SE511556C2 - Magnetostriktivt aktiveringsdon - Google Patents

Description

lO 15 20 k) L!! 40 511 556 Z betydande problem med järnförluster och önskemålet att få låg reluktans i den magnetiska kretsen..

Det är ett syfte med uppfinningen att åstadkomma en större effektivitet i den magnetiska kretsen vid ett magnetosniktivt aktiveringsdon av det slag som anges inledningsvis. Ett annat syfte är att uppnå en dylik förbättrad verkningsgrad utan att den dynamiska styvheten minskas. Detta och andra syften åstadkommes enligt uppfinningen genom att vid ett aktiveringsdon av inledningsvis angivet slag magnetlaetsen vid magnetostriktionsstavens ändar eller åtminstone en av dessa är uppbyggd på i den kännetecknande delen av patentkrav 1 angivet sätt.

Den magnetostriktiva stavens ändar, eller åtminstone den ena, är sålunda i enlighet med uppfinningen anliggande mot ett paket av mot dess ände kantställda transforrnatorplåtar, vilka är under isolering sarnmanfogade till ett massivt paket, som uppåt i tvärsnitt uppvisar en konisk eller stympat konisk form, som passar in i ett annat paket av transforrnatorplåtar, i vilket paket en mot denna uppvisande form komplementär hålighet är upptagen för inpassning.

Det mot stavens ände/ändar anliggande paketets konform tillverkas företrädesvis på så sätt, att man först hopfäster styckena av transforrnatorplåt till en enhet och därefter uppnår konformen och den mot staven anslutande ytan genom mekanisk bearbetning av paketet. Vid en annan utföringsform utan axiell symmetri är paketet sammansatt av parallellepipediska plåtar till en prismafonn.

I enlighet med en föredragen utföringsfonn använder man för de mot stavens ändar anliggande paketen sådan transforrnatorplåt som i plåtens plan har en magnetisk företrädesriktning, vilken företrädesriktriing sarnrnafaller med stavens axelriktning.

Magnetkretsens delar vid anslutningsställena mellan plåtpaket med olika, mot varandra i regel vinkelräta riktningar för själva plåten, kan dels göras avfasade så att de möter kanter mot kanter och inte ett pakets kanter mot en enda plåtyta i det andra, och dels i ”fogar” mellan magnetkretsens delar inläggas magnetflödesledande element av mjukjäinsmagrretrisk pulverplastkomposit. Vid förmånliga utföringsfonner, där magnetkretsen är uppbyggd såsom en transformator, kan sådana element företrädesvis utgöras av permanenunagnetiska skivor, som är magnetiserade i sina tjockleks- riktningar.

Uppfmningen skall nu beskrivas närmare genom utforingsexempel i anslutning till ritningarna. Fig. 1 visar ett exempel på ett magnetostriktivt aktiveringsdon av känt slag, som kan ändras för att tillämpa uppfinningen. Fig. 2 visar ett bearbetat plåtpani som är lärnpat för att utgöra det mot magnetstavens ände anliggande paketet enligt uppfinningen, Fig. 3 och 4 åskådliggör plåtpaketskonfigurationer som kan kombineras med den i Pig. 2 visade. Fig. 5 visar en annan konfiguration av ett bearbetat plåtparti.

Fig. 6 visar en fog i en magnetisk krets. Av tydlighetsskäl har de olika plåtpaketen i Fig. 2 - 6 ritats med få, överdrivet tjocka plåtar resp. trådar, vilket inses utan vidare av fackmarmen. 10 15 20 k) UI 40 45 5 511 556 IFig. 1 visas en känd typ av magnetostriktivt aktiveringsdon eller en givare, som i detta fall har cirkulär symmetri kring sin trrittaxel. Detta skall givetvis inte ses som en inskränkning av uppfinningen, som även kan tillämpas i andra geometrier.

Mitt i sitter staven 1 av magnetostriktivt material, omgiven av en lindad spole 2. Det magnetiska flöde som uppstår då en växelström drives genom spolen, och som man önskar skall erfara så litet magnetiskt motstånd som möjligt, diives genom en kombination av två polstycken 3, fästade vid stavens 1 ändar, samt omgivande magnetledare 4 och 5, som har ringforrner. Mellan polstyckena 3, som ligger an mot den magnetostriktiva stavens 1 rörliga ände och/eller ändar och magnetledarna 4, är anordnade smala cylindriska gap 15, vilkas generattiser är parallella med rnittaxeln och alltså med staven 1. Mellan resp. ringar 4, 5 är monterade perrnanentrnagneter med ringform, vilka ger ett konstant permanentmagrretfalt, i avsikt att åstadkomma en någorlunda linjär längdändring av den magnetostriktiva staven som funktion av den genom spolen 2 åstadkomna magnetiseringen. Utrymmet mellan spolen 2 och magnetledaren 5 är utfyllt med en utfyllnad 7, av ett icke elektriskt ledande men värmeledande material för att få kylning, men kan också vara av plast, t.ex. epoxy.

Man ser att staven 1 med polstyckena 3 kan röra sig i axelriktningen relativt resten av den magnetiska kretsen.

Staven 1 är anordnad i axiell kompression, varigenom man kan få en särskilt god magnetostriktionsverkan i form av längdändring i axelriktrtirigen. Denna axiella kompression är i det föreliggande fallet åstadkommen genom ett yttre hölje av t.ex. duraluminiurn, bestående av ett rörstycke 9, ett bottenstycke 10 fast vid rörstycket 9 och ett lockstycke 11, som är inskruvbart i rörstycket 9 i ett gängförband. Genom ett hål i lockstycket sträcker sig en stötstäng 8, som anligger mot det ena av polstyckena 3, medan det andra polstycket 3 via en ring 14, som kan vara en piezoeleknisk trycksensor vilar mot bottenstycket 10. Stötstången har vid sin inåtvända ände en vulst, som uppbär en dubbel tallriksfiäder 12, som är inklärnd mellan vulsten och lockstycket och kan spärmas i olika grad genom att variera inskruvningen av lockstycket. I lockstyckets hål sitter också ett larninerat, styvt organ 13, som skyddar mot belastning i transversalriktningen.

I enlighet med denna kända teknik är denmagnetiska återföringskretsen för det av växelström alstrade magnetflödet genom staven 1 tillverkad av larninerat mjukrnagnetiskt material. Exempelvis kan ringarna 5 tillverkas genom att rulla ett band av 0,35 mm plåt med 0,01 mm isolerskikt mellan varven, med efterföljande skärande bearbetning. Även polstyckena 3 och magnetledama 4 har enligt känd telcnik tillverkats av transforrnatorplåt.

Uppfinningen är inriktad på att utan att minska styvheten förbättra de magnetiska egenskapema framför allt vid övergångenmellan stavens 1 ändar, där de magnetiska fältlinjerna skall vara riktade i axelriktningen för att kunna ge maximal och homogen magnetisering av den magnetostriktiva staven 1, samtidigt som dessa vid gapen skall 10 l5 b) UI 40 45 511 556 4 vara möjligast vinkelräta däremot. I magnetledama 4 skall de magnetiska fåltlirijerna vara riktade parallellt med dessas längdriktning eller, som vid det visade axialsymmetriska exemplet, helst radiellt riktade. Enligt uppfmningen uppnås detta genom en förmånlig struktur som utbyter polstyckena 3 mot tudelade sådana, i form av en första buntad uppsättning av transformatormetallstycken, som är sträckta i axelrikmingen, samt har en konisk eller stympat konisk ände eller motsvarande tvärsnitt, såsom schematiskt visas i Fig. 3 resp. Fig. 4.

I Fig. 3 består bunten av på varandra lagda och hoplimmade transforrnatorplåtar, som därefter bearbetats till en cylindrisk yta 20 för att passa mot staven l, och en stympat konisk yta 30. Den andra delen i ersättningen för polstycket 3 i Fig. l består av en platta av hoplagda plåtar 40 (Fig. 2) eller 41 (Fig. 5), vilken försetts med en urtagning som är komplementär till den stympat koniska ytan 30.

I Fig. 4 består bunten av tätpackade trådar av mjukmagnetiskt järn. Lärnpligen väljes ett trådtvärsnitt som går att tätpacka, till exempel kvadratiskt eller hexagonalt, men många andra mer eller mindre packningsbara former är tillämpliga.

Genom pilar i Fig. 3 resp. Fig. 4 utrnärkes magnetiska företrädesrikmingar. Man föredrar nämligen för dessa stympat koniska stycken att använda sådan transformatorplåt som i en rikming i plåtplanet har mycket hög permeabilitet i förhållande till den däremot vinkelräta riktningen - asyrnmetrin kan uppgå till 1:50 och däröver. Ehuru inga uttömmande beräkningar utförts och vinkeln beroende på de använda materialen med mera kan förläggas mellan 15 och 85°, förmodas att den förmånligaste konvinkeln är omkring 45° såsom vinkeln mellan en generatris och symmeuiaxeln. Även den i F ig. 4 visade utföringsformen uppvisar en förmånlig perrneabilitet i axelriktningen, om tråden drages och värmebehandlas på lämpligt sätt för att gynna bildning av en struktur med stora dendritartade kristaller.

Vid utgående från en konstruktion sådan som den kända enligt F ig. 1 är det lämpligt att använda en poldel såsom den i Fig. 2 visade, och detta av symmetriskäl. Vid mera öppna konstruktioner med en mera transforrnatorliknade konstruktion av magnetkretsen kan konstruktionen enligt Fig. 5 vara lämpligare, med plåtarna riktade i kretsens väsentliga plan. Även plåtarna i en stympad kon enligt Fig. 3 bör då förläggas i samma plan.

Fig. 6 visar en förmånlig konstruktion av en förbindelse mellan magnetledarre.

Magnetledaren 4' motsvarar den med 4 i Fig. l betecknade fastän hålet för magnetledaren 3 ej är visat. Maggnetledaren 5' motsvarar magnetledaren 5 i Fig. l. Som synes, är plåtpaketen snett avskurna, och vid en förmånlig konstruktion är en permanentrnagnet 6' med magnetisering i tjockleksrikmingen, i det fall då magnetkretsen är uppbyggd som en transformator, insatt mellan de snett avskurna magnetledarna. De magnetiska kraftlinjerna kommer därmed att i två steg om 45 ° vardera ändra riktning mellan plåtpaketen 4 och 5. - En liknande verkan med förbättrad 10 15 5 511 556 anpassning uppnås med ett element 6' av mjukjärnsmagrietiskt material, som i det fallet dock inte behöver ha skivform utan kan ha mera godtycklig form, vilket alltså kan utnyttjas både vid cirkulärsymmetriska magnetledare och vid andra former, tex. plana, transformatorliknande utföranden.

Det må än en gång betonas att beskrivningen utgått från den kända konstruktionen i Pig. 1 uteslutande som ett exempel, låt vara det för ögonblicket som bästa utförande ansedda. Emellertid kan ganska olikartade konstruktioner förekomma, där uppfinningen kan tillämpas. Exempelvis är det vanligt att sammansatta magnetostrikfionsstaven av ringformiga ämnen med ett hål i mitten, genom vilket drages en omagnetisk bult eller sträckta trådar av omagnetiskt material, varigenom den axiella kompressionen åstadkommes. Genom en dylik konstruktion behövs inte det skrymmande höljet. Vidare kan den magnetostrilctiva staven ha annan tvärsnittsform än rätcylindrisk, såsom till exempel rektangulär eller niangulär, vilket ytterligare utökar den möjliga konstruktiva variationen.

Claims (13)

10 20 lx) UI 40 45 511 556 e Patentkrav

1. l. Magnetostriktivt aktiveringsdon innefattande en långsträckt magnetostriktiv stav (l), anordnad i axiell kompression, en kring den magnetostrikfiva staven anordnad spole (2) och en magnetkrets (3, 4, 5) som sluter ett av spolen bildat magnetfält, varvid åtminstone den ena änden av staven är rörlig i magnetkretsen genom ett i magnetkretsen anordnat, cylindriskt smalt magnetgap (15) med generatriser som är parallella med stavens magnetostriktiva längdförändringsriktriing, kännetecknat av att i magnetkretsen vid åtminstone den ena av den magnetostriktiva stavens (1) ändar ingar a) dels ett första stycke innefattande en buntad uppsättning (20, 30) av från varandra elektriskt isolerade transforrnatonnetallstycken, som är sträckta i nämnda längdförändringsriktriing och som uppvisar en första form med en yta (19) som är ansluten till en ände av staven (1) och en därtill motsatt andra form (3 0), som har lutande ytor (30), och b) dels ett andra stycke innefattande en buntad uppsättning av från varandra isolerade transformatormetallstycket i plåtforrn, i vilken är upptagen en öppning, i vilken den första buntade uppsättningens andra form är med passform upptagen.

2. Aktiveringsdon enligt krav 1, kännetecknat av att den andra formen i den buntade uppsättningen i det forsta stycket är en stympad konisk yta.

3. Aktiveringsdon enligt krav 2, kännetecknat av att den nämnda koniska ytan är en rätcirkulär konisk yta.

4. Aktiveringsdon enligt krav 1, kännetecknat av att det första styckets transformatormetallstycken utgöres av transformatorplåtar fo gade vid varandra och bearbetade till sin yttre form.

5. Aktiveringsdon enligt krav 4, kännetecknat av att nämnda transformatorplâtar har en förhöjd permeabilitet i den riktning som svarar mot konytans axelriktning.

6. Aktiveringsdon enligt krav 2, kännetecknat av att det första styckets transfonnatormetallstycken utgöres av packade trådar med en gemensam riktning sammanfallande med konytans axelriktning.

7. Aktiveringsdon enligt krav 6, kännetecknat av att trådarna har ett kvadratiskt tvärsnitt.

8. Alctiveringsdon enligt krav 6, kännetecknat av att trådama har ett hexagonalt tvärsnitt. lO 7 511 556

9. Aktiveringsdon enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att det andra styckets generatriser bildar en vinkel om 15-85° och företrädesvis ungefär 45° mot konaxeln.

10. Aktiveringsdon enligt krav 1, kännetecknat av att den andra formen i den buntade uppsättningen har stympad pyramidfonn p '

11. Aktiveringsdon enligt lcrav 1, därlmagnetlcretsen inrfiefattar plåtpaket (4') med en första rnagnetiseringsriktriing som är vinkelrät mot den magnetostrikfiva stavens (1) riktning och därtill anslutande, kretsen slutande plåtpaket (5') med en andra magnetiseringsiikming som är parallell med den magnetostxiktiva stavens riktning, kännetecknat av att anslutning mellan plåtpaketen med den första och den andra magnetiseringsrikmingen är anordnad genom att plåtpaketen är avskurna med snitt som bildar en vinkel mot plåtamas normalriktningar.

12. Aktiveringsdon enligt krav ll, kännetecknat av att de nämnda snitten är lagda mot varandra under mellankomst av magnetflödesledande element (6').

13. Aktiveringsdon enligt lcrav 12, kännetecknat av att åtminstone en del av de nämnda elementen (6') är permanentmagnetiska plattor som är magnetíserade i sin tjockleksriktning.