МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1995 года по МПК H02N2/00 H01L41/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к исполнительным устройствам малых перемещений, и может быть использовано в станкостроении, в оптико-механической промышленности и других областях техники.

Известен магнитострикционный исполнительный элемент в виде многопластинчатого линейного магнитостриктора с обмоткой возбуждения и рычажной передачей в виде планки, один конец которой жестко соединен с движителем, а с другого снимается перемещение [1]
Недостатком данного элемента является низкая точность осуществления перемещения, что связано с наличием кинематических звеньев, люфта и трений в месте соединения неподвижной оси к планке. Активный элемент и обмотка возбуждения не являются одной твердотельной конструкцией, что обуславливает низкие функциональные возможности.

Наиболее близким к изобретению является магнитострикционный элемент, содержащий биметаллическую пластину, слои которой выполнены из материалов с разными коэффициентами магнитострикции, при этом один активный слой расположен внутри обмотки продольного намагничивания [2]
Недостатком данного элемента является применение для изготовления различных магнитострикционных материалов, т. е. требуется большой ассортимент, что в конечном счете осложняет технологичность конструкции. Возникающая значительная температурная погрешность при применении разных материалов ухудшает точность обработки перемещения. Кроме того, данный элемент имеет ограниченные функциональные возможности, так как перемещение объекта из исходного положения осуществляется только в одну сторону. Активный элемент и обмотка возбуждения не являются одной твердотельной конструкцией, что обуславливает низкие функциональные возможности, при этом такой элемент не может быть использован в наборном исполнительном элементе.

Цель изобретения повышение эффективности, точности и расширение функциональных возможностей.

Для этого в магнитострикционном исполнительном элементе, содержащем активные слои, выполненные из магнитострикционного материала, и намагничивающую обмотку, все активные слои образуют с намагничивающей обмоткой твердотельную гибкую пластину и выполнены из материалов с одинаковым по знаку коэффициентом магнитострикции, а каждая половина слоев, лежащих по разные стороны от нейтральной плоскости изгиба, снабжена своей обмоткой намагничивания, при этом магнитострикционные слои выполнены прямоугольной формы с прямоугольным отверстием по середине, а обмотка уложена так, что ее составляющие охватывают части магнитострикционного слоя, расположенные на противоположных сторонах от отверстия.

Активные слои могут быть выполнены из одного магнитострикционного материала.

Применение одного материала не только делает конструкцию технологичней, но и повышает точность, так как температурные деформации слоев будут одинаковыми и взаимокомпенсироваться, что приведет к исключению биметаллического прогиба на величину рабочей изгибной деформации. Введение в конструкцию обмоток для каждого слоя позволяет совершать рабочие прогибы пластины в двух направлениях от исходного состояния. Выполнение магнитострикционного элемента в виде монолитной пластины позволяет производить параллельный и последовательный набор нескольких тонких элементов в устройство в соответствии с поставленной целью, а также использовать кодовый или цифровой принципы управления таких наборных устройств. Изготовление пластины предложенной формы позволяет магнитному потоку замыкаться по контуру активного слоя, обеспечивает полную его намагниченность и сильную магнитную связь этого активного слоя со своей обмоткой намагничивания, что дает возможность получить высокие выходные характеристики за счет раздельного намагничивания отдельных активных слоев.

На фиг. 1 изображен предлагаемый исполнительный элемент; на фиг. 2 один из вариантов намотки обмоток.

Магнитострикционный исполнительный элемент (фиг. 1) содержит биметаллическую пластину, активные слои 1 и 2 которой выполнены из одного магнитострикционного материала (например, пермендюра). Слои 1 и 2 находятся внутри охватывающих их своих обмоток 3 и 4 продольного намагничивания соответственно. При этом слои 1 и 2 жестко связаны с обмотками 3 и 4 по продольным плоскостям и соединены между собой при помощи клеевого соединения 5 в монолитную пластину.

На фиг. 2 показан один из вариантов расположения обмотки. Для уменьшения клеевого соединительного слоя 5 (между активными слоями 1 и 2) обмотки 3 и 4 выполнены секционированными с согласным включением секций в каждом слое и уложены таким образом, что витки одной секции обмотки 3 чередуются по длине с витками секции другой обмотки 4. Такое выполнение соединительного слоя увеличивает прогиб элемента.

Магнитострикционный исполнительный элемент работает следующим образом.

При подключении обмотки 3 продольного намагничивания к источнику постоянного тока активный слой 1 под действием магнитострикционного эффекта получает удлинение, при этом слой 2 остается в первоначальном состоянии. Так как эти два слоя жестко связаны между собой, то весь элемент получит прогиб в сторону слоя 1. После обесточивания элемент возвращается в исходное положение.

При подключении обмоток 4 к источнику постоянного тока активный слой 2 получит удлинение и весь элемент получит прогиб в сторону слоя 2. Данные деформации исполнительного элемента могут далее использоваться для оказания механического воздействия на различные объекты, например для перемещения исполнительного органа какой-либо САУ. Крепление элемента при этом может быть как консольное, так и балочное. В первом случае один конец элемента жестко защемляется на каком-либо основании, а второй конец жестко соединяется с перемещаемым объектом. При балочном креплении оба конца элемента шарнирно или жестко закрепляются на основании, перемещение снимается с середины элемента.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет сделать конструкцию более эффективной и точной с расширенными функциональными возможностями.

Использование: в электротехнике, а именно в исполнительных устройствах малых перемещений в станкостроении, оптико-механической промышленности и других областях техники. Сущность изобретения: магнитострикционный элемент содержит биметаллическую пластину, активные слои которой выполнены из одного магнитострикционного материала (например, пермендюра). Слои находятся внутри охватывающих их своих обмоток продольного намагничивания соответственно. При этом слои жестко связаны с обмотками по продольным плоскостям и соединены между собой при помощи клеевого соединения в монолитную пластину. Для уменьшения клеевого соединительного слоя (между активными слоями) можно обмотки выполнять секционированными с согласным включением секций в каждом слое и укладывать их таким образом, что витки одной секции обмотки чередуются по длине с витками секции другой обмотки. Такое выполнение соединительного слоя увеличивает прогиб элемента. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий активные слои, выполненные из магнитострикционного материала, и намагничивающую обмотку, отличающийся тем, что все активные слои образуют с намагничивающей обмоткой твердотельную гибкую пластину и выполнены из материалов с одинаковым по знаку коэффициентом магнитострикции, а каждая половина слоев, лежащих по разные стороны от нейтральной плоскости изгиба, снабжена своей обмоткой намагничивания, при этом магнитострикционные слои выполнены прямоугольной формы с прямоугольным отверстием посередине, а обмотка уложена так, что ее составляющие охватывают части магнитострикционного слоя, расположенные на противоположных сторонах отверстия. 2. Исполнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что активные слои выполнены из одного материала.