RU2120177C1 - Magnetomechanical transducer (versions) - Google Patents
Magnetomechanical transducer (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2120177C1 RU2120177C1 RU97116743/25A RU97116743A RU2120177C1 RU 2120177 C1 RU2120177 C1 RU 2120177C1 RU 97116743/25 A RU97116743/25 A RU 97116743/25A RU 97116743 A RU97116743 A RU 97116743A RU 2120177 C1 RU2120177 C1 RU 2120177C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- permanent magnets
- magnetic
- magnetic field
- relative
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 86
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 53
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к широкому спектру областей техники и может быть использовано в качестве задатчика микрорегулируемых перемещений, преимущественно для прецизионного позиционирования исполнительных органов машин и механизмов. The invention relates to a wide range of technical fields and can be used as a master of microcontrolled movements, mainly for precision positioning of the executive bodies of machines and mechanisms.
Известен магнитомеханический преобразователь с электромагнитной системой, содержащей обмотку возбуждения, являющуюся источником магнитного поля, и магнитострикционный сердечник, выполненный из соединения редкоземельный металл - железо ("Исследование высокомагнитострикционных материалов на основе РЗМ", отчет физического факультета МГУ, тема 46/75, 1977 г., Москва, с. 3). A known magnetomechanical converter with an electromagnetic system containing an excitation winding, which is a source of a magnetic field, and a magnetostrictive core made of a rare-earth metal-iron compound ("Study of high magnetostrictive materials based on rare-earth metals", report of the Faculty of Physics of Moscow State University, topic 46/75, 1977 , Moscow, p. 3).
Величина перемещений подвижной части указанного магнитомеханического преобразователя относительно невелика. Кроме того, использование источника магнитного поля в виде электрической обмотки возбуждения требует значительного электропотребления для поддержания заданных параметров магнитного поля в процессе эксплуатации, что осложняет использование преобразователя в режиме позиционирования или вибрации. The magnitude of the movements of the movable part of the specified magnetomechanical transducer is relatively small. In addition, the use of a magnetic field source in the form of an electric field winding requires significant power consumption to maintain the specified magnetic field parameters during operation, which complicates the use of the transducer in positioning or vibration mode.
Известен магнитомеханический преобразователь с магнитной системой, включающей источник магнитного поля виде электрической обмотки возбуждения, и с сердечником, по меньшей мере одна часть которого выполнена из магнитострикционного материала, и который связан с подвижным относительно корпуса исполнительным органом (а.с. СССР N 765913, кл. H 01 L 41/12, 1980 г.). Known magnetomechanical transducer with a magnetic system, including a magnetic field source in the form of an electric field winding, and with a core, at least one part of which is made of magnetostrictive material, and which is connected with the actuator moving relative to the body (AS USSR N 765913, class H 01 L 41/12, 1980).
К основным недостаткам известного магнитомеханического преобразователя следует отнести высокое энергопотребление источника магнитного поля, выполненного в виде электрической обмотки возбуждения, поскольку для поддержания необходимых параметров магнитного поля как в процессе установления, так и в процессе поддержания (сохранения во времени) заданных (установленных) линейных размеров сердечника, требуется постоянное пропускание электрического тока через обмотку возбуждения источника магнитного поля. The main disadvantages of the known magnetomechanical transducer include the high power consumption of the magnetic field source, made in the form of an electric field coil, because to maintain the necessary parameters of the magnetic field both in the process of establishing and in the process of maintaining (storing in time) the given (established) linear dimensions of the core , requires constant transmission of electric current through the field winding of the magnetic field source.
Более того, для указанного известного технического решения неизбежно характерен дополнительный нагрев магнитной системы и материала сердечника, что приводит к необходимости создания сложной системы охлаждения и температурной компенсации изменения линейных размеров сердечника. Moreover, the indicated known technical solution is inevitably characterized by additional heating of the magnetic system and the core material, which leads to the need to create a complex cooling system and temperature compensation for changes in the linear dimensions of the core.
Вышеперечисленные недостатки являются причиной увеличения массогабаритных показателей и усложнения конструкции известного устройства в целом и не позволяют обеспечить достаточную точность при использовании известного магнитомеханического преобразователя в системах прецизионного позиционирования. The above disadvantages are the reason for the increase in overall dimensions and the complexity of the design of the known device as a whole and do not allow for sufficient accuracy when using the known magnetomechanical transducer in precision positioning systems.
Кроме того, высокое энергопотребление источника магнитного поля и необходимость охлаждения сердечника в процессе непрерывного циклического и знакопеременного процесса изменения линейных размеров сердечника, например в режиме вибратора, приводит к высокому энергопотреблению известного устройства в целом и в значительной мере усложняет его конструкцию. In addition, the high power consumption of the magnetic field source and the need to cool the core during a continuous cyclic and alternating process of changing the linear dimensions of the core, for example in vibrator mode, leads to high power consumption of the known device as a whole and greatly complicates its design.
Известен магнитомеханический преобразователь, включающий:
- согласно одному варианту исполнения: источник магнитного поля, выполненный в виде по меньшей мере одного постоянного магнита, а также связанный с подвижным относительно корпуса исполнительным органом сердечник, по меньшей мере одна часть которого выполнена из магнитострикционного материала и расположена в зоне магнитного поля, создаваемого упомянутым источником магнитного поля, при этом постоянные магниты источника магнитного поля установлены с возможностью вращения относительно сердечника (т.е. с возможностью вращения относительно оси, непараллельной направлению перемещения исполнительного органа).Known magnetomechanical Converter, including:
- according to one embodiment: a magnetic field source made in the form of at least one permanent magnet, as well as a core connected with an actuator movable relative to the housing, at least one part of which is made of magnetostrictive material and is located in the magnetic field created by said a magnetic field source, while the permanent magnets of the magnetic field source are mounted to rotate relative to the core (i.e., the relative rotation about an axis non-parallel to the direction of movement of actuator body).
- согласно другому варианту исполнения: источник магнитного поля, выполненный в виде по меньшей мере двух оппозитно расположенных постоянных магнитов, общий для упомянутых постоянных магнитов магнитопровод, а также связанный с подвижным относительно корпуса исполнительным органом сердечник, по меньшей мере одна часть которой выполнена из магнитострикционного материала и расположена между упомянутыми по меньшей мере двумя постоянными магнитами в зоне создаваемого этими магнитами магнитного поля. При этом постоянные магниты источника магнитного поля, расположенные с одной стороны сердечника, установлены с возможностью вращения относительно последнего (т.е. возможностью вращения относительно оси, непараллельной направлению перемещения исполнительного органа), а постоянные магниты, расположенные с противоположной стороны сердечника, закреплены на упомянутом общем магнитопроводе (патент РФ N 2032967, кл. H 01 L 41/12, 1993 г.). - according to another embodiment: a magnetic field source made in the form of at least two opposite permanent magnets, a magnetic core common to said permanent magnets, and also a core connected with an actuator movable relative to the housing, at least one part of which is made of magnetostrictive material and is located between the at least two permanent magnets in the region of the magnetic field created by these magnets. In this case, the permanent magnets of the source of the magnetic field located on one side of the core are rotatably mounted relative to the latter (i.e., the possibility of rotation about an axis that is not parallel to the direction of movement of the actuator), and the permanent magnets located on the opposite side of the core are mounted on said general magnetic circuit (RF patent N 2032967, class H 01 L 41/12, 1993).
К основным недостаткам этого известного магнитомеханического преобразователя относятся ограниченные функциональные возможности в части величины максимального перемещения исполнительного органа при технологически ограниченных (для конкретных условий эксплуатации) габаритных параметрах преобразователя (в частности, расточных оправках с микрорегулировкой положения режущего инструмента), а также при повышенных требованиях к надежности и точности дискретных перемещений исполнительного органа в машинах и механизмах повышенной ответственности. The main disadvantages of this known magnetomechanical transducer include limited functionality in terms of the maximum displacement of the actuator with technologically limited (for specific operating conditions) overall parameters of the transducer (in particular, boring mandrels with micro-adjustment of the position of the cutting tool), as well as with increased reliability requirements and accuracy of discrete movements of the executive body in machines and mechanisms of increased response stvennosti.
В основу настоящего изобретения была положена задача создания такой конструкции магнитомеханического преобразователя, которая позволила бы снизить энергоемкость и массогабаритные показатели магнитомеханического преобразователя при одновременном увеличении диапазона изменения линейных размеров сердечника и повышения надежности патентуемого устройства в целом. The basis of the present invention was the task of creating such a design of the magnetomechanical transducer, which would reduce the energy consumption and weight and size of the magnetomechanical transducer while increasing the range of linear dimensions of the core and increasing the reliability of the patented device as a whole.
Поставленная задача согласно одному из конструктивных вариантов выполнения преобразователя решается посредством того, что в магнитомеханическом преобразователе, включающем источник магнитного поля, выполненный в виде по меньшей мере одного постоянного магнита, а также связанный с подвижным относительно корпуса исполнительным органом сердечник, по меньшей мере одна часть которого выполнена из магнитострикционного материала и расположена в зоне магнитного поля, создаваемого упомянутым источником магнитного поля, при этом постоянные магниты источника магнитного поля установлены с возможностью вращения относительно сердечника, согласно изобретению ось вращения постоянных магнитов источника магнитного поля ориентирована параллельно направлению перемещения исполнительного органа. The task in accordance with one of the structural embodiments of the transducer is solved by the fact that in a magnetomechanical transducer comprising a magnetic field source made in the form of at least one permanent magnet, as well as a core connected with an actuator movable relative to the housing, at least one part of which made of magnetostrictive material and located in the zone of the magnetic field created by the aforementioned source of the magnetic field, while a magnetic field source magnets are rotatably mounted relative to the core, according to the invention the axis of rotation of the permanent magnets of the magnetic field source oriented parallel to the direction of movement of actuator body.
Поставленная задача согласно другому конструктивному варианту выполнения преобразователя решается посредством того, что в магнитомеханическом преобразователе, включающем источник магнитного поля, выполненный в виде по меньше мере двух оппозитно расположенных постоянных магнитов, общий для упомянутых магнитов магнитопровод, а также связанный с подвижным относительно корпуса исполнительным органом сердечник, по меньшей мере одна часть которого выполнена из магнитострикционного материала, расположена между упомянутыми по меньшей мере двумя постоянными магнитами в зоне создаваемого ими магнитного поля, при этом постоянные магниты источника магнитного поля, расположенные с одной стороны сердечника, установлены с возможностью вращения относительно последнего, а постоянные магниты расположенные с противоположной стороны сердечника закреплены на упомянутом общем магнитопроводе, согласно изобретению общий магнитопровод неподвижно установлен относительно сердечника, а ось вращения подвижных относительно сердечника постоянных магнитов ориентирована параллельно направлению перемещения исполнительного органа. The task in accordance with another constructive embodiment of the transducer is solved by the fact that in a magnetomechanical transducer comprising a magnetic field source made in the form of at least two opposite permanent magnets, the magnetic core is common to these magnets, as well as a core connected to the actuator moving relative to the body at least one part of which is made of magnetostrictive material located between said at least m with two permanent magnets in the area of the magnetic field created by them, while the permanent magnets of the source of the magnetic field located on one side of the core are mounted to rotate relative to the latter, and the permanent magnets located on the opposite side of the core are mounted on the said common magnetic core, according to the invention, a common magnetic circuit fixedly mounted relative to the core, and the axis of rotation of the permanent magnets relative to the core is oriented in parallel direction of movement of the executive body.
В ряде случаев конкретного промышленного использования данного конструктивного варианта заявленного изобретения целесообразно, чтобы в качестве общего магнитопровода был бы использован непосредственно корпус магнитомеханического преобразователя, который, в этом случае, должен быть выполнен из магнитного (преимущественно, ферромагнитного) материала. In a number of cases of specific industrial use of this constructive variant of the claimed invention, it is advisable that the housing of the magnetomechanical transducer, which, in this case, should be made of magnetic (mainly ferromagnetic) material, be used as the general magnetic circuit.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, but selected from the list identified analogues prototype, as the closest in the totality of the characteristics of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the seen revealer technical result in the distinguishing features of the claimed subject set out in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности новизна по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the criteria of patentability novelty under applicable law.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности изобретательский уровень заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата. To verify the conformity of the claimed invention with the requirement of the patentability criterion, the inventive step the applicant conducted an additional search for known technical solutions, in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, since from the prior art determined by the applicant, the influence of the prize akami claimed invention transformations to achieve the technical result of the applicant sees.
В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:
- дополнение известного объекта какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части известного объекта другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этой части функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов в объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких элементов;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, состоящего из известных частей, выбор которых и связи между которыми осуществлены на основании известных правил и достигаемый, при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations of a known prototype object:
- addition of a known object to any known part, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the influence of such additions is established;
- replacement of any part of a known object with another known part to achieve a technical result, in respect of which the influence of such a replacement has been established;
- the exclusion of any part of the object with the simultaneous exclusion due to the presence of this part of the function and the achievement of the usual result for such exclusion;
- an increase in the number of elements of the same type in the object to enhance the technical result due to the presence of just such elements in the object;
- the implementation of a known object or part thereof from a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;
- creation of an object consisting of known parts, the choice of which and the relationships between them are based on known rules and achieved, while the technical result is determined only by the known properties of the parts of this object and the relationships between them.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности изобретательский уровень по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirements of the patentability criterion of inventive step under applicable law.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в различных областях промышленности, преимущественно в качестве задатчика микрорегулируемых перемещений в машинах и механизмах различного назначения;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- an object embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in various industries, mainly as a master of microcontrolled movements in machines and mechanisms for various purposes;
- for the claimed invention in the form described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known on the priority date has been confirmed;
- an object embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности промышленная применимость по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of a patentability criterion for industrial applicability under applicable law.
Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера его конструктивного исполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - принципиальная схема одного из вариантов заявленного магнитомеханического преобразователя, в котором источник магнитного поля выполнен из одного постоянного магнита; на фиг. 2 - принципиальная схема заявленного магнитомеханического преобразователя по фиг. 1 при повороте источника магнитного поля на 90o; на фиг. 3 - сечение А-А по фиг. 2; на фиг. 4 - принципиальная схема заявленного магнитомеханического преобразователя, в котором источник магнитного поля выполнен из двенадцати постоянных магнитов, четыре из которых стационарно (неподвижно) закреплены на корпусе, выполненном из ферромагнитного материала функционально являющимся магнитопроводом; на фиг. 5 - принципиальная схема заявленного магнитомеханического преобразователя по фиг. 1 при повороте подвижной части (соответствующих постоянных магнитов) источника магнитного на 180o; на фиг. 6 - сечение Б-Б по фиг. 1.Further, the invention is illustrated by the description of a specific example of its design and the accompanying drawings, which depict:
in FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the claimed magnetomechanical transducer, in which the magnetic field source is made of one permanent magnet; in FIG. 2 is a circuit diagram of the inventive magnetomechanical transducer of FIG. 1 when the source of the magnetic field is rotated 90 ° ; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a schematic diagram of the inventive magnetomechanical transducer in which the magnetic field source is made of twelve permanent magnets, four of which are stationary (fixed) mounted on a housing made of a ferromagnetic material that is functionally a magnetic circuit; in FIG. 5 is a circuit diagram of the inventive magnetomechanical transducer of FIG. 1 when rotating the movable part (the corresponding permanent magnets) of the magnetic source by 180 o ; in FIG. 6 is a section BB in FIG. 1.
Магнитомеханический преобразователь согласно изобретению содержит корпус 1. В корпусе 1 размещен источник магнитного поля, который (согласно одному из вариантов исполнения, фиг. 4-6) выполнен в виде неподвижной относительно сердечника 2 группы постоянных магнитов 3, 4, 5, 6 и оппозитно расположенных (по отношению к упомянутой группе неподвижных магнитов 3, 4, 5, 6), вращательно подвижной (относительно сердечника 2) группы постоянных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. The magnetomechanical transducer according to the invention comprises a
Согласно другому варианту исполнения (фиг. 1-3) источник магнитного поля выполнен в виде одного установленного с возможностью вращения относительно сердечника 2 постоянного магнита 7. According to another embodiment (Fig. 1-3), the magnetic field source is made in the form of one mounted with the possibility of rotation relative to the
Неподвижная группа постоянных магнитов 3, 4, 5, 6 и подвижная группа постоянных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 (в варианте по фиг. 4-6) связаны общим магнитопроводом, в качестве которого может быть использован, например, корпус 1 выполненный из магнитного материала. Неподвижная группа постоянных магнитов 3, 4, 5, 6 неподвижно закреплена на общем магнитопроводе. Согласно изобретению в данном конструктивном выполнении магнитомеханического преобразователя неподвижная группа постоянных магнитов может состоять и из одного магнита 3, а подвижная группа из одного магнита 7, установленного в корпусе 1 аналогично варианту исполнения по фиг. 1. A fixed group of
Магнитострикционный сердечник 2 может быть выполнен, например, из сплавов TbFe2 и/или SmFe2 с "гигантской" магнитострикцией.The
Магнитомеханический преобразователь согласно изобретению также включает исполнительный орган, выполненный, например, в виде толкателя 16, который имеет возможность (в данном частном случае исполнения) возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса посредством упругого элемента 17 и наличия кинематической связи с обращенным к упомянутому толкателю 16 торца 18 сердечника 2. Противоположный упомянутому торцу 18 торец 19 сердечника 2 жестко закреплен относительно корпуса 1, например, на опоре 20. Направление векторов 21 намагниченности постоянных магнитов 3 - 14 источника магнитного поля на всех фигурах (за исключением фиг. 2) условно обозначены стрелками, а на фиг. 2 направление векторов 21 намагниченности постоянного магнита 7 и сердечника 2 условно обозначено окружностью с крестом (для магнита 7) или точкой (для сердечника 2) в центре окружности. The magnetomechanical transducer according to the invention also includes an actuator made, for example, in the form of a
Сердечник 2 целесообразно располагать относительно источника магнитного поля таким образом, чтобы геометрический центр по меньшей мере одной его (сердечника 2) части, выполненной из магнитострикционного материала, был совмещен с одной из зон источника магнитного поля, которая (имеется ввиду - зона) соответствует экстремуму напряженности магнитного поля этого источника. The
Группа подвижных относительно сердечника 2 постоянных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 источника магнитного поля (согласно варианту по фиг. 4-6) и функционально являющийся источником магнитного поля постоянный магнит 7 (согласно варианту по фиг. 1-3) смонтированы в корпусе 1 с возможностью вращения относительно сердечника 2 таким образом, что ось вращения подвижной, относительно сердечника 2, группы постоянных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 (в варианте по фиг. 4-6) и постоянного магнита 7 (в варианте по фиг. 1-3) ориентирована параллельно направлению перемещения исполнительного органа, т.е. толкателя 16. A group of
Это обеспечивает возможность изменять линейные размеры сердечника 2 в пределах максимально возможного диапазона в процессе упомянутого вращения соответствующей группы вращательно подвижных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 источника магнитного поля (для варианта по фиг. 4-6) или постоянного магнита 7 (для варианта по фиг. 1-3) за счет изменения магнитного потока в магнитострикционном материале сердечника по направлению при каждом повороте упомянутой группы магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 на 180o (вариант по фиг. 4-6) или постоянного магнита 7 на 90o (вариант по фиг. 1-3).This provides the ability to change the linear dimensions of the
Вращение подвижной группы магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 (в варианте по фиг. 4-6), а также постоянного магнита 7 (в варианте по фиг. 1-3) осуществляется посредством привода 22 вращательного движения, в качестве которого может служить, например, шаговый электродвигатель (при автоматическом управлении), или любой известный привод вращательного движения механического типа (при ручном управлении). The rotation of the movable group of
Технологически целесообразно вращательно подвижную группу магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 источника магнитного поля (в варианте по фиг. 4-6), а также постоянный магнит 7 (в варианте по фиг. 1-3) закреплять на валу 23, который выполнен из магнитного материала, при этом средняя (установочная для группы магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14) часть вала 23 (в варианте по фиг. 4-6) может иметь оппозитно расположенные плоские поверхности. Technologically feasible, a rotationally movable group of
На фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 замкнутыми по контуру стрелками условно обозначены линии 24 магнитной индукции магнитного поля, создаваемого источником магнитного поля. In FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5 arrows closed by a contour conventionally designated
Вышеописанные варианты конструктивного выполнения патентуемого магнитомеханического преобразователя приведены в качестве подтверждения возможности его практической реализации в соответствии с настоящим изобретением. The above-described constructive embodiments of the patented magnetomechanical transducer are given as confirmation of the possibility of its practical implementation in accordance with the present invention.
Однако возможны и иные варианты конструктивного выполнения заявленного магнитомеханического преобразователя, не раскрываемые в рамках настоящей заявки в целях обеспечения возможности дальнейшей эффективной коммерциализации "ноу-хау". However, there are other possible options for the structural implementation of the claimed magnetomechanical transducer, not disclosed in the framework of this application in order to ensure the possibility of further effective commercialization of know-how.
Общий принцип работы магнитомеханического преобразователя согласно настоящему изобретению реализуется следующим образом. The general principle of operation of the magnetomechanical transducer according to the present invention is implemented as follows.
Предварительно экспериментальным путем или с помощью модельных расчетов определяют положение экстремумов напряженности магнитного поля в рабочей зоне (зоне расположения сердечника 2) источника магнитного поля. Preliminarily experimentally or using model calculations, the position of the extrema of the magnetic field strength in the working area (core location zone 2) of the magnetic field source is determined.
Геометрический центр по меньшей мере одной выполненной из магнитострикционного материала части сердечника 2 размещают в одном из экстремумов напряженности магнитного поля источника магнитного поля. The geometric center of at least one part of the
Далее, для обеспечения перемещения исполнительного органа (толкателя 16), осуществляют вращение относительно неподвижного сердечника 2 (в варианте по фиг. 1-3) постоянного магнита 7, или вращение относительно неподвижных сердечника 2 и общего магнитопровода (в варианте по фиг. 4-6, согласно которому общим магнитопроводом функционально является корпус 1) группы подвижных магнитов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 источника магнитного поля. Указанное вращение осуществляют вокруг оси, ориентированной параллельно направлению перемещения исполнительного органа, т.е. толкателя 16. Further, to ensure the movement of the actuator (pusher 16), the
Таким образом обеспечивается изменение направления векторов намагниченности в магнитострикционном материале сердечника 2 и соответственно изменение его линейных размеров согласно общеизвестному эффекту магнитострикции. This ensures a change in the direction of the magnetization vectors in the magnetostrictive material of the
Практическая реализация патентуемого устройства осуществлялась согласно конструктивному варианту по фиг. 4-6. The practical implementation of the patented device was carried out according to the embodiment of FIG. 4-6.
Постоянные магниты источника магнитного поля выполнялись из материала типа Nd-Fe-B, корпус 1 и вал 23 (функционально являющиеся магнитопроводами) выполнялись из стали 3, сердечник 2 был выполнен в виде одной части в форме параллелепипеда из материала TbFe2. Габаритные размеры постоянных магнитов источника магнитного поля составляли магниты 3, 4, 5, 6 - длина 20 мм, ширина 20 мм, высота 5 мм; пары магнитов 7, 8; 9, 10; 11, 12; 13, 14, соответственно - длина 20 мм, диаметр (с учетом толщины плоского участка вала 23, т.е. магнитопровода)- 20 мм. Габаритные размеры сердечника 2 составляли: длина 60 мм, ширина 10 мм, высота 10 мм. Зазор между сердечником 2 и соответствующими магнитами источника магнитного поля составлял по 1 мм, а между вращательно подвижной группой магнитов и корпусом 1 - 1 мм. Величина напряженности магнитного поля в геометрическом центре магнитострикционной части сердечника 2 равнялась 360 кА/м. Мощность двигателя, осуществляющего поворот подвижной группы магнитов источника магнитного поля при использовании заявленного устройства в качестве позиционера составляла 5 Вт. Продольная ось сердечника 2 совпадала по направлению с осью легчайшего намагничивания материала сердечника 2 и направлением вектора напряженности магнитного поля в геометрическом центре сердечника 2 (при встречном направлении векторов намагниченности в оппозитно расположенных магнитах источника магнитного поля, т.е. в положении магнитов, изображенном на фиг. 1).Permanent magnets of the magnetic field source were made of Nd-Fe-B type material, the
Исполнительный орган (толкатель 16) перемещался на расстояние 70 мкм при повороте подвижной группы магнитов источника магнитного поля на 180o.The executive body (pusher 16) was moved to a distance of 70 μm when the movable group of magnets of the source of the magnetic field was rotated by 180 o .
Таким образом, в патентуемом магнитомеханическом преобразователе согласно варианту выполнения по фиг. 4 - 6 обеспечивается изменение координаты толкателя 16 на 70 мкм при потребляемой мощности 5 Вт (мощность двигателя, обеспечивающего вращение магнитной системы), при этом поддержание этой координаты в течение любого промежутка времени не требует дополнительных энергозатрат. Thus, in the patented magnetomechanical transducer according to the embodiment of FIG. 4-6, the coordinate of the
При использовании вышеописанного магнитомеханического преобразователя в качестве вибратора амплитуда колебаний толкателя 16 составляла 35 мкм, частота 400 Гц, потребляемая электрическая мощность двигателя - 90 Вт. When using the above-described magnetomechanical transducer as a vibrator, the oscillation amplitude of the
Таким образом, заявленный магнитомеханический преобразователь может быть использован в средствах автоматики в качестве задатчика регулируемых перемещений, преимущественно, для прецизионного позиционирования исполнительных элементов машин и механизмов. Thus, the claimed magnetomechanical converter can be used in automation equipment as a regulator of controlled movements, mainly for precision positioning of actuating elements of machines and mechanisms.
А именно: в прецизионных манипуляторах, в адаптивной оптике, для управления перемещением лазерного луча в обрабатывающих центрах, для перемещения обрабатывающего инструмента в станках, перемещения ножа микротома, поворота образца в прецизионных кристаллографических рентгеновских установках, перемещения иглы в туннельном микроскопе предметного стола в туннельном и электронном микроскопах, в прецизионных дозаторах, в клапанах для управления расходом газообразных и жидких химических реагентов, при изготовлении шаблонов гибридных микросхем, в клапанах гидравлических и пневматических систем и т.д. Namely: in precision manipulators, in adaptive optics, for controlling the movement of the laser beam in the processing centers, for moving the processing tool in the machines, moving the microtome knife, rotating the sample in precision crystallographic X-ray units, moving the needle in the tunnel microscope of the object table in the tunnel and electronic microscopes, precision dispensers, valves for controlling the flow of gaseous and liquid chemicals, in the manufacture of hybrid mic templates oskhem, in valves of hydraulic and pneumatic systems, etc.
Кроме того, данный магнитомеханический преобразователь может быть использован в различных устройствах, работающих в режиме вибрации, например в металлообрабатывающих станках для упрочнения поверхности деталей наклепом, выглаживанием, для облегчения процессов сверления, резания, в вибронасосах, в ручном строительном инструменте для пробивки отверстий в бетоне и горных породах, в технологическом оборудовании, например в вибростанках для изготовления строительных бетонных блоков, в технологии стимулирования отдачи нефтяных и газовых скважин и т.д. In addition, this magnetomechanical transducer can be used in various devices operating in vibration mode, for example, in metalworking machines for hardening the surface of parts by hardening, smoothing, to facilitate drilling, cutting, in vibration pumps, in a hand-held construction tool for punching holes in concrete and rocks, in technological equipment, for example, in vibrating machines for the manufacture of building concrete blocks, in the technology of stimulating the return of oil and gas kvazhin etc.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116743/25A RU2120177C1 (en) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Magnetomechanical transducer (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116743/25A RU2120177C1 (en) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Magnetomechanical transducer (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2120177C1 true RU2120177C1 (en) | 1998-10-10 |
| RU97116743A RU97116743A (en) | 1999-02-20 |
Family
ID=20197870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97116743/25A RU2120177C1 (en) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Magnetomechanical transducer (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2120177C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109245600A (en) * | 2018-11-08 | 2019-01-18 | 中国人民解放军陆军工程大学 | Coil-free type giant magnetostrictive actuator |
-
1997
- 1997-10-10 RU RU97116743/25A patent/RU2120177C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109245600A (en) * | 2018-11-08 | 2019-01-18 | 中国人民解放军陆军工程大学 | Coil-free type giant magnetostrictive actuator |
| CN109245600B (en) * | 2018-11-08 | 2023-10-03 | 中国人民解放军陆军工程大学 | Non-coil type super magnetostriction actuator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8166793B2 (en) | Method and device for the technique of cold microforging any freely formed 3-D surfaces | |
| US7616084B2 (en) | Variable reluctance fast positioning system and methods | |
| US7772947B2 (en) | Variable reluctance fast positioning system and methods | |
| JPH05504100A (en) | Ultra-high-speed electrodynamic X, Y, Θ positioning stage | |
| Wu et al. | Design of a normal stress electromagnetic fast linear actuator | |
| US7492117B2 (en) | Electromagnetic variable degrees of freedom actuator systems and methods | |
| RU2032967C1 (en) | Master unit | |
| RU2120177C1 (en) | Magnetomechanical transducer (versions) | |
| Zhang et al. | Motor-driven giant magnetostrictive actuator | |
| JP4729915B2 (en) | Damping device and control method thereof | |
| WO1997025205A1 (en) | Engraving method and apparatus using magnetostrictive actuator | |
| EP0967022B1 (en) | Vibration generating mechanism | |
| RU93050005A (en) | MAGNETOMECHANICAL CONVERTER AND METHOD OF CONTROL OF MAGNETOMECHANICAL CONVERTER | |
| JP5092206B2 (en) | Linear actuator positioning control method and apparatus | |
| Huang et al. | High-performance and high-precision servo control of a single-deck dual-axis PMLSM stage | |
| GB2142860A (en) | Machine tools | |
| JPS61214942A (en) | Driving means | |
| Fukada et al. | Nanometric positioning over a one-millimeter stroke using a flexure guide and electromagnetic linear motor | |
| Tan et al. | Large stroke and high precision positioning using iron–gallium alloy (Galfenol) based multi-DOF impact drive mechanism | |
| Wang et al. | Experimental research on the linear motor micro-feed device with high-frequency response, long travel and high accuracy | |
| RU2075797C1 (en) | Magnetic-to-mechanic converter and method for its control | |
| RU2102829C1 (en) | Magnetic-to-mechanical transducer and method for its control | |
| Milecki | Intelligent Materials Application in Mechatronic Devices | |
| Tsodikov et al. | Magnetostrictive force actuators for superprecise positioning | |
| Sang et al. | A Novel Nanopositioning Stage Integrated With Voice Coil Motor and Active Eddy Current Damper |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051011 |