie die Querschnittsfläche der Enden des jeweiligen magnetostriktiven Stabes, so daß die Streuflußdichte minimal gehalten ist und eine maximale Gleichförmigkeit der Flußdichte innerhalb des magnetostriktiven Stabes erzielt wird. Die Magnete sind außerhalb der Wicklung angeordnet, die zur Wechselstrombeaufschlagung des magnetostriktiven Stabes dient, so daß Verluste hinsichtlich des Kopplungskoeffizienten aufgrund von Wirbelströmen minimal sind und auch minimale Induktanzableitungen auftreten, welche anderenfalls in größerem Maße aufträten, wenn die Magneten innerhalb der Erregerwicklungen angeordnet wären.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen gekennzeichnet, wobei diese Ansprüche hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht werden, ohne an dieser Stelle deren Wortlaut zu wiederholen.

Einige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines magnetostriktiven Wandlers der hier angegebenen Art,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen magnetostriktiven Wandler gemäß einer anderen Ausführungsform mit zur Vorspannung dienenden Dauermagneten auf der Innenseite der Wandlerkonstruktion und

Fig. 3 eine wieder andere Ausführung der Permanentanordnung im inneren Teil der magnetostrikt iven Bauelemente oder Stäbe.

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung und teilweise im Schnitt sowie teilweise in Explosionsdarstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines magnetostriktiven Wandlers, der mit 10 beeichnet ist. Der Wandler 10 enthält Abstrahlungsmassen 11, magnetostriktive Stäbe 12, Permanentmagnete 13, elektrische Wicklungen 14 und Spanndrähte 15. Die magnetostriktiven Stäbe 12 sind vorzugsweise mit einer Längsorientierung ihres Korns versehen und bestehen aus Seltenerdenmetall, wobei die Materialmischung Terfenol (Tbg g DyQ 7 Fe2) vorgezogen wird. Jeder Stab ist elektrisch von dem benachbarten Stab 12 des Stapels 12' von Stäben isoliert, um Verluste aufgrund von Wirbelströmen zu ! vermeiden. Jeder Stabstapel 12' hat an seinen Enden Kontakt mit Eckblöcken 16, so daß die Anordnung von Stapeln 12' und der I Eckblöcke 16 ein Quadrat bildet. Jeder Stapel 12' von Stäben ; ist mit einer elektrischen Wicklung oder einem Solenoid 14 i versehen, welches den Stapel umschlingt, so daß eine Beaufschla-; gung der Wicklung mit elektrischem Wechselstrom ein alternieren-;

des Antriebsfeld in dem Stapel hervorruft. Die Gleichstrom- \ Vorspannungsinduktion für jeden Stapel 12' wird durch einen Magneten 13 erzeugt. Jeder der Magnete 13 ist benachbart einer jeweiligen Wicklung 14 angeordnet und außerhalb derselben gelegen, wobei die Wicklung 14 jeweils den Stapel 12' von Stäben umschlingt und zu dessen Beaufschlagung mit einem magnetischen Gleichfeld dient. Die Magnete haben die Eigenschaft, daß sie auf hohe Polstärken magnetisiert werden können und nahezu immum gegenüber einer Depolarisierung durch magnetische

Wechselfelder sind. Samarium-Kobalt-Magnete liefern sehr zu-I friedenstellende Ergebnisse für die Bereitstellung des zur Vorspannung dienenden magnetischen Gleichfeldes, das von den ¹Terfenolstäben 12 benötigt wird. Diese Permanentmagneten haben Rücklaufpermeabilitäten nahe derjeniger von Luft. Gleiches gilt für die Terfenolstäbe 12. Aufgrund der niedrigen Permeabilität der magnetostriktiven Stäbe 12 haben die einander benachbarten Enden der Magneten 13 gleiche Polarisation. Der Fluß von den gleichpolarisierten Enden jedes der Magneten 13 ist jeweils gegeneinander gerichtet, so daß ein magnetischer Rückflußweg außerhalb des Magneten gefördert wird. Ein Teil des äußeren Flusses jedes Magneten verläuft durch und längs des Stapels 12" der magnetostriktiven Stäbe zu dem anderen Ende des betreffenden Magneten, wo sich der magnetische Schließungskreis durch den Magneten hindurch vervollständigt. Die Eckblöcke 16 sind aus nichtmagnetischem Werkstoff, beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt. Die Länge und die Höhe der Magneten ist vorzugsweise gleich der Länge und der Höhe der Stapel 12' ίaus megnetostriktivem Material. Die gekrümmten Flächen 13¹¹ ,der Magneten 13 hat sich als zweckmäßig erwiesen zur Erzeugung einer gleichförmigeren Feldverteilung längs der Länge der Stapel 12' gegenüber anderen Formen von Magneten. Die gekrümmte Oberfläche 13'' ist vorzugsweise ein Teil einer elliptischen Oberfläche. Die Oberfläche 13¹¹¹ der Magneten 13 ist flach, und wie zuvor schon angemerkt, der elektrischen Wicklung 14 zugekehrt. Man hat durch Experimente festgestellt, daß für eine Magnetanordnung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, die magneti- j sehe Flußdichte an den Enden der Stäbe der Stapel 12' etwa 50 % größer ist als die magnetische Flußdichte im Zentrum des Stabes. Optimal wäre eine magnetische Flußdichte, welche über jeden magnetostriktiven Stab 12 hin konstant ist. Eine nicht-,konstante Flußdichte bewegt den Betriebspunkt für jeden der magnetostriktiven Stäbe längs der B-H-Kurve für den magnetostriktiven Stab in solcher Weise, daß das Maximum des Wechsel-'stromfeldes und damit das Maximum der akustischen Ausgangsleistung, welches zugeführt bzw. welches erzeugbar ist, ver-

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mindert wird, bevor Sättigung auftritt. Die Länge der Magneten 14 ist vorzugsweise gleich der Länge jedes der magnetostriktiven Stäbe 12 des Stapels 12', um die gleichförmigste Längsverteilung der Flußdichte in den Stäben 12 der Stapel 12' zu erreichen.

Die Magnete 13 sind außerhalb der Wicklungen 14 angeordnet, um die Wirbelsturmverluste in den Magneten 13 herabzusetzen, welche durch das Wechselfeld der Spulen 14 hervorgerufen werden. Die Abstrahlungsmassen 11 werden an den Eckblöcken 16 mittels Schrauben 11' befestigt, welche in Gewindebohrungen 16' der Eckblöcke 16 eingeschraubt sind. Die abstrahlenden Massen 11 haben jeweils Außenflächen II¹¹, die jeweils ein Viertel einer Zylinderfläche sind, so daß dann, wenn sämtliche vier Abstrahlungsmassen 11 an den jeweiligen Eckblöcken 16 befestigt sind, der sich ergebende Wandler zylindrische Gestalt hat. Jeder Teil der abstrahlenden Masse 11 ist elastisch an eine benachbarte Masse 11 angeschlossen, was durch Federmittel 17 geschieht, welche den Zwischenraum 18 zwischen den Massen 11 ausfüllen. Der Teil des Spaltes 18 zwischen den Federmitteln 17 und der Außenfläche II¹¹ ist durch eine Wasserdichtung 19, etwa aus Polyurethan, abgeschlossen, welche zusammen mit einem wasserdichten oberen Abschluß und Bodenabschluß in Form eines flexiblen Deckels (nicht dargestellt), die an die abstrahlenden Massen 11 angesetzt sind, zu einem Wandler 10 mit wasserdichtem Innenraum führt. Die Abdeckungen (nicht dargestellt) gestatten den Eintritt eines Kabels zur Halterung oder Aufhängung des Wandlers 10 und zum elektrischen Anschluß an die Teile im Innenraum des Wandlers. Spanndrähte 15 sind mittels Schrauben 15' zwischen den oberen Teilen und unteren Teilen benachbarter Abstrahlungsmassen 11 und parallel zu den Spapeln 12' der magnetostriktiven Stäbe gespannt, um die magnetostriktiven Stäbe 12 mit einer Druckkraft zu beaufschlagen und die Anordnung des Wandlers 10 zusammenzuhalten. Die Notwendigkeit, die magnetostriktiven Stäbe 12 mit einer Druckkraft vorzuspannen, ist dem Fachmann bekannt. Einzelheiten bezüglich der Verwendung der Spanndrähte 15 zur Aufbringung der Druckkraft sind in der US-Patentschrift 4 438 509 beschrieben. Wie in

dieser Druckschrift ausgeführt ist, bewirken die Spanndrähte 15, welche drehbar an den in die Abstrahlungsmassen 11 eingeschraubten Schrauben 15' angeschlossen sind, daß eine Druckkraft auf jeden Stab des Stapels 12' einwirkt. Die Abstrahlungsmassen 11 bestehen zweckmäßig aus einem nichtmagnetischen Material, etwa Aluminium, welches auch den Vorteil hat, daß es niedrige Masse besitzt. Die Magnete 13 üben eine Abstoßungskraft voneinander weg aus und werden von der Innenfläche 11''' der Abstrahlungsmittel 11 zusammengehalten und an ihrem Platz fixiert. Im Betrieb erhält der Wandler 10 eine Wechselspannung, die an jede der Wicklungen 14 angelegt wird. Für den Unipolarbetrieb des Wandlers 10, d. h., wenn die Abstrahlungsmassen 11 sich : in Phase liegend in Radi al richtung bewegen, müssen die elek- '■ trischen Wicklungen 14 so gespeist werden, daß die Richtung des magnetischen Wechselstromflusses in jedem Stapel 12' von magnetostriktiven Stäben relativ zur gleichbleibenden Flußrichtung aufgrund der Magneten 13 in jedem Stapel 12' in Phase liegt.

Im Betrieb zeigt der Wandler 10 nach Figur 1 mit der magnetischen Vorspannung durch Permanentmagnete etwas geringeren Wirkungsgrad als er erzielbar wäre, wenn ein Gleichstrom durch die Wicklungen 14 geleitet würde, um eine optimale Vorspannung zu erreichen, da die Magnete 13 eine geringere Gleichförmigkeit des gleichgerichteten magnetischen Feldes erzeugen.

Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf eine andere vorteilhafte Ausführungsform eines hier mit 20 bezeichneten magnetostriktiven Wandlers mit Permanentmagnetvorspannung der magnetostriktiven Stäbe 12. Der Wandler 20 nach Figur 2 ist ähnlich aufgebaut wie ^: der Wandler 10 nach Figur 1, wobei einander entsprechende Teile auch mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Der Wandler 20 nach Figur 2 besitzt zusätzlich zu den bereits anhand von Figur 1 beschriebenen Teilen eine Gruppe von inneren Permanentmagneten 22, welche ebenso wie die Magnete des Wandlers nach Figur 1 aus Samarium-Kobalt gefertigt sind. Die Magnete 22

befinden sich jedoch auf der Innenseite des Wandlers innerhalb eines nichtmagnetischen Behälters 23, der mindestens vier einander gegenüberliegende Wände 23' aufweist. Beispielsweise besteht der Behälter 23 aus rostfreiem Stahl. Der Behälter ist etwas kleiner als die von den elektrischen Wicklungen 14 gebildeten Innenwände, doch ist der Behälter jedenfalls groß genug, um die Magnete 22 aufzunehmen. Zwar sind in Figur 2 die Magnete 22 einander berührend und von dem Behälter 23 im Abstand liegend gezeichnet. Tatsächlich aber werden die Magnete aufgrund der entgegengesetzten Polarisation benachbarter Magnete voneinander abgestoßen und durch die Abstoßungskraft gegen die Seitenwände des Behälters 23 gedrückt. Die Magnete 13 und 22 aufeinander gegenüberliegenden Seiten ein und desselben Stapels 12' von magnetostriktiven Stäben besitzen gleichpolarisierte Enden, die einander benachbart sind.

Es sei bemerkt, daß die geometrischen Beschränkungen, denen die inneren Magnete 22 unterworfen sind, es erforderlich machen, daß sie kürzer als die magnetostriktiven Stäbe 12 sind. In dem Maße, in dem der magnetische Fluß 24, der von den äußeren Magneten 13 erzeugt wird, größere Flußdichten an den Enden als im mittleren Teil der magnetostriktiven Stäbe 12 hervorbringt, bedingt die geringere Länge der inneren Magneten 22, daß eine größere Gleichförmigkeit der Kraftflußdichte in den magnetostriktiven Stäben 12 erzeugt werden kann, da der von den kürzeren Magneten 22 erzeugte Fluß größer im mittleren Bereich der Stäbe und kleiner an ihren Enden ist. Da jeder magnetostriktive Stab 12 unter dem Einfluß des magnetischen Feldes sowohl des zugehörigen inneren Magneten 22 als auch des zugehörigen äußeren Magneten 13 steht, kann der magnetische Fluß mindestens der inneren Magneten 22 reduziert werden, um eine gleichförmigere Flußdichte im magnetostriktiven Stab 12 zu erreichen, welche annähernd die Hälfte der Sättigungsflußdichte für jeden Stab 12 ist. Die kleinere Flußdichte für jeden Magnet kann auch dadurch erreicht werden, daß die Fläche an den Enden 13' und 22* der Magneten 13 bzw. 22 verkleinert wird. Gemäß

einer Alternative wird die Stärke, mit welcher die Permanentmagnete 13 und 22 magnetisiert werden, reduziert und kann verschieden gewählt werden, um eine größere Gleichförmigkeit der Flußdichte in Längsrichtung der magnetostriktiven Stäbe 12 sicherzustellen. Man erkennt, daß auch bei den inneren Magneten 22 die nach innen weisenden Flächen 22' elliptisch geformt sind, während die den Wicklungen 14 zugewandten Flächen 22'' flach sind. Selbstverständlich besitzen die Magnete 13 und 22 eine elliptische Kontur nur in der Umfangsrichtung.

Wie schon oben ausgeführt, sind die Abstrahlungsmassen 11, die Permanentmagnete 13 und die Eckblöcke 16 in Anlage aneinander gehalten, wenn die Schrauben 11' und 15' festgezogen sind, um die Wandlereinheiten 10 bzw. 20 nach Figur 1 bzw. 2 herzustellen. Selbst nach Festziehen der Schrauben 21 ist der Spaltraum 18 noch vorhanden, um ausreichend Platz für die Umfangsänderung der Abstrahlungsmassen 11 zu lassen, wenn sie im Sinustakt eine radiale Ausdehnung und Zusammenziehung unter dem Einfluß des Wechselstromes in den Wicklungen 14 erfahren.

Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf eine wiederum andere Wandlerkonstruktion 29 zur Vornahme einer magnetischen Gleichstrom- ; vorspannung der magnetostriktiven Stäbe 12. In Figur 3 haben die Permanentmagnete 30 trapezförmige Gestalt und passen, wie zuvor ausgeführt wurde, in den Behälter 23. Die Magnete sind in dem Behälter 23 so eingesetzt, daß gleichgepolte Magnetpole nebeneinander liegen. Ihre wechselseitigen Abstoßungskräfte drängen die Magnete gegen die Seitenwände des Behälters 23 und halten sie dadurch in ihrer Lage. Eine charakteristische Kraftflußlinie 31, welche von den trapezförmigen Magneten 30 erzeugt | wird, ist in Figur 3 eingezeichnet. Die von den Magneten 30 in ^; den magnetostriktiven Stäben 12 erzeugte Kraftflußdichte ist ausreichend gleichförmig, so daß eine zufriedenstellende Wirkungsweise eines mit solchen trapezförmigen Magneten 30 ausgerüsteten Wandlers erreicht wird, ohne das äußere Magnete 13 ^; entsprechend den Figuren 1 und 2 vorgesehen werden müßten.

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Eine größere Gleichförmigkeit der Flußdichte in den magnete—

so striktiven Stäben 12 von Figur 3 kann jedoch noch/erreicht werden, daß Permanentmagnete 13 an den Außenflächen der Wicklungen 14 angesetzt werden, wenn dies gewünscht wird. Dem Fachmann bietet sich in Kenntnis der zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine Anzahl weiterer Möglichkeiten, um die hier angegebenen Konstruktionsprinzipien zu verwirklichen. Beispielsweise kann mit anderen Formen von Permanentmagneten eine noch größere Gleichförmigkeit des Vorspannungs-Magnetfeldes in den magnetostriktiven Stäben erreicht werden. Außerdem kann die hier angegebene Konstruktion zur magnetischen Vorspannung magnetostriktiver Stäbe in sogenannten Tonpilz-Wandlern und anderen Wandlerarten eingesetzt werden, welche nicht zylindrische Form besitzen.

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Claims (20)

Patentansprüche

1. Magnetostriktiver Wandler mit magnetischer Vorspannung mittels einer Permanentmagnetanordnung, gekennzeichnet durch ein paramagnetisches magnetostriktives Bauteil (12, 12')/ eine Wicklung (14) zur Erzeugung einer magnetomotorischen Kraft in ; dem magnetostriktiven Bauteil aufgrund eines Wechselstromsig- ! nalges, weiter durch mindestens einen Permanentmagneten, welcherj eine magnetische Kraftflußdichte innerhalb und entlang des ι magnetostriktiven Bauelementes (12) erzeugt, wobei die Wick- j lung (14) zwischen dem magnetostriktiven Bauelement (12) und dem betreffenden Permanentmagneten (13) hindurch verläuft, sowie durch einen Massenkörper (11), der mit dem magnetostriktiven Bauelement verbunden ist und akustische Energie abstrahlt, wenn die Wicklung mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird, um eine alternierende magnetomotorische Kraft zu erzeugen.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kraftflußdichte innerhalb des magnetostriktiven Bauelementes (12, 12¹) mittels des mindestens einen Permanentmagneten (13) im wesentlichen gleichförmig über die Länge des magnetostriktiven Bauelementes hin erzeugt wird.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß j das magnetostriktive Bauelement (12, 12') ein Seltenerdenmetall zumindest enthält.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostriktive Bauelement (12, 12¹) die Zusammensetzung ^Tbo,3 ^Dv0,7 ^Fe2 ^hat·

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Permanentmagnet (13) aus Samarium-Kobalt besteht.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Permanentmagnet (13) eine Längserstreckung in derselben Richtung wie das magnetostriktive Bauelement (12, 12¹) hat und plankonvexe Gestalt besitzt, wobei die ebene Oberfläche an die Wicklung (14) angrenzt, während die konvexe Oberfläche sich in der Längserstreckung des Permanentmagneten wölbt.

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Oberfläche des mindestens einen Permanentmagneten (13) Teil einer elliptischen Zylinderfläche ist.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Permanentmagnet (13) ein Stabmagnet mit entgegengesetzt gepolten Enden ist, daß das magnetostriktive Bauelement (12, 12¹) im wesentlichen dieselbe Länge wie der Stabmagnet hat und mit seinen Enden von den Enden des Stabmagneten durch die zwischendurch verlaufende Wicklung (14) getrennt ist.

9. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Permanentmagneten in Gestalt von Stabmagneten (13, 22) vorgesehen ist, die auf verschiedenen Seiten des magnetostriktiven Bauelementes (12, 12¹) angeordnet sind, wobei gleichnamige Pole der Stabmagneten sich in der Nähe jeweils eines Endes des magnetostriktiven Bauelementes befinden.

10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von magnetostriktiven stabförmigen Bauelementen (12, 12') aus Seltenerdenmetall vorgesehen ist, daß jedem der stabförmigen magnetostriktiven Bauelemente eine Wicklung (14) zur Erzeugung einer alternierenden magnetomotorischen Kraft durch Wechselstrombeaufschlagung zugeordnet ist und die Enden eines stabförmigen magnetostriktiven Bauelementes jeweils an die Enden benachbarter magnetostriktiver Bauelemente

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angrenzen, daß weiter eine Anzahl von Permanentmagneten (13) mit entgegengesetzt gepolten Enden vorgesehen ist und die Enden der stabförmigen magnetostriktiven Bauelemente (12, 12¹) jeweils in der Nähe der Enden mindestens eines der Permanentmagneten gelegen sind, daß fernerhin die jeweils eines der stabförmigen magnetostriktiven Bauelemente umschlingenden Wicklungen (14) zwischen den stabförmigen magnetostriktiven Bauelementen und den Permanentmagneten hindurch verlaufen und j daß die Polarität benachbarter Pole der Permanentmagneten : gleiche Polarität aufweisen. i

11. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- j

zeichnet, daß das bzw. jedes magnetostriktive Bauelement (12, j

i 12¹) aus einer Mehrzahl von Stabelementen (12) aufgebaut ist, I

welche voneinander elektrisch isoliert sind. j

12. Wandler nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch _; eine weitere Anzahl von Permanentmagneten (22), welche jeweils | auf der gegenüberliegenden Seite der Wicklungen (14) gelegen sind, welche von den erstgenannten Permanentmagneten abgewandt istjund welche gleiche magnetische Polung relativ zu den stabförmigen magnetostriktiven Bauelementen innerhalb der Wicklungen haben.

13. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß para- : magnetische magnetostriktive Stäbe (12, 12¹) derart an Eckblöcken (16) befestigt sind, daß die Eckblöcke die Ecken eines Quadrates bilden, dessen Seiten die magnetostriktiven Stäbe

■ bilden, daß um mindestens einen der magnetostriktiven Stäbe eine Wicklung (14) gelegt ist, daß eine Mehrzahl von Permanent-

j magneten mit entgegengesetzt magnetisch polarisierten Enden

; vorgesehen ist, die jeweils neben den Spulen angesetzt sind, wobei gleichnamig magnetisch gepolte Magnetstabenden jeweils

; einem Eckenblock benachbart sind, daß fernerhin eine Anzahl von Schallabstrahlungsmassen (11) vorgesehen ist, die jeweils derart

an zugehörigen Eckenblöcken befestigt sind, daß*sich"e£ne -·"*■ zylindrische Außenfläche ergibt, daß Spanndrähte (15) zwischen benachbarten Abstrahlungsmassen gespannt sind, um eine Druckverspannung der magnetostriktiven Stäbe zu erreichen, derart, daß bei Speisung der Wicklung bzw. Wicklungen (14) mit einem Wechselstrom eine alternierende Radialbewegung der zylindrischen Außenfläche des Wandlers erzeugt wird.

14. Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenbehälter (23) mit quadratischem Grundriß vorgesehen ist und daß mindestens einige der Permanentmagneten innerhalb des Behälters so angeordnet sind, daß die in den Ecken gelegenen Magnetstabenden gleiche magnetische Polung haben, wobei sich die Magneten so abstoßen, daß sie nach außen gegen die Wände des Behälters gedrückt werden und wobei der Behälter in den Raum innerhalb der die magnetostriktiven Stäbe umschlingenden Wicklungen (14) eingesetzt ist.

15. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (23) aus paramagnetischem Werkstoff besteht.

16. Wandler nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Permanentmagneten (13) auf den von den Behälterwänden abgewandten Seiten der Wicklungen (14) angeordnet sind, wobei die einander benachbarten Enden dieser weiteren Permanentmagneten jeweils gleiche magnetische Polung haben.

17. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (14) jeweils um eine Stapelanordnung (12¹) von magnetostriktiven Stabelementen (12) gewickelt sind, wobei die Enden der Stabelemente, die einander benachbart sind, gleiche Polarisierung besitzen und die Stabelemente elektrisch isoliert gehalten sind.

18. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ι in dem Behälter (23) befindlichen Stabmagneten an ihren End- i flächen einen Winkel von 45° gegenüber den Wänden des Behäl- i ters einschließen, so daß sich die Magneten bis in die Ecken [ des Behälters hinein erstrecken (Figur 3) . '

19. Wandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die j außerhalb des Behälters befindlichen Permanentmagneten eine ! Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich der Länge der
magnetostriktiven Stäbe ist.

20. Wandler nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, > daß die außerhalb des Behälters (23) befindlichen Permanent- !

magneten an ihren Enden Polflächen mit einer Oberfläche haben, ! die im wesentlichen gleich der Oberfläche der Enden der magneto-j striktiven Stäbe ist.