RO129685B1 - Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module - Google Patents
Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module Download PDFInfo
- Publication number
- RO129685B1 RO129685B1 ROA201300902A RO201300902A RO129685B1 RO 129685 B1 RO129685 B1 RO 129685B1 RO A201300902 A ROA201300902 A RO A201300902A RO 201300902 A RO201300902 A RO 201300902A RO 129685 B1 RO129685 B1 RO 129685B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- coil
- magnetostrictive
- sonic motor
- range
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Invenția se referă la un motor sonic magnetostrictiv, cu modul electronic de acționare, cu utilizare în domeniul microactuației, sonicității, mecatronicii, în special în aplicațiile unde se impun forțe mari simultan cu deplasări mici, în injecția de combustibil pentru motoare termice de puteri mai mari de 350 kW, care să satisfacă normele de poluare Euro-4 și Euro-5, în robotică și în industria spațială.The invention relates to a magnetostrictive sonic motor, with electronic actuation mode, for use in the field of micro-actuation, sonicity, mechatronics, especially in applications where high forces are required simultaneously with small displacements, in the fuel injection for thermal motors of higher powers. 350 kW, meeting the Euro-4 and Euro-5 pollution norms, in robotics and space industry.
Se cunoaște următoarea soluție tehnică:The following technical solution is known:
Un tren de impulsuri dreptunghiulare, de frecvențe f = 0,5 Hz - 3,2 kHz și factor de umplere k = 50% , excită o bobină de activare al cărei câmp magnetic se suprapune peste câmpul de bias magnetic creat de un magnet permanent, generând un efect de magnetostricțiune într-un miez activ magnetostrictiv. Efectul net constă în realizarea de oscilații mecanice ale miezului activ magnetostrictiv, de aceeași frecvență cu trenul de impulsuri dreptunghiulare. Biasul mecanic este asigurat de către un element elastic.A train of rectangular pulses, of frequencies f = 0.5 Hz - 3.2 kHz and filling factor k = 50%, excites an activation coil whose magnetic field is superimposed over the magnetic bias field created by a permanent magnet, generating a magnetostriction effect in an active magnetostrictive core. The net effect consists in performing mechanical oscillations of the magnetostrictive active core, of the same frequency with the rectangular pulse train. The mechanical bias is provided by an elastic element.
Dezavantajele sunt următoarele:The disadvantages are:
- utilizare de matrițe pentru fabricația unor magneți permanenți de construcție specială, cu geometrie cilindrică și magnetizare longitudinală;- use of dies for the manufacture of permanent magnets of special construction, with cylindrical geometry and longitudinal magnetization;
- utilizarea unei bobine de activare cu impedanță mică, ce conduce la vehicularea unor curenți mari prin bobină și, implicit, la disipație Joule mare (proporțională cu pătratul curentului absorbit);- the use of a low-impedance activation coil, which leads to the transmission of large currents through the coil and, implicitly, to the large Joule dissipation (proportional to the square of the absorbed current);
- frecvențele mecanice de oscilație nu pot fi mai mari de 3,2 kHz;- mechanical oscillation frequencies may not exceed 3.2 kHz;
- blocul amplificator de putere al bobinei de activare, component al modulului de acționare, conține tranzistori finali de putere mare, cu consum energetic ridicat;- the power amplifier block of the activation coil, component of the drive module, contains high power final transistors, with high energy consumption;
- cantități mari de materiale utilizate, datorită dimensiunilor mari ale acestora.- large quantities of materials used, due to their large size.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în extinderea intervalului de frecvență a oscilației mecanice a materialului activ magnetostrictiv dintr-un motor sonic magnetostrictiv.The technical problem that the invention solves is the extension of the frequency range of the mechanical oscillation of the magnetostrictive active material from a magnetostrictive sonic motor.
Motorul sonic magnetostrictiv cu modul electronic de acționare, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că este alcătuit dintr-o bobină de bias magnetic, excitată cu o tensiune U2 de formă PWM, furnizată de către un bloc amplificator de putere, care asigură un curent de 3 A, în valoare efectivă, prin bobina de bias, o bobină de activare dispusă alăturat bobinei de bias, și excitată cu o tensiune U1 de formă PWM, furnizată de către un alt bloc amplificator de putere, care asigură un curent de 1 A, în valoare efectivă, prin bobina de activare, un miez activ magnetostrictiv, de formă cilindrică, dispus în interiorul bobinei de bias, și fixat de un pivot superior și de un pivot inferior, miez magnetostrictiv care, în urma excitării simultane a bobinei de bias și a bobinei de activare cu tensiunile U1 și, respectiv, U2, realizează o mișcare mecanică liniară și periodică alternativă, de aceeași frecvență cu a celor două tensiuni U1 și U2, un resort de pretensionare dispus în partea superioară a miezului magnetostrictiv, care asigură biasul mecanic, un magnet permanent, de formă cilindrică, dispus în zona inferioară a motorului sonic magnetostrictiv, ce realizează biasul magnetic împreună cu bobina de bias magnetic și bobina de activare, al cărui câmp magnetic se suprapune peste câmpul magnetic produs de magnetul permanent, și un modul de comandă care furnizează o tensiune U de formă PWM, prin intermediul căreia se produce o frecvență a oscilației mecanice a materialului miezului magnetostrictiv într-un interval extins de 0,5Hz...12 kHz.The magnetostrictive sonic motor with the electronic drive according to the invention removes the above disadvantages in that it is composed of a magnetic bias coil, excited by a U2 voltage of PWM form, provided by a power amplifier block, which provides a current of 3 A, in actual value, through the bias coil, an activation coil disposed adjacent to the bias coil, and excited with a voltage U1 of PWM form, provided by another power amplifier block, which provides a current of 1A, in actual value, through the activation coil, a magnetostrictive, cylindrical-shaped core, disposed inside the bias coil, and fixed by an upper and a lower pivot, magnetostrictive core which, following the simultaneous excitation of the coil of bias and of the activation coil with voltages U1 and U2, respectively, performs an alternating linear and periodic mechanical movement, of the same frequency as the two tees. sections U1 and U2, a pretensioning spring disposed at the top of the magnetostrictive core, which provides the mechanical bias, a permanent magnet, cylindrical in shape, disposed in the lower area of the magnetostrictive sonic motor, which performs the magnetic bias together with the magnetic bias coil and the activation coil, whose magnetic field is superimposed over the magnetic field produced by the permanent magnet, and a control module that provides a U-shaped voltage PWM, through which a frequency of mechanical oscillation of the magnetostrictive core material occurs within a range extended from 0.5Hz to 12kHz.
Conform unui alt aspect al invenției, bobina de bias magnetic este bobinată pe o carcasă, cu sârmă de Cu, și este excitată cu o tensiune U2, cu valoarea vârf la vârf de 12 V, factorul de umplere în intervalul k = 10...50% și frecvența aflată în intervalul f = 0,5 Hz...12 kHz, de forma PWM2, de către blocul amplificator de putere al bobinei de bias magnetic.According to another aspect of the invention, the magnetic bias coil is wound on a housing, with Cu wire, and is excited by a voltage U2, with the peak-to-peak value of 12 V, the filling factor in the range k = 10 ... 50% and the frequency in the range f = 0.5 Hz ... 12 kHz, of the form PWM2, by the power amplifier block of the magnetic bias coil.
RO 129685 Β1RO 129685 Β1
Conform unui alt aspect al invenției, bobina de activare este bobinată pe o carcasă, 1 cu sârmă de Cu, și este excitată cu o tensiune U1, cu valoarea vârf la vârf de 12 V, factorul de umplere în intervalul k = 50...80% și frecvența aflată în intervalul f = 0,5 Hz...12 kHz, de 3 forma PWM1, de către blocul amplificator de putere al bobinei de activare.According to another aspect of the invention, the activation coil is wound on a housing, 1 with Cu wire, and is excited by a voltage U1, with the peak-to-peak value of 12 V, the filling factor in the range k = 50 ... 80% and the frequency in the range f = 0.5 Hz ... 12 kHz, of 3 PWM1 form, by the power amplifier block of the activation coil.
Conform unui alt aspect al invenției, miezul activ magnetostrictiv este din Terfenol-D 5 și realizează o variație relativă a lungimii λ = ΔΙ/I în intervalul λ = 1000...4000 ppm, atunci când este supus unui câmp magnetic orientat longitudinal. 7According to another aspect of the invention, the magnetostrictive active core is made of Terfenol-D 5 and achieves a relative variation in length λ = ΔΙ / I in the range λ = 1000 ... 4000 ppm, when subjected to a longitudinally oriented magnetic field. 7
Conform unui alt aspect al invenției, resortul de pretensionare, care asigură biasul mecanic, are valoarea constantei elastice cuprinsă în intervalul K = 4000...5000 N/m. 9According to another aspect of the invention, the pretensioning spring, which provides the mechanical bias, has the value of the elastic constant in the range K = 4000 ... 5000 N / m. 9
Conform unui alt aspect al invenției, blocul de comandă este format dintr-un generator de semnal PWM, o interfață optică, o sursă stabilizată de tensiune continuă +12 V/3 A, 11 un convertor cu separare optică +12 Vcc/+5 Vcc și un generator de undă dreptunghiulară, cu amplitudinea Uw = +5 V, frecvența variabilă f = 0,5 Hz... 12 kHz și factorul de umplere variabil 13 k= 10...90%.According to another aspect of the invention, the control block is composed of a PWM signal generator, an optical interface, a stabilized DC + 12 V / 3 A source, 11 a +12 V DC / + 5 optical separation converter V cc and a rectangular wave generator, with amplitude U w = + 5 V, variable frequency f = 0.5 Hz ... 12 kHz and variable filling factor 13 k = 10 ... 90%.
Conform unui alt aspect al invenției, blocul amplificator de putere al bobinei de acti- 15 vare este alcătuit dintr-un etaj buffer, realizat cu două tranzistoare complementare, ce formează o interfață între blocul de comandă și un etaj pilot cu un tranzistor, și un etaj final, for- 17 mat din două tranzistoare ce comandă bobina de activare a motorului sonic magnetostrictiv.According to another aspect of the invention, the power amplifier block of the actuating coil is composed of a buffer floor, made with two complementary transistors, which form an interface between the control block and a pilot stage with a transistor, and a final floor, consisting of two transistors controlling the activation coil of the magnetostrictive sonic motor.
Conform unui alt aspect al invenției, blocul amplificator de putere al bobinei de bias 19 magnetic este alcătuit dintr-un etaj buffer, realizat cu două tranzistoare complementare, ce formează o interfață între blocul de comandă și un etaj pilot realizat cu un tranzistor, și un 21 etaj final format din două tranzistoare ce comandă bobina de bias magnetic a motorului sonic magnetostrictiv. 23According to another aspect of the invention, the power amplifier block of the magnetic bias coil 19 is made up of a buffer floor, made with two complementary transistors, which forms an interface between the control block and a pilot stage made with a transistor, and a 21st floor floor consisting of two transistors controlling the magnetic bias coil of the magnetostrictive sonic motor. 2. 3
Avantajele invenției sunt următoarele:The advantages of the invention are the following:
- frecvența oscilației mecanice a miezului activ magnetostrictiv se află într-un interval 25 extins de frecvențe, și anume, 0,5 Hz...12 kHz;- the frequency of mechanical oscillation of the magnetostrictive active core lies within an extended range of frequencies, namely, 0,5 Hz ... 12 kHz;
- pentru fiecare frecvență din intervalul extins 0,5 Hz... 12 kHz, amplitudinea oscilației 27 mecanice a materialului activ magnetostrictiv este mai mare cu 10... 12% față de construcțiile cunoscute; 29- for each frequency in the extended range 0.5 Hz ... 12 kHz, the amplitude of the mechanical oscillation 27 of the magnetostrictive active material is greater than 10 ... 12% compared to the known constructions; 29
- datorită minimizării curentului prin bobina de activare, energia pierdută prin disipație Joule este cu 40...50% mai mică. Acest fapt se datorează, pe de o parte, unei impedanțe 31 echivalente mărite pentru bobina de activare, iar pe de altă parte, micșorării factorului de umplere a tensiunii de forma PWM de la bornele acesteia, care se află în intervalul 33 k = 50...80%;- Due to the minimization of the current through the activation coil, the energy lost through the Joule dissipation is 40 ... 50% lower. This is due, on the one hand, to an increased impedance 31 for the activation coil, and on the other, to the decrease of the voltage filling factor of the PWM form from its terminals, which is in the range 33 k = 50. ..80%;
- energia pierdută prin disipație Joule în componentele de putere din blocul amplifica- 35 tor de putere al bobinei de activare se reduce cu 40...50%, din aceleași motive enunțate la punctul anterior; 37- the energy lost by Joule dissipation in the power components in the power amplifier block of the activation coil is reduced by 40 ... 50%, for the same reasons stated in the previous point; 37
- elimină magnetul permanent cu geometrie cilindrică, utilizat în construcția cunoscută, care generează câmpul magnetic de bias, și se folosește un ansamblu format dintr-o 39 bobină de bias magnetic și un magnet permanent cu un volum de sub 1 % din volumul magnetului permanent utilizat în construcțiile cunoscute, deoarece greutatea magnetului perma- 41 nent este mult mai mare în raport cu greutatea bobinei de bias magnetic. în plus, se elimină și un dezavantaj referitor la demagnetizarea magnetului permanent atunci când temperatura 43 de lucru se află în intervalul +80...+150°C. Magnetul permanent, conform invenției, nu se demagnetizează datorită poziționării acestuia în imediata apropiere a materialului activ 45 magnetostrictiv;- eliminates the permanent magnet with cylindrical geometry, used in the known construction, which generates the magnetic field of bias, and uses an assembly consisting of a 39 magnetic bias coil and a permanent magnet with a volume of less than 1% of the volume of the permanent magnet used in known constructions, because the weight of the permanent magnet is much higher in relation to the weight of the magnetic bias coil. In addition, a disadvantage regarding the demagnetization of the permanent magnet is eliminated when the working temperature is in the range +80 ... + 150 ° C. The permanent magnet, according to the invention, does not demagnetize due to its positioning in the immediate vicinity of the active magnetostrictive material;
- cantitatea de materiale utilizată este redusă și, implicit, și greutatea totală. 47- the quantity of materials used is reduced and, implicitly, the total weight. 47
RO 129685 Β1RO 129685 Β1
Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătura cu fig. 1...8, ce reprezintă:The following is an example of an embodiment of the invention, in connection with FIG. 1 ... 8, representing:
- fig. 1, secțiune prin motorul sonic magnetostrictiv, conform invenției;FIG. 1, section through the magnetostrictive sonic motor according to the invention;
- fig. 2, schema bloc a modulului electronic de acționare, conform invenției;FIG. 2, the block diagram of the electronic drive module according to the invention;
- fig. 3, schema electronică a modulului electronic de acționare, conform invenției;FIG. 3, the electronic diagram of the electronic actuator module, according to the invention;
- fig. 4, diagrama de deplasare în funcție de timp, a miezului magnetostrictiv, pentru o tensiune cu caracteristicile: f = 100 Hz, A = 12 Vvv și k= 80%, aplicată bobinei de activare;FIG. 4, the time-displacement diagram of the magnetostrictive core, for a voltage with the characteristics: f = 100 Hz, A = 12 V vv and k = 80%, applied to the activation coil;
- fig. 5, diagrama de deplasare, în funcție de timp, a miezului activ magnetostrictiv, pentru o tensiune cu caracteristicile: f = 5 kHz, A = 12 Vvv și k = 80%, aplicată bobinei de activare;FIG. 5, the displacement diagram, as a function of time, of the magnetostrictive active core, for a voltage with the characteristics: f = 5 kHz, A = 12 V vv and k = 80%, applied to the activation coil;
- fig. 6, transformata Fourier Rapidă (FFT) a accelerației miezului magnetostrictiv, pentru o frecvență fundamentală de f = 2500 Hz;FIG. 6, the fast Fourier transform (FFT) of the magnetostrictive core acceleration, for a fundamental frequency of f = 2500 Hz;
- fig. 7, oscilograma tensiunii aplicate bobinei de activare;FIG. 7, the oscillogram of the voltage applied to the activation coil;
- fig. 8, câmpul de temperatură al motorului sonic magnetostrictiv, după o oră de funcționare.FIG. 8, the temperature field of the magnetostrictive sonic motor, after one hour of operation.
Motorul sonic magnetostrictiv, conform invenției (fig. 1), este format din trei subansambluri a), b) și c), nefigurate pe desene.The magnetostrictive sonic motor, according to the invention (fig. 1), is composed of three sub-assemblies a), b) and c), not shown on the drawings.
Subansamblul a) este alcătuit dintr-o bobină de bias magnetic 1, ce are un număr N2 = 145 spire, este bobinată pe carcasa bobinei de bias magnetic 2, cu sârmă de Cu, cu secțiunea Φ = 0,6 mm, este izolată cu lac email cu clasa de izolație H, este excitată cu o tensiune U2 de forma PWM2 (Puise Width Modulation 2) de către un bloc amplificator de putere BA1 al bobinei de bias magnetic prezentat în fig. 2 și 3, și prezintă următoarele caracteristici: valoarea vârf la vârf de 12 V, factorul de umplere în intervalul k = 10...50% și frecvența aflată în intervalul f = 0,5 Hz... 12 kHz.The subassembly a) is composed of a magnetic bias coil 1, which has a number N2 = 145 turns, is wound on the housing of the magnetic bias coil 2, with Cu wire, with the section Φ = 0.6 mm, is insulated with enamel lacquer with insulation class H, is excited with a voltage U2 of the form PWM2 (Puise Width Modulation 2) by a power amplifier block BA1 of the magnetic bias coil shown in fig. 2 and 3, and has the following characteristics: 12 V peak-to-peak value, filling factor in the range k = 10 ... 50% and frequency in the range f = 0.5 Hz ... 12 kHz.
Subansamblul b) este alcătuit dintr-o bobină de activare 3, ce are un număr N1 = 138 spire, este bobinată pe carcasa bobinei de activare 4, cu sârmă de Cu, cu secțiunea Φ = 0,6 mm, este izolată cu lac email cu clasă de izolație H, este excitată cu o tensiune U1 de forma PWM1 (Puise Width Modulation 2), de către un bloc amplificator de putere BA2 al bobinei de activare prezentatîn fig. 2 și 3, și prezintă următoarele caracteristici: valoarea vârf la vârf de 12 V, factorul de umplere în intervalul k = 50...80%. și frecvența aflată în intervalul f = 0,5 Hz...12 kHz.The subassembly b) is made up of an activation coil 3, which has a number N1 = 138 turns, is wound on the casing of the activation coil 4, with Cu wire, with the section Φ = 0.6 mm, is insulated with an enamel lacquer with insulation class H, is excited by a voltage U1 of the form PWM1 (Puise Width Modulation 2), by a power amplifier block BA2 of the activation coil shown in fig. 2 and 3, and has the following characteristics: 12 V peak-to-peak value, filling factor in the range k = 50 ... 80%. and the frequency in the range f = 0.5 Hz ... 12 kHz.
Subansamblul c) este alcătuit dintr-un miez activ magnetostrictiv 5 din Terfenol-D, de formă cilindrică, ce realizează o variație relativă a lungimii λ = ΔΙ/I, în intervalul λ =Subassembly c) is composed of a magnetostrictive active core 5 of cylindrical Terfenol-D, which achieves a relative variation of the length λ = ΔΙ / I, in the range λ =
1000...4000 ppm, atunci când este supus unui câmp magnetic orientat longitudinal. Miezul este fixat de către doi pivoți: un pivot superior 6, care preia mișcarea liniară alternativă de la miezul activ magnetostrictiv 5 din Terfenol-D, și un pivot inferior 7, de fixare. Un resort de pretensionare 8, cu 4 spire și valoarea constantei elastice în intervalul k = 4000...5000 N/m, asigură biasul mecanic. Biasul magnetic este realizat prin acțiunea combinată a câmpului magnetic produs de un magnet permanent 9, de formă cilindrică, dispus în zona inferioară a motorului sonic magnetostrictiv, și a unui alt câmp magnetic produs de către bobina de bias magnetic 1, dispusă alăturat bobinei de activare 3, ce se suprapune peste câmpul magnetic produs de magnetul permanent 9.1000 ... 4000 ppm, when subjected to a longitudinally oriented magnetic field. The core is fixed by two pivots: an upper pivot 6, which assumes the alternative linear motion from the magnetostrictive active core 5 of Terfenol-D, and a lower pivot 7, for fixing. A pretensioning spring 8, with 4 turns and the value of the elastic constant in the range k = 4000 ... 5000 N / m, ensures the mechanical bias. The magnetic bias is achieved by the combined action of the magnetic field produced by a permanent magnet 9, cylindrical in shape, disposed in the lower area of the magnetostrictive sonic motor, and another magnetic field produced by the magnetic bias coil 1, disposed next to the activation coil 3, which overlaps the magnetic field produced by the permanent magnet 9.
Toate cele trei subansambluri a), b) și c) se montează într-o semicarcasă 10 a motorului sonic, de formă cilindrică, din oțel cu inducția remanentă în intervalul Br = 0,2...0,4 Wb/m2, care, împreună cu un capac 11, de asemenea din oțel cu inducția remanentă în intervalul Br = 0,2...0,4 Wb/m2, formează carcasa motorului sonic.All three subassemblies a), b) and c) are mounted in a semi-carcass 10 of the cylindrical sonic steel motor with the remaining induction in the range B r = 0,2 ... 0,4 Wb / m 2 , which, together with a cap 11, also of steel with the remaining induction in the range B r = 0,2 ... 0,4 Wb / m 2 , forms the sonic motor housing.
RO 129685 Β1RO 129685 Β1
Modulul electronic de acționare a motorului sonic, conform invenției, este alcătuit din 1 trei blocuri funcționale:The electronic module for actuating the sonic motor according to the invention consists of 1 three functional blocks:
- un bloc de comandă BC, conform fig. 2 și 3, alcătuit dintr-un generator de semnal 3 PWM, realizat cu DRV101T, o interfață optică HCPL 2630, o sursă stabilizată de tensiune continuă +12 V/3 A, un convertor cu separare optică +12 Vcc/+5 VCc, și un generator de undă 5 dreptunghiulară cu caracteristicile: amplitudinea Uw = +5 V, frecvența variabilă f =- a control block BC, according to fig. 2 and 3, made up of a 3 PWM signal generator, made with DRV101T, an HCPL 2630 optical interface, a +12 V / 3 A DC voltage stabilized source, a +12 V DC / + 5 V optical separation converter Cc , and a rectangular wave generator 5 with the characteristics: amplitude U w = +5 V, variable frequency f =
0,5 Hz...12 kHz și factorul de umplere variabil k = 10...90%. 70.5 Hz ... 12 kHz and variable filling factor k = 10 ... 90%. 7
Când comutatorul SW2 se află în starea reprezentată conform fig. 3, blocul de comandă prezintă următoarea funcționare: 9When the switch SW 2 is in the state shown in fig. 3, the control unit has the following operation: 9
Pe intrarea generatorului de semnal PWM, realizat cu DRV101T, pin 1, fig. 3, se aplică un semnal dreptunghiular, cu amplitudinea Uw = +5 V, frecvența variabilă f = 11On the input of the PWM signal generator, made with DRV101T, pin 1, fig. 3, a rectangular signal is applied, with the amplitude U w = +5 V, the variable frequency f = 11
O, 5 Hz...12 kHz și factorul de umplere variabil k = 10...90%, de la un generator de undă dreptunghiulară. La ieșirea circuitului DRV101T, pin 6, fig. 3, se obțin forme de undă 13 dreptunghiulare cu amplitudinea U1vv = +12 V, frecvența variabilă f = 0,5 Hz...12 kHz și factorul de umplere variabil k = 10...90%, care se aplică la intrarea blocului amplificator de 15 putere BA2 al bobinei de activare.O, 5 Hz ... 12 kHz and variable filling factor k = 10 ... 90%, from a rectangular wave generator. At the output of the DRV101T circuit, pin 6, fig. 3, the rectangular waveforms 13 are obtained with the amplitude U1 vv = +12 V, the variable frequency f = 0.5 Hz ... 12 kHz and the variable filling factor k = 10 ... 90%, which is applied to the input of the 15 power amplifier block BA2 of the activation coil.
Când comutatorul SW2 se află în starea disjunctă celei reprezentate în fig. 3, atunci 17 blocul de comandă BC prezintă următoarea funcționare:When the switch SW 2 is in the disjoint state of that shown in FIG. 3, then 17, the control block BC has the following operation:
Pe intrarea generatorului de semnal PWM, realizat cu DRV101T, pinul 1, fig. 3, se 19 aplică un semnal „1 logic, în logica TTL, prin intermediul unei interfețe optice, HCPL 2630.On the input of the PWM signal generator, made with DRV101T, pin 1, fig. 3, 19 a logic signal 1 is applied, in TTL logic, through an optical interface, HCPL 2630.
în acest caz, motorul sonic magnetostrictiv funcționează în „modul liniar, caz în care 21 factorul de umplere al tensiunii de comandă, aplicată blocului amplificator de putere BA2 al bobinei de activare, este reglabil în limitele k= 10...90%, prin intermediul unor potențiometre 23In this case, the magnetostrictive sonic motor operates in the "linear mode", in which case the control voltage filling factor 21, applied to the power amplifier block BA2 of the activation coil, is adjustable within the limits k = 10 ... 90%, by by means of potentiometers 23
P. , și P2, iar frecvența este constantă f = 24 kHz;P., and P 2 , and the frequency is constant f = 24 kHz;
- blocul amplificator de putere BA2 al bobinei de activare, conform fig. 2 și 3, este 25 alcătuit dintr-un etaj buffer, realizat cu două tranzistoare T1 și T2 complementare, cu rol de interfață între blocul de comandă BC și etajul pilot, care este realizat cu un tranzistor T3. 27- the power amplifier block BA2 of the activation coil, according to fig. 2 and 3, it is 25 consisting of a buffer floor, made with two complementary transistors T1 and T2, with the role of interface between the control block BC and the pilot floor, which is realized with a transistor T3. 27
Tranzistoarele T4 și T5, de tip IGBT (Izolate Gate Bipolar Tranzistor), formează etajul final al blocului amplificator de putere BA2 al bobinei de activare, ce comandă bobina de 29 activare 3 a motorului sonic magnetostrictiv;The T4 and T5 transistors, type IGBT (Isolated Bipolar Transistor Gate), form the final floor of the power amplifier block BA2 of the activation coil, which controls the 29 activation coil 3 of the magnetostrictive sonic motor;
- blocul amplificator de putere BA1 al bobinei de bias magnetic 1, conform fig. 2 și 31 3, este alcătuit dintr-un etaj buffer, realizat cu două tranzistoare T6 și T7 complementare, cu rol de interfață între blocul de comandă BC și etajul pilot, care este realizat cu tranzistorul T8. 33- the power amplifier block BA1 of the magnetic bias coil 1, according to fig. 2 and 31 3, it is made up of a buffer floor, made with two complementary transistors T6 and T7, with the interface role between the control block BC and the pilot floor, which is realized with the transistor T8. 33
Tranzistoarele T9 și T10, de tip IGBT (Izolate Gate Bipolar Tranzistor), formează etajul final al blocului amplificator de putere BC al bobinei de bias magnetic 1, ce comandă 35 bobina de bias magnetic a motorului sonic magnetostrictiv.Transistors T9 and T10, type IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor), form the final floor of the power amplifier block BC of the magnetic bias coil 1, which commands 35 magnetic bias coil of the magnetostrictive sonic motor.
Motorul sonic magnetostrictiv cu modul electronic de acționare funcționează în modul 37 următor:The magnetostrictive sonic motor with electronic drive operates in the following mode 37:
Bobina de activare 3, conform fig. 2 și 3, este excitată cu tensiunea U1, de forma 39 PWM1 (Puise Width Modulation 1), prin intermediul blocului amplificator de putere BA2 al bobinei de activare. De asemenea, bobina de bias magnetic, conform fig. 2 și 3, este excitată 41 cu tensiunea U2, de forma PWM2 (Puise Width Modulation 2), prin intermediul blocului amplificator de putere BA1 al bobinei de bias magnetic. 43Activation coil 3, according to fig. 2 and 3, it is excited by the voltage U1, of the form 39 PWM1 (Puise Width Modulation 1), through the power amplifier block BA2 of the activation coil. Also, the magnetic bias coil, according to fig. 2 and 3, it is excited 41 with voltage U2, of the form PWM2 (Puise Width Modulation 2), through the power amplifier block BA1 of the magnetic bias coil. 43
Frecvența tensiunii U1 este egală cu frecvența tensiunii U2, pentru o valoare fixată în intervalul de valori f = 0,5 Hz...12 kHz, valoarea vârf la vârf a tensiunii U1 este egală cu 45 valoarea vârf la vârf a tensiunii U2, și anume, 12 Vvv, însă factorul de umplere al tensiunii U1 se află în intervalul de valori k = 50...80%, iar factorul de umplere al tensiunii U2 se află în 47 intervalul de valori k = 10...50%, interval ales în scopul de a minimiza pierderile prin efectulThe frequency of voltage U1 is equal to the frequency of voltage U2, for a value set in the range of values f = 0.5 Hz ... 12 kHz, the peak-to-peak value of voltage U1 is equal to 45 the peak-to-peak value of voltage U2, and that is, 12 V vv , but the filling factor of voltage U1 is in the range of values k = 50 ... 80%, and the filling factor of voltage U2 is in 47 the range of values k = 10 ... 50% , interval chosen to minimize losses through the effect
RO 129685 Β1RO 129685 Β1
Joule-Lenz. Ca urmare a excitării simultane a celor două bobine cu tensiunile U1, respectiv, U2, materialul activ al miezului magnetostrictiv 5 al motorului sonic magnetostrictiv va realiza o mișcare liniară și periodică alternativă, de aceeași frecvență cu a celor două tensiuni U1 și U2. Biasul magnetic este obținut prin efectul cumulat al câmpului magnetic constant al magnetului permanent 9 și al unui alt câmp magnetic pulsatoriu, realizat de bobina de bias magnetic 1. Magnetul permanent 9 este plasat astfel încât să permită închiderea câmpului magnetic, prin intermediul materialului miezului activ magnetostrictiv 5.Joule-Lenz. As a result of the simultaneous excitation of the two coils with the voltages U1, respectively, U2, the active material of the magnetostrictive core 5 of the magnetostrictive sonic motor will perform an alternating linear and periodic motion, of the same frequency as of the two voltages U1 and U2. The magnetic bias is obtained by the cumulative effect of the constant magnetic field of the permanent magnet 9 and of another pulsating magnetic field, made by the magnetic bias coil 1. The permanent magnet 9 is placed in such a way as to allow the magnetic field to be closed, by means of the magnetostrictive active core material. 5.
O presolicitare mecanică, numită bias mecanic, determină rotații ale momentelor magnetice pentru materialul activ al miezului magnetostrictiv, astfel încât acestea să fie aliniate perpendicular pe forța de tensionare aplicată. în consecință, o variație ΔΒ a inducției magnetice a câmpului magnetic aplicat materialului activ, al miezului magnetic magnetostrictiv 5, produce o variație ΔΙ a materialului activ al miezului magnetic magnetostrictiv 5, astfel încât ΔΙ » ΔΙυ unde ΔΙή este variația lungimii materialului activ al miezului magnetic magnetostrictivîn absența biasului mecanic. Conform invenției, biasul mecanic este asigurat de către un resort de pretensionare 8, având 4 spire și valoarea constantei elastice în intervalul k = 4000...5000 N/m.A mechanical pre-stress, called mechanical bias, determines rotations of the magnetic moments for the active material of the magnetostrictive core so that they are aligned perpendicular to the applied tensile force. Accordingly, a variation ΔΒ of the magnetic induction of the magnetic field applied to the active material, of the magnetostrictive magnetic core 5, produces a variation ΔΙ of the active material of the magnetostrictive magnetic core 5, so that ΔΙ »ΔΙ υ where ΔΙ ή is the variation of the active material length of magnetic core magnetostrictive in the absence of mechanical bias. According to the invention, the mechanical bias is provided by a pretensioning spring 8, having 4 turns and the value of the elastic constant in the range k = 4000 ... 5000 N / m.
în fig. 4 și 5 este prezentată variația amplitudinii oscilației mecanice realizate de către miezul activ magnetostrictiv 5, în funcție de timp, pentru două frecvențe diferite; la frecvența f = 100 Hz (fig. 4), amplitudinea oscilației mecanice este A = 0,3 pm, respectiv, la frecvența f = 5 kHz (fig. 5), amplitudinea oscilației mecanice este A = 0,04 pm. Măsurătorile au fost efectuate cu un sistem de măsurare ce utilizează interferometru Agilent 5529B cu kit de măsurări liniare 55280 A. Rezultă că amplitudinea oscilației mecanice a materialului activ magnetostrictiv este mai mare cu 10...12% față de construcțiile cunoscute.in FIG. 4 and 5 shows the variation of the amplitude of the mechanical oscillation performed by the magnetostrictive active core 5, as a function of time, for two different frequencies; at the frequency f = 100 Hz (fig. 4), the amplitude of the mechanical oscillation is A = 0.3 pm, respectively, at the frequency f = 5 kHz (fig. 5), the amplitude of the mechanical oscillation is A = 0.04 pm. The measurements were performed with a measuring system using Agilent 5529B interferometer with linear measuring kit 55280 A. It turns out that the amplitude of the mechanical oscillation of the magnetostrictive active material is 10 ... 12% higher than the known constructions.
Frecvența oscilației mecanice a materialului activ magnetostrictivîn intervalul extins de 0,5 Hz... 12 kHz, net superior frecvențelor mecanice obținute în construcție cunoscută, se obține datorită unui cumul de factori:The frequency of the mechanical oscillation of the magnetostrictive active material in the extended range of 0,5 Hz ... 12 kHz, well above the mechanical frequencies obtained in the known construction, is obtained due to a combination of factors:
- excitării bobinei de bias magnetic și a bobinei de activare cu tensiuni cu forma de undă PWM. Câmpul magnetic de premagnetizare este produs de bobina de bias magnetic, împreună cu un magnet permanent de dimensiuni mult mai mici față de cel utilizat în construcțiile clasice. Câmpul magnetic de bias, obținut în această construcție, este controlat prin intermediul modulului electronic de acționare, prin tensiunea aplicată bobinei de bias;- excitation of the magnetic bias coil and the voltage coil with the PWM waveform voltage. The magnetic field of pre-magnetization is produced by the magnetic bias coil, together with a permanent magnet of much smaller dimensions than the one used in classical constructions. The magnetic field of bias, obtained in this construction, is controlled by means of the electronic drive module, by the voltage applied to the bias coil;
- construcției mecanice speciale, în care elementele în mișcare au inerție mică, ceea ce conduce la mărirea intervalului de frecvențe obținut;- special mechanical construction, in which the moving elements have little inertia, which leads to an increase of the obtained frequency range;
- pentru fiecare dintre frecvențele din domeniul extins 0,5 Hz...12 kHz, amplitudinea oscilației mecanice a materialului activ magnetostrictiv este mai mare cu până la 10% decât cea obținută în soluție clasică.- for each of the frequencies in the extended range 0.5 Hz ... 12 kHz, the amplitude of the mechanical oscillation of the magnetostrictive active material is up to 10% higher than that obtained in the classical solution.
în fig. 6 este prezentată Transformata Fourier Rapidă (FFT) a accelerației miezului activ magnetostrictiv, pentru o frecvență fundamentală de f = 2500 Hz. Cele două armonice care însoțesc fundamentala au frecvențele de fA1 = 1,6 kHz, respectiv, fA2 = 2 kHz. Amplitudinea acestor armonice este însă de 0,018 ms2 (cu mult mai mică decât a fundamentalei) față de cea a fundamentalei, care este de 0,082 ms 2. Sistemul utilizat pentru măsurarea vibrațiilor mecanice este Panasonic, cu accelerometru tip PCB353B03 și software de prelucrare și analiză Soundbook.in FIG. 6 shows the Fast Fourier Transform (FFT) of the magnetostrictive active core acceleration, for a fundamental frequency of f = 2500 Hz. The two harmonics accompanying the fundamental have frequencies of f A1 = 1.6 kHz, respectively f A2 = 2 kHz. However, the amplitude of these harmonics is 0.018 ms 2 (much smaller than the fundamental) compared to the fundamental one, which is 0.082 ms 2 . The system used to measure mechanical vibration is Panasonic, with PCB353B03 accelerometer and Soundbook processing and analysis software.
în fig. 7 este prezentată oscilograma tensiunii aplicate bobinei de activare; se observă forma cvasidreptunghiulară a formei de undă. Oscilograma este realizată cu osciloscopul Tektronix DPO4032.in FIG. 7 shows the voltage oscillogram applied to the activation coil; the quasi-rectangular shape of the waveform is observed. The oscillogram is performed with the Tektronix DPO4032 oscilloscope.
RO 129685 Β1 în fig. 8 este prezentat câmpul de temperatură al motorului sonic magnetostrictiv, 1 după o oră de funcționare. Temperatura maximă înregistrată și vizualizată de către gridul suprapus pe imaginea termografică este de TMAX = 38,2°C. Imaginea termografică se 3 realizează cu echipamentul de termoviziune Fluke Ti 20.RO 129685 Β1 in fig. 8 shows the temperature field of the magnetostrictive sonic motor, 1 after one hour of operation. The maximum temperature recorded and viewed by the grid superimposed on the thermographic image is T MAX = 38.2 ° C. The thermographic image is made with the Fluke Ti 20 thermal imaging equipment.
Invenția definește o familie de produse, deoarece frecvența tensiunii de excitație U1, 5 de forma PWM1, aplicată bobinei de activare, respectiv, frecvența tensiunii de excitație U2, de forma PWM2, aplicată bobinei de bias magnetic, impun caracteristicile mecanice și 7 gabaritul motorului sonic magnetostrictiv.The invention defines a family of products, because the frequency of the excitation voltage U1, 5 of the PWM1 form, applied to the activation coil, respectively, the frequency of the excitation voltage U2, of the form PWM2, applied to the magnetic bias coil, impose the mechanical characteristics and 7 the gauge of the sonic motor. magnetostrictive.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300902A RO129685B1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300902A RO129685B1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO129685A0 RO129685A0 (en) | 2014-07-30 |
| RO129685B1 true RO129685B1 (en) | 2016-07-29 |
Family
ID=51221061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201300902A RO129685B1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO129685B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106100436B (en) * | 2016-06-24 | 2017-11-03 | 沈阳工业大学 | Nested type giant magnetostrictive actuator |
-
2013
- 2013-11-26 RO ROA201300902A patent/RO129685B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO129685A0 (en) | 2014-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | Analytical model for predicting maximum reduction levels of vibration and noise in switched reluctance machine by active vibration cancellation | |
| Pindoriya et al. | An analysis of vibration and acoustic noise of BLDC motor drive | |
| Cassidy et al. | Design of electromagnetic energy harvesters for large-scale structural vibration applications | |
| EA200701824A1 (en) | POWER DIAGRAM OF EXCITATION FOR CONTROLLING A ULTRASONIC CONVERTER WITH A VARIABLE LOAD | |
| WO2010151738A3 (en) | Piezomagnetoelastic structure for broadband vibration energy harvesting | |
| Khan et al. | Electromagnetic-based bridge energy harvester using traffic-induced bridge's vibrations and ambient wind | |
| Bradai et al. | Electrodynamic resonant energy harvester for low frequencies and amplitudes | |
| RO129685B1 (en) | Sonic magnetostrictive motor with electronic actuation module | |
| Spreemann et al. | Comparative study of electromagnetic coupling architectures for vibration energy harvesting devices | |
| Cao et al. | An equivalent circuit model and energy extraction technique of a magnetostrictive energy harvester | |
| JP6452290B2 (en) | Vibration reduction device | |
| Novak et al. | Efficiency mapping of a 100 kW PMSM for traction applications | |
| RU2496216C1 (en) | Linear generator of back-and-forth movement | |
| JP2015512608A5 (en) | ||
| Panthongsy et al. | A test bench for characterization of piezoelectric frequency up-converting energy harvesters | |
| Elamin | Acoustic noise mitigation of switched reluctance machines through skewing methods | |
| CN105591520A (en) | Linear motor and integrated control chip | |
| Ghazaly et al. | Force characterization of a tubular linear electromagnetic actuator using finite element analysis method (fem) | |
| JP2010514389A (en) | System and method for magnetically driven reciprocating motion | |
| Chen et al. | Modeling of wireless power system with giant magnetostrictive material load under multi-field coupling | |
| Zhang et al. | Primary analysis of frequency characteristics in a miniature self-propelling device using Fe-Ga alloys (Galfenol) | |
| Jagieła et al. | Chaotic behavior of new nonlinear electromagnetic microgenerator harvesting energy from mechanical vibrations | |
| Choi et al. | Comparison and dynamic behavior of moving-coil linear oscillatory actuator with/without mechanical spring driven by rectangular voltage source | |
| Pîslaru-Dănescu et al. | Prototyping a proportionally electromagnetic actuator with wide displacement of its mobile part | |
| RO131167A2 (en) | Magnetostrictive linear motor |