RU26282U1 - Микропозиционер на основе высокоэнергичных постоянных пленочных магнитов - Google Patents

Abstract

Микропозиционер, содержащий статор и ползун, где в качестве статора используются сверхпроводящие керамические элементы, отличающийся тем, что роль ползуна выполняет постоянный пленочный магнит или их комбинация с высокой остаточной намагниченностью, коэрцитивной силой и магнитной энергией.

Description

МИКРОПОЗИЦИОНЕР НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЭНЕРГИЧНЫХ ПОСТОЯННЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МАГНИТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к микроэлектронике, в частности к устройствам для позиционирования, и может быть использовано при температурах от 4,2 К до 80 К.

Одним из перспективных направлений является получение пленочных постоянных магнитов, применение которых резко расширяет возможности создания миниатюрных приборов, в том числе сенсоров и позиционеров. В настоящее время все более широкое применение в сенсорных устройствах находят различные по характеру исполнения, принципам работы и функциональному назначению позиционеры. В устройствах такого типа в основном используются три физических явления: магнитострикция, обратный пьезоэлектрический эффект и электрострикция. Простота конструкционного и технологического исполнения этих приборов позволяет применять их в различных областях современной техники. Однако таким приборам все же присуш;и определенные недостатки: необходимость использования электрических полей высокой напряженности; ограничение в перемеш,ениях, определяемые физическими свойствами материала, используемого в качестве активного элемента позиционера. Микропозиционер на основе высокотемпературной сверхпроводяш;ей керамики 1 ограничен в возможностях перемещения.

Перечисленные выше недостатки практически отсутствуют в предлагаемом варианте микропозиционера, где в качестве активного элемента - постоянные пленочные магниты 1, например из сплава NdМПК : Н 02 N 2 / 02 Н OIF 10/00

Fe-B. Принцип действия данного микропозиционера основан на явлении левитации сверхпроводника в магнитном поле 2.

Например, постоянные пленочные магниты 1 на основе сплава Nd-Fe-B имеют высокую остаточную намагниченность, коэрцитивную силу и магнитную энергию в направлении .перпендикулярно поверхности пленочного магнита 3, что является необходимым условием для лучшего проявления эффекта левитации. В предлагаемом изобретении левитирующим элементом является пленочный магнит или их комбинация, неоднородное магнитное поле которых выталкивается из сверхпроводящих керамических элементов.

Основной составляющей микропозиционера являются постоянные пленочные магниты 1 сплава Nd-Fe-B, которые обладают высокой остаточной намагниченностью, а расстояние между отдельными пленочными магнитами 1 соразмеримо с расстоянием между отдельными керамическими элементами 3. Пленочные магниты 1 выполняют роль ползуна при их смещении относительно керамических элементов 3, т.е. являются активными элементами микропозиционера. Пленочные магниты 1 достаточно тонкие, чтобы фиксация их расположения друг относительно друга производилась путем ламинирования под пленку 4. Пленочные магниты 1 неплоской формы создают неоднородное магнитное поле и не требуют их группировки в единое целое, как в случае плоских пленочных магнитов 1. Папример, полусферические, полуцилиндрические и волнообразные пленочные магниты 1 имеют неплоскую конфигурацию. Кроме пленочных магнитов 1 в состав микропозиционера входит набор из отдельных сверхпроводящих керамических элементов 3 с площадью в сечении несколько квадратных миллиметров, длиной несколько десятков миллиметров, на соразмеримом расстоянии друг от друга, например 1x0,4x20 мм с расстоянием между ними 1,2 мм. К каждому

керамическому элементу 3 подводятся токонесущие провода 2. Керамические элементы 3 выполняют роль статора.

При охлаждении керамических элементов 3 жидким азотом до температуры 77 К они 3 переходят в сверхпроводящее состояние и начинают выталкивать пленочные магниты 1, создающие неоднородное магнитное поле. Возможность использования пленочных магнитов 1 на основе сплава Nd-Fe-B при температурах от 4,2 К и выще была показана в работе 3. Пленочный магнит 1 левитирует над керамическими элементами 3, причем в положении устойчивого равновесия. Разрущение сверхпроводящего состояния в одном из керамических элементов 3 постоянным током 4 приводит к нарущению этого равновесия. Новое положение равновесия пленочного магнита 1 смещено относительно предыдущего на десятые доли миллиметра и варьируется подбором расстояния между керамическими элементами 3 и распределением магнитного поля, создаваемого пленочными магнитами 1. В отсутствие постоянного тока сверхпроводимость керамического элемента 3 быстро восстанавливается. Таким образом, разрущая постоянным током состояние сверхпроводимости в отдельных керамических элементах 3 и восстанавливая его выключением тока, легко добиться дальнейщего перемещения пленочного магнита 1 относительно керамичесюих элементов.

В микропозиционерах данной конструкции легко реализовать дискретность перемещения ползуна, которым является пленочный магнит 1 или их комбинация под пленкой 4 в интервале от 10 мкм до нескольких миллиметров, поскольку она определяется только размерами элементов микропозиционера и расстоянием между ними.

Особенностью микропозиционера данного типа является также возможность плавной регулировки перемещения ползуна, в пределах одного щага, что достигается за счет возможности частичного

.-А///. разрушения сверхпроводящего состояния отдельного керамического элемента 3.

На фигурах 1-4 показаны различные варианты конструкции микропозиционера. На фигуре 1 пленочные магниты являются плоскими и представляют собой единое целое, поскольку находятся под ламинирующей пленкой или фиксатором. На фигуре 2 приведен пример волнового пленочного магнита 1, а на фигурах 3 и 4 полусферического пленочного магнита 1 при различных его положениях относительно керамических элементов 3. Введены следующие обозначения: 1 пленочный магнит, 2 - токонесущие провода, 3 - сверхпроводящие керамические элементы, 4 - ламинирующая пленка или фиксатор пленочных магнитов. Стрелкой показано направление смещения пленочного магнита.

1. Санников В.Г., Фадеев С.А. Электронные датчики Сенсор-91. ЛДНТН, 43-45

2. Meissner W., Ochsenfeld R. Naturwissenschaften, vol.21, pp.787 - 788. 3. Нарилов A.A., Лилеев A.C., Лилеева Ю.Я., Малютина E.C. Спинориентациоиный переход в пленочных и спеченных магнитах на основе сплава Nd-Fe-B. Известия ВУЗов (материалы для электр. техники), №2, 2002.

4. Ван Дузер Т., Тернер Ч.У. Физические основы сверхпроводниковых устройств и цепс11. - М.: Радио и связь, 1984. - 344 с.

CC H I Микропозиционер

Claims (1)

1. Микропозиционер, содержащий статор и ползун, где в качестве статора используются сверхпроводящие керамические элементы, отличающийся тем, что роль ползуна выполняет постоянный пленочный магнит или их комбинация с высокой остаточной намагниченностью, коэрцитивной силой и магнитной энергией.