RU1091792C

RU1091792C - Magnetostrictive step motor of angular displacement

Info

Publication number: RU1091792C
Application number: SU823511431A
Authority: RU
Inventors: П.А. Грахов; С.Т. Кусимов; А.З. Тлявлин
Original assignee: Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1993-06-30

Abstract

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий основание, закрепленный на основании цилиндрический- замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого жестко св зан с кожухом, а Изобретение относитс к области электротехники, более конкретно к магнитострикционным устройствам малых угловых перемещений, и может быть использовано как исполнительный элемент различных устройств и систем в станкостроении, оптикомеханической промышленности и в других област х техники, где необходимо осуществл ть точные угловые шаговые микроперемещеНИЯо Известен магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, полый цилиндрический магнитострикцидругой сопр жен с одним из торцов фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному менту, , установленный на основании с возможностью фиксации углового положени вала, обмотки продольного и циркул рного намагничивани , о т л и ч а ю ли и и с тем, что, с целью повышени быстродейгстви , точности и нагрузочной способности , замыкающий кожух выполнен из материала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента , и жестко св зан с основанием со стороны креплени магнитострикционного элемента, причем свободный торец кожуха сопр жен с другим тор (/}. цом фланца выходного вала, а обмотС ка циркул рного намагничивани охватывает кожух и магнитострикционный элемент. О ю онный элемент, обмотки продольного VI циркул рного намагничивани , замыкаюЮ Ю щий кожух, два электромагнитных зажима , контактный узел. Недостатком известного двигател вл етс наличие линейных перемещений выходного конца магнитострикционного элемента, что приводит к снижению точности выполнени перемещений устройством, в котором используетс данный привоДо Кроме того, применение двух электромагнитных зажимов снижает быстродействие привода, а необходимость исA MAGNETOSTRICTION STEP-BY-STEP MOVEMENT ENGINE containing a base fixed on the base of a cylindrical-closing casing, a hollow cylindrical magnetostrictive element, one end of which is rigidly connected to the casing, and the invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly to magnetostrictive devices of small angular displacements, and can be used as an actuator of various devices and systems in machine tool industry, optomechanical industry and in other fields of technology, g It is necessary to carry out accurate angular stepping micromovements. A magnetostrictive stepper motor is known, comprising a base, a hollow cylindrical magnetostrictive coupled to one of the ends of the output shaft flange located coaxially with the magnetostrictive ment, mounted on the base with the possibility of fixing the angular position of the shaft, the longitudinal and circular windings magnetization, due to the fact that, in order to increase speed, accuracy and load capacity, the closing casing Execute a material with a coefficient of magnetostriction of opposite sign than the material of the magnetostrictive element, and rigidly connected to the base by fastening the magnetostrictive element, the free end of the housing coupled to the other torus (/}. The flange of the output shaft, and the coil of circular magnetization covers the casing and magnetostrictive element. An o-element, windings of the longitudinal VI circular magnetization, a closing casing, two electromagnetic clamps, a contact node. A disadvantage of the known motor is the presence of linear displacements of the output end of the magnetostrictive element, which leads to a decrease in the accuracy of displacement by the device that uses this drive. In addition, the use of two electromagnetic clamps reduces the speed of the drive, and the need for

Description

пользовани контактного узла уменьшает надежность работы устройстваоthe use of the contact node reduces the reliability of the device

Известен также магнитострикционнмй шаговый двигатель угловых перемещений , содержащий основание, закрепJ eнный на основании замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого св зан с кожухом, а другой сопр жен с одним из торцов фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному элементу, зажим, установленный на основании с возможностью фиксации углового положени вала , обмотки продольного и циркул рного намагничивани Also known is a magnetostrictive stepper motor of angular displacements, comprising a base fixed on the base of a closing casing, a hollow cylindrical magnetostrictive element, one end of which is connected to the casing, and the other is associated with one of the ends of the output shaft flange located coaxially with the magnetostrictive element, a clamp, mounted on the base with the possibility of fixing the angular position of the shaft, the windings of longitudinal and circular magnetization

В известном двигателе дл устранени линейных перемещений имеетс упор ный подшипник, установленный на торце вала, либо на торце фланца валаIn the known engine, to prevent linear displacements, there is a thrust bearing mounted on the shaft end or on the shaft flange end

В данном устройстве отсутствуют линейные перемещени выходного конца, однако его слабым местом вл етс наличие упорного подшипника. Трение и люфты в подшипниковом узле снижают быстродействие и точность работы двигател Недостаточна также нагрузочна способность, что отрицательно сказываетс на точности осуществлени микроперемещений при больших нагрузках и ограничивает область применени двигател оThis device does not have linear displacements of the output end, however, a thrust bearing is its weak point. Friction and backlash in the bearing assembly reduce the speed and accuracy of the engine. The load capacity is also insufficient, which negatively affects the accuracy of micromotion at high loads and limits the scope of the motor to

Целью изобретени вл етс повышение эффективности работы двигател за счет повышени точности, быстродействи и нагрузочной способности устройства сThe aim of the invention is to increase the efficiency of the engine by increasing the accuracy, speed and load capacity of the device with

Поставленна цель достигаетс тем, что замыкающий кожух выполнен из материала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента и жестко св зан с основанием со стороны креплени магнитострикционного элемента, причем свободный торец кожуха сопр жен с другим торцом фланца выходного вала, а обмотка циркул рного намагничивани при этом охватывает кожух и магнитострикционный элемент .The goal is achieved in that the closing casing is made of a material with a magnetostriction coefficient of opposite sign than that of the magnetostrictive element material and is rigidly connected to the base from the fastening side of the magnetostrictive element, the free end of the casing being connected to the other end face of the output shaft flange, and the compass winding while magnetizing, it covers the casing and the magnetostrictive element.

Это позвол ет использовать кожух совместно с магнитострикционным элементом дл фиксации вала при подаче напр жени на обмотку продольного намагничивани и дл поворота вала при подаче напр жени на обмотку циркул рного намагничивани . Таким образом отпадает необходимость в установке упорного подшипника, за счет чего повышаютс быстродействие, точность и надежность работы устройства Возрастает нагрузочна способность, так как увеличиваетс сила фиксации вала, а вращающий, момент создаетс , кроме того, и кожухом устройства.This allows the casing to be used in conjunction with a magnetostrictive element to fix the shaft when voltage is applied to the longitudinal magnetization winding and to rotate the shaft when voltage is applied to the longitudinal magnetization winding. Thus, there is no need to install a thrust bearing, due to which the speed, accuracy and reliability of the device are increased. The load capacity increases, since the locking force of the shaft increases, and the torque is also created by the device casing.

На фиГс1 схематично изображён пpeдлaгaeмы ; двигатель, магнитострикционный элемент которого выполнен из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а кожух - из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции, разрез; на фиг,2 - вариант исполнени двигател магнитострикционный элемент которого выполнен из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции , а кожух - из материала с положительным коэффициентом магнитострикциИоThe fiGs1 schematically depicts the sentences; an engine, the magnetostrictive element of which is made of material with a positive magnetostriction coefficient, and the casing is made of material with a negative magnetostriction coefficient, section; in Fig. 2, an embodiment of the engine, the magnetostrictive element of which is made of a material with a negative magnetostriction coefficient, and the casing is made of a material with a positive magnetostriction coefficient

Магнитострикционный шаговый двигатель содержит основание 1, полый цилиндрический магнитострикционный элемент 2, обмотку продольного намагничивани 3, закрепленную в кожухе t который жестко закреплен на основании 1, а также жестко св зан с магнитострикционным элементом 2, Обмотка циркул рного намагничивани 5 охватывает кожух и магнитострикционный элемент 2. Выходной вал 6, выполненный с фланцем, установлен соосно магнитострикционному элементу 2 и кожуху с возможностью фрикционной св зи с ними. Яажим 7 установлен на основании с возможностью фиксации углового положени выходного вала 6„ Дл усилени фрикционной св зи на свободный конец магнитострикционного элемента 2 и торец кожуха А, сопр женный с валом 6, а таюке на взаимодействующие с ними торцы фланца выходного вала 6 нанесено покрытие 8 с большим коэффициентом трени . Кожух выполнен из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции , а магнитострикционный элемент 2 - из материала с положительным коэффициентом магнитос трикции,The magnetostrictive stepper motor comprises a base 1, a hollow cylindrical magnetostrictive element 2, a longitudinal magnetization winding 3 fixed in a casing t which is rigidly fixed to the base 1, and also rigidly connected to the magnetostrictive element 2. The circular magnetization winding 5 covers the casing and magnetostrictive element 2 The output shaft 6, made with a flange, is mounted coaxially with the magnetostrictive element 2 and the casing with the possibility of frictional communication with them. Pin 7 is mounted on the base so that the angular position of the output shaft 6 can be fixed. In order to strengthen the friction coupling, the free end of the magnetostrictive element 2 and the end face of the casing A, coupled to the shaft 6, are coated 8 with the ends of the output flange 6 interacting with them with a large coefficient of friction. The casing is made of a material with a negative magnetostriction coefficient, and the magnetostrictive element 2 is made of a material with a positive magnetostriction coefficient,

В варианте исполнени магнитострикционного шагового двигател , изображенного на фиго2, кожух h выполнен из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а магнитострикционный элемент 2 - из материала с отрицательным коэффициентомIn the embodiment of the magnetostrictive stepper motor shown in FIG. 2, the casing h is made of a material with a positive magnetostriction coefficient, and the magnetostrictive element 2 is made of a material with a negative coefficient

магнитострикциио Несмотр на некоторую сложность изготоолени и установки выхолного вала 6 в этом случае рациональней используютс возможности магнитострикционных материалов, так как коэффициент мпгнитострикции наиболее распространненного и примен емого материала с отрицательной магнитострикцией - никел - примерно в 2-3 раза меньше коэффициента магнитострикции пермен/1.юра Кб5 - материала с положительной магнитострикцией , Угол закручивани магнитострикционного стержн уменьшаетс обратно пропорционально увеличению его радиуса , а так как радиус кожуха больше радиуса магнитострикционного элемента , то лл более эффективной работы устройства в приведенном варианте кожух изготовлен из пермендюра, а магнитострикционны .й элемент - из никел «magnetostriction Нес Despite some difficulty in manufacturing and installing the output shaft 6, in this case, the possibilities of magnetostrictive materials are used more rationally, since the coefficient of magnetostriction of the most common and used material with negative magnetostriction, nickel, is approximately 2–3 times lower than the magnetostriction coefficient of permen / 1. Kb5 - material with positive magnetostriction, The twist angle of the magnetostrictive rod decreases inversely with the increase in its radius and as well as the radius of the casing greater than the radius of the magnetostrictive element, pp more efficient operation of the apparatus in the above embodiment the casing is made of Permendur, and the KJ magnetostrictive element - of nickel "

11

Двигатель работает следующим образом .The engine operates as follows.

В первый момент времени обмотки продольного и циркул рного намагничивани 3 и 5 и зажим 7 обесточеныо При этом зажим 7 фиксирует определенное угловое положение выходного вала 6 о Яатем обмотка продольного намагничивани 3 подключаетс к источнику питани При этом вследствие линейного магнитострикционного эффекта происход т удлинение магнитострикционного элемента и укорочение кожуха (в случае двигател , показанного наAt the first moment of time, the longitudinal and circular magnetization windings 3 and 5 and the clamp 7 are de-energized. In this case, clamp 7 fixes a certain angular position of the output shaft 6 °. Then, the longitudinal magnetization winding 3 is connected to the power source. As a result of the linear magnetostrictive effect, the magnetostrictive element elongates and shorter housing (in the case of the engine shown on

Фиг„2, происход т удлинение кожуха и укорочение магнитострикционного элемента), и они фиксируют фланец выходного вала. На зажим 7 подаетс питание, и он освобождает выходной вал 6. .Яатем питание подаетс на обмотку циркул рного намагничивани 5, и вследствие эффекта угловой магнитоQ стрикции происходит закручивание свободного конца магнитострикционного элемента 2, свободного конца кожуха 4 и фрикционно св занного с ними вала 6, Зажим обесточиваетс и фикси5 новое угловое положение выходного вала 6о Обмотки продольного и циркул рного намагничивани 3 и 5 обесточиваютс , магнитострикционный элемент 2 и кожух 4 под действием упру0 гих сил принимают исходное состо ние, и фрикционна св зь разрываетс . Двигатель приходит в исходное состо ние, а выходной вал 6 и нагрузка при этом повернулись на некоторый угол ДалееFig. 2, the casing is elongated and the magnetostrictive element is shortened), and they fix the output shaft flange. The terminal 7 is energized, and it releases the output shaft 6. Then, the power is supplied to the circular magnetization coil 5, and due to the effect of angular magnetization, the free end of the magnetostrictive element 2, the free end of the casing 4 and the friction-connected shaft 6 are twisted. , The clamp is de-energized and the new angular position of the output shaft 6o is fixed. The windings of the longitudinal and circular magnetization 3 and 5 are de-energized, the magnetostrictive element 2 and the casing 4 under the action of elastic forces take the initial e state and the frictional bond is broken. The engine comes to its original state, and the output shaft 6 and the load at the same time turned by a certain angle. Next

5 цикл повтор етс , и за каждый цикл выходной вал 6 будет поворачиватьс на некоторый угол вокруг оси, т.е. будет совершать шаговые угловые перемещени . Реверсирование двигател 5, the cycle is repeated, and for each cycle, the output shaft 6 will rotate a certain angle around the axis, i.e. will perform stepwise angular movements. Engine reversal

0 осуществл етс изменением направлени тока питани обмотки циркул рного намагничивани .0 is effected by changing the direction of the feed current of the circular magnetization winding.

Исключение упорного подшипника позвол ет повысить точность, быстро5 действие, нагрузочную способность примерно в два раза и расширить облаЬть применени двигател „The elimination of a thrust bearing allows to increase the accuracy, quick action, load capacity by about two times and expand the scope of application of the motor

и 3 5and 3 5

: :$$sss m :: $$ sss m

I I i I j. I I i I j.

l ////7/.l //// 7 /.

V////7////AV //// 7 //// A

у X у jat x at j

X у 1 X y 1

У/////////// У/.У/А///ЛU /////////// U / .U / A /// L

I I I I ill 1,Г II ГЗПТ I I I I ill 1, D II GZPT

xyyyyyirx X xyyyyyirx X

«г. /"G. /

77s 77s

VV

фаг,1phage 1

/// ////// ///