RU181063U1

RU181063U1 - MAGNETOSTRICTION DEVICE FOR ANGULAR MOVEMENTS

Info

Publication number: RU181063U1
Application number: RU2018107009U
Authority: RU
Inventors: Васих Хаматович Ясовеев; Павел Анатольевич Грахов; Андрей Владимирович Федин; Халид Марсович Хайбуллин; Ильнур Радикович Мухаметьянов
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-07-04

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, конкретно к электрическим устройствам малых перемещений, и может быть использована как исполнительный элемент в узлах высокоточных систем автоматической юстировки оптических элементов, в оптико-механических устройствах, в системах автоматического наведения, для коррекции кинематических цепей в высокоточных станках и т.д. Технический результат - уменьшение влияния температурного коэффициента теплового расширения на позиционирование перемещаемого объекта. Сущность полезной модели: магнитострикционное устройство угловых перемещений содержит бимагнитострикционную пластину, закрепленную одним концом на основании и имеющую шарнирные соединения на концах, к которым прикреплена вторая бимагнитострикционная пластина, и перемещаемый объект, жестко связанный с концом второй бимагнитострикционной пластины, который шарнирно связан с первой бимагнитострикционной пластиной в месте закрепления ее на основании, обмотку намагничивания бимагнитострикционных пластин, внешние слои бимагнитострикционных пластин имеют положительные по знаку коэффициенты магнитострикционной деформации, а внутренние слои - отрицательные по знаку коэффициенты магнитострикционной деформации, при этом внутренний слой первой бимагнитострикционной пластины имеет меньший температурный коэффициент теплового расширения, чем внешний слой первой бимагнитострикционной пластины, а внутренний слой второй бимагнитострикционной пластины имеет больший температурный коэффициент теплового расширения, чем внешний слой второй бимагнитострикционной пластины. 1ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, specifically to electrical devices of small displacements, and can be used as an actuator in the nodes of high-precision systems for automatic alignment of optical elements, in optical-mechanical devices, in automatic guidance systems, for correction of kinematic circuits in high-precision machines, etc. .d. The technical result is to reduce the influence of the temperature coefficient of thermal expansion on the positioning of the moving object. The essence of the utility model: a magnetostrictive device of angular displacements contains a bimagnetostrictive plate fixed at one end to the base and having hinges at the ends to which a second bimagnetostrictive plate is attached, and a movable object rigidly connected to the end of the second bimagnetostrictive plate, which is pivotally connected to the first bimagnetostrictive plate in the place of fixing it on the base, the magnetization winding of the bimagnetostrictive plates, the outer layers of the bimagnetostriction ion plates have positive signs of magnetostrictive deformation and the inner layers have negative signs of magnetostrictive deformation, while the inner layer of the first bimagnetostrictive plate has a lower thermal expansion coefficient than the outer layer of the first bimagnetostrictive plate and the inner layer of the second bimagnetostrictive plate has a larger temperature coefficient of thermal expansion than the outer layer of the second bimagnetostrictive plate. 1il.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, конкретно к электрическим устройствам малых перемещений и может быть использована как исполнительный элемент в узлах высокоточных систем автоматической юстировки оптических элементов, в оптико-механических устройствах, в системах автоматического наведения, для коррекции кинематических цепей в высокоточных станках и т.д.The utility model relates to the field of electrical engineering, specifically to electrical devices of small displacements and can be used as an actuator in the nodes of high-precision systems for automatic alignment of optical elements, in optical-mechanical devices, in automatic guidance systems, for correction of kinematic circuits in high-precision machines, etc. d.

Известно магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее закрепленный на основании двухслойный прямоугольный элемент, слои которого выполнены из материалов с различными по знаку коэффициентами магнитострикции, и обмотку продольного намагничивания. В двухслойном элементе выполнены сквозные по толщине элемента продольные пазы, расположенные равномерно по всей ширине элемента, а на свободном конце в поперечном направлении закреплена жесткая пластина из неферромагнитного материала (А.С. СССР №1371481, H01L 41/12, 17.02.86).A magnetostrictive device for angular displacements is known, comprising a two-layer rectangular element fixed on the base, the layers of which are made of materials with magnetostriction coefficients of different signs, and a longitudinal magnetization winding. In the two-layer element, longitudinal grooves are made through the thickness of the element, uniformly distributed over the entire width of the element, and a rigid plate of non-ferromagnetic material is fixed in the transverse direction at the free end (AS USSR No. 1371481, H01L 41/12, 02.17.86).

Недостатком данного устройства является невысокая точность позиционирования, т.к. свободный конец пластины помимо угловых перемещений совершает линейные перемещения.The disadvantage of this device is the low accuracy of positioning, because the free end of the plate, in addition to angular displacements, performs linear displacements.

Известно магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее бимагнитострикционные пластины, закрепленные одним концом на основании, и перемещаемый объект, прикрепленный к оси устройства, образованной в месте жесткого соединения других концов бимагнитострикционных пластин. Количество бимагнитострикционных пластин больше двух, они расположены радиально относительно оси устройства и образуют две группы, отличающиеся чередованием знака магнитострикционных слоев по окружности. Бимагнитострикционные пластины каждой группы магнитосвязаны между собой. При подаче управляющего сигнала на первую группу бимагнитострикционных пластин перемещаемый объект поворачивается в одном направлении. При этом вторая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей обратный крутящий момент. Для поворота перемещаемого объекта в противоположном направлении подают управляющий сигнал на вторую группу бимагнитострикционных пластин. В этом случае первая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки (патент РФ №2292611, H01L 41/12, 27.01.2007).A magnetostrictive device for angular displacements is known, containing bimagnetostrictive plates fixed at one end to the base and a movable object attached to the axis of the device formed at the place of rigid connection of the other ends of the bimagnetostrictive plates. The number of bimagnetostrictive plates is more than two, they are located radially relative to the axis of the device and form two groups, characterized by alternating the sign of the magnetostrictive layers around the circumference. The bimagnetostrictive plates of each group are magnetically interconnected. When a control signal is applied to the first group of bimagnetostrictive plates, the moved object rotates in one direction. In this case, the second group of bimagnetostrictive plates performs the function of a mechanical load, which creates reverse torque. To rotate the moving object in the opposite direction, a control signal is supplied to the second group of bimagnetostrictive plates. In this case, the first group of bimagnetostrictive plates performs the function of mechanical loading (RF patent No. 2292611, H01L 41/12, 01/27/2007).

Недостатком данного устройства являются значительные массогабаритные показатели.The disadvantage of this device is the significant overall dimensions.

Известно магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее активный элемент в виде бимагнитострикционной пластины, соединенной с перемещаемым объектом, один конец которой закреплен на основании, и обмотку намагничивания. В устройство введена вторая бимагнитострикционная пластина, одним концом закрепленная на основании и расположенная напротив первой бимагнитострикционной пластины, причем вторые концы бимагнитострикционных пластин жестко соединены между собой с чередованием знака магнитострикционных слоев бимагнитострикционных пластин относительно оси устройства, а перемещаемый объект жестко прикреплен к месту соединения пластин (А.С. СССР №1384168, H01L 41/12, 29.11.85).A magnetostrictive device for angular displacements is known, containing an active element in the form of a bimagnetostrictive plate connected to a moving object, one end of which is fixed to the base, and a magnetizing winding. A second bimagnetostrictive plate is inserted into the device, fixed at one end and located opposite the first bimagnetostrictive plate, the second ends of the bimagnetostrictive plates are rigidly connected to each other with alternating signs of the magnetostrictive layers of the bimagnetostrictive plates relative to the axis of the device, and the moving object is rigidly attached to the junction of the plates (A .S. USSR No. 1384168, H01L 41/12, 11.29.85).

В этом случае отсутствуют линейные смещения перемещаемого объекта при подаче тока в обмотку.In this case, there are no linear displacements of the moving object when current is supplied to the winding.

Однако данное устройство имеет значительные габариты, поскольку введенная вторая бимагнитострикционная пластина расположена напротив первой бимагнитострикционной пластины, также в данном устройстве возможность уменьшения толщины бимагнитострикционных пластин для повышения диапазона угловых перемещений ограничена возможной потерей формоустойчивости системы. Кроме того, при уменьшении толщины бимагнитострикционных пластины снижается помехоустойчивость к поперечным возмущающим воздействиям.However, this device has significant dimensions, since the introduced second bimagnetostrictive plate is located opposite the first bimagnetostrictive plate, and in this device the ability to reduce the thickness of the bimagnetostrictive plates to increase the range of angular movements is limited by the possible loss of system stability. In addition, with a decrease in the thickness of the bimagnetostrictive plate, the noise immunity to transverse perturbations is reduced.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее бимагнитострикционную пластину, закрепленную одним концом на основании, и обмотку намагничивания бимагнитострикционных пластин, бимагнитострикционная пластина имеет шарнирные соединения на концах, к которым прикреплена вторая бимагнитострикционная пластина, и перемещаемый объект, жестко связанный с концом второй бимагнитострикционной пластины, который шарнирно связан с первой бимагнитострикционной пластиной в месте закрепления ее на основании, при этом внутренние слои бимагнитострикционных пластин, расположенные ближе друг к другу, имеют отрицательный знак коэффициента магнитострикционной деформации. (патент РФ №169443, H01L 41/12, 17.03.2017).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a magnetostrictive device of angular displacements containing a bimagnetostrictive plate fixed at one end to the base, and a magnetizing winding of the bimagnetostrictive plates, the bimagnetostrictive plate has hinge joints at the ends to which the second bimagnetostrictive plate is attached, and rigidly connected to the end of the second bimagnetostrictive plate, which is pivotally connected to the first bimagnetostrictive plate in the place of fixing it on the base, while the inner layers of bimagnetostrictive plates located closer to each other have a negative sign of the coefficient of magnetostrictive deformation. (RF patent No. 169443, H01L 41/12, 03/17/2017).

Недостатком данного устройства является недостаточная точность позиционирования, из-за влияния температурного коэффициента теплового расширения происходит самопроизвольное изменение изгиба бимагнитострикционных пластин.The disadvantage of this device is the lack of accuracy of positioning, due to the influence of the temperature coefficient of thermal expansion, a spontaneous change in the bending of the bimagnetostrictive plates occurs.

Задачей полезной модели является увеличение точности позиционирования перемещаемого объекта, уменьшение возможности потери формоустойчивости при изменении температуры.The objective of the utility model is to increase the accuracy of positioning of a moving object, to reduce the possibility of losing shape stability when the temperature changes.

Технический результат - уменьшение влияния температурного коэффициента теплового расширения на позиционирование перемещаемого объекта.The technical result is to reduce the influence of the temperature coefficient of thermal expansion on the positioning of the moving object.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что магнитострикционное устройство угловых перемещений содержит бимагнитострикционную пластину, закрепленную одним концом на основании и имеющую шарнирные соединения на концах, к которым прикреплена вторая бимагнитострикционная пластина, и перемещаемый объект, жестко связанный с концом второй бимагнитострикционной пластины, который шарнирно связан с первой бимагнитострикционной пластиной в месте закрепления ее на основании, обмотку намагничивания бимагнитострикционных пластин, внешние слои бимагнитострикционных пластин имеют положительные по знаку коэффициенты магнитострикционной деформации, а внутренние слои - отрицательные по знаку коэффициенты магнитострикционной деформации. В отличие от прототипа, внутренний слой первой бимагнитострикционной пластины имеет меньший температурный коэффициент теплового расширения, чем внешний слой первой бимагнитострикционной пластины, а внутренний слой второй бимагнитострикционной пластины имеет больший температурный коэффициент теплового расширения, чем внешний слой второй бимагнитострикционной пластины.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the magnetostrictive device of angular displacements contains a bimagnetostrictive plate fixed at one end to the base and having hinges at the ends to which a second bimagnetostrictive plate is attached, and a movable object rigidly connected to the end of the second bimagnetostrictive plate, which is pivotally connected to the first bimagnetostrictive plate in the place of fixing it on the base, the magnetization winding of the bimagnetost of the friction plates, the outer layers of the bimagnetostrictive plates have positive signs of the magnetostrictive strain coefficients, and the inner layers have negative signs of the magnetostrictive strain coefficients. Unlike the prototype, the inner layer of the first bimagnetostrictive plate has a lower thermal expansion coefficient than the outer layer of the first bimagnetostrictive plate, and the inner layer of the second bimagnetostrictive plate has a higher thermal expansion coefficient than the outer layer of the second bimagnetostrictive plate.

Существо полезной модели поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing. The drawing shows a diagram of the device.

Магнитострикционное устройство угловых перемещений содержит закрепленные на основании 1 первую бимагнитострикционную пластину 2, и вторую бимагнитострикционную пластину 3, соединенных посредством шарниров на концах 4 и 5, содержащих слои магнитострикционного материала 6, 7, 10 и 11, причем слои 6 и 11 выполнены из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а слои 7 и 10 - из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции, при этом слои 6 и 10 имеют больший температурный коэффициент теплового расширения, чем слои 7 и 11, обмотку намагничивания 8, и перемещаемый объект 9, жестко закрепленный на конце первой бимагнитострикционной пластины 2, в месте шарнирного соединения со второй бимагнитострикционной пластиной 3, конец которой жестко соединен с основанием 1.The magnetostrictive angular displacement device comprises a first bimagnetostrictive plate 2 fixed on the base 1 and a second bimagnetostrictive plate 3 connected by hinges at the ends 4 and 5 containing layers of magnetostrictive material 6, 7, 10 and 11, the layers 6 and 11 being made of material with a positive magnetostriction coefficient, and layers 7 and 10 are made of a material with a negative magnetostriction coefficient, while layers 6 and 10 have a higher thermal expansion coefficient than layers 7 and 11 of the windings magnetization 8, and a movable object 9, rigidly fixed to the end of the first bimagnetostrictive plate 2, in the place of articulation with the second bimagnetostrictive plate 3, the end of which is rigidly connected to the base 1.

Магнитострикционное устройство угловых перемещений работает следующим образом. При подключении обмотки намагничивания 8 к источнику постоянного тока слои 6, 7, 10 и 11 бимагнитострикционных пластин 2 и 3 вследствие линейного магнитострикционного эффекта изменяют свою длину, при этом слои 6 и 11 удлиняются, а слои 7 и 10 укорачиваются, бимагнитострикционные пластины изгибаются и конец второй бимагнитострикционной пластины 3, соединенный с перемещаемым объектом 9, совершает угловое перемещение. Величину углового перемещения нагрузки можно регулировать изменением силы тока в обмотке намагничивания 8.Magnetostrictive device angular displacements works as follows. When the magnetization winding 8 is connected to a direct current source, layers 6, 7, 10, and 11 of the bimagnetostrictive plates 2 and 3 change their length due to the linear magnetostrictive effect, while layers 6 and 11 are elongated, and layers 7 and 10 are shortened, the bimagnetostrictive plates are bent and the end the second bimagnetostrictive plate 3, connected to the movable object 9, performs an angular movement. The magnitude of the angular displacement of the load can be adjusted by changing the current strength in the magnetization winding 8.

Использование предложенного устройства в высокоточных системах микроперемещений позволяет увеличить диапазон угловых перемещений, уменьшить возможность потери формоустойчивости при изменении температуры. Это достигается за счет подбора пластин с определенным температурным коэффициентом теплового расширения.The use of the proposed device in high-precision microdisplacement systems allows to increase the range of angular displacements, to reduce the possibility of loss of shape stability when the temperature changes. This is achieved by selecting plates with a specific temperature coefficient of thermal expansion.

Claims

A magnetostrictive device of angular displacements containing a bimagnetostrictive plate fixed at one end on the base and having hinges at the ends to which a second bimagnetostrictive plate is attached, and a movable object rigidly connected to the end of the second bimagnetostrictive plate, which is pivotally connected to the first bimagnetostrictive plate at the fixing point based on it, the magnetization winding of the bimagnetostrictive plates, the outer layers of the bimagnetostrictive plates have negative sign coefficients of magnetostrictive deformation, and the inner layers negative sign of the coefficients of magnetostrictive deformation, characterized in that the inner layer of the first bimagnetostrictive plate has a lower thermal expansion coefficient than the outer layer of the first bimagnetostrictive plate and the inner layer of the second bimagnetostrictive plate has a higher temperature coefficient of thermal expansion than the outer layer of the second bimagnetostrictive plate.