МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01L41/12 H02N2/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как исполнительный элемент, осуществляющий малые угловые и линейные перемещения в оптических системах, станкостроении и т.д.

Известен магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, установленный на основании замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого связан с кожухом, а другой сопряжен с торцем фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному элементу, упорный подшипник, зажим, установленный на основании и сопряженный с валом, обмотки продольного и циркулярного намагничивания (а.с. СССР N 993791, кл. Н 01 L 41/12, 1993).

Недостатком устройства является наличие пассивного замыкающего кожуха, а также упорного подшипника, которые снижают быстродействие двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является имагнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, установленный на основании цилиндрический магнитострикционный замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого жестко связан с кожухом, а другой сопряжен с торцем фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному элементу, зажим, установленный на основании и сопряженный с валом, обмотки циркулярного и продольного намагничивания, замыкающий кожух которого выполнен из материала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента, и жестко связан с основанием со стороны крепления магнитострикционного элемента, а свободный торец кожуха сопряжен с другим торцем фланца выходного вала, обмотки циркулярного намагничивания при этом охватывают кожух и магнитострикционный элемент (а.с. СССР N 1091792, кл. H 01 L 41/12, 1993).

К недостаткам данного двигателя следует отнести низкое быстродействие, так как при работе двигатель полпериода совершает рабочее угловое перемещение, а другую половину периода возвращается в исходное положение, что снижает быстродействие работы двигателя. Кроме того, такой двигатель имеет малые функциональные возможности, так как совершает только угловые перемещения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей двигателя.

Решение задачи достигается тем, что в магнитострикционном двигателе, содержащем основание, установленный на основании цилиндрический магнитострикционный замыкающий кожух, внутренний полый цилиндрический магнитострикционный элемент, обмотки продольного и циркулярного намагничивания, замыкающий кожух и внутренний магнитострикционный элемент выполнены из одного магнитострикционного материала, связаны по концам друг с другом с помощью зажимов и имеют раздельные обмотки циркулярного намагничивания.

На чертеже изображен предлагаемый магнитострикционный шаговый двигатель.

Устройство содержит основание 1, внутренний полый цилиндрический магнитострикционный элемент 2, обмотку продольного намагничивания 3, закрепленную в кожухе 4 из магнитострикционного материала, который жестко закреплен на основании 1, одна обмотка циркулярного намагничивания 5 охватывает кожух, а другая 6 внутренний элемент. С помощью двух зажимов 7, жестко закрепленных по концам внутри магнитострикционного кожуха, внутренний цилиндрический магнитострикционный элемент связан с кожухом 4.

Магнитострикционный шаговый двигатель работает следующим образом.

Зажимы 7 в сжатом состоянии жестко связывают соответствующие концы кожуха 4 и элемента 2, при их разжатии элемент 2 не связан с кожухом 4 и может свободно перемещаться относительно кожуха 4. Двигатель может совершать два вида перемещений: линейные и угловые. Для осуществления линейных перемещений разжимают правый зажим 7, намагничивают элемент 2 подачей тока в обмотку 3 продольно, если, например, материал элемента 2 имеет положительный знак магнитострикции, зажимается правый зажим 7, разжимается левый и обесточивается обмотка 3, левый конец элемента 2 перемещается вправо, далее зажимается левый, разжимается правый зажимы 7 и т.д.

Таким образом, если необходимо перемещать выходной конец влево, то разжимается левый, правый зажат, намагничивается продольно элемент 2, зажимается левый, разжимается правый зажимы 7, обесточивается обмотка 3, зажимается правый, разжимается левый и т.д. Если материал элемента 2 имеет отрицательный знак магнитострикции, то перемещения будут противоположными.

Для осуществления угловых перемещений разжимается левый зажим 7, правый зажат, элемент 2 намагничивается винтовым магнитным полем с помощью обмоток 3,6, зажимается левый, разжимается правый зажим 7 и одновременно с разжатием правого зажима 7 изменяют направление винтового магнитного поля в элементе 2 на противоположное с помощью обмотки 6 и намагничивают кожух 4 винтовым полем, противонаправленным относительно поля в элементе 2, выходной конец совершит угловое перемещение, затем зажимают правый, разжимают левый зажим 7, одновременно изменяют направления винтовых магнитных полей в кожухе 4 и элементе 2 на противоположные, выходной конец совершает угловое перемещение, далее разжимается правый, зажимается левый зажим и т.д.

Таким образом, по сравнению с прототипом использование двух зажимов, разнесенных по концам кожуха и элемента, и связывающих их раздельных обмоток циркулярного намагничивания позволяет повысить быстродействие, так как двигатель осуществляет угловые перемещения почти непрерывно и с большим шагом в отличие от прототипа, кроме того, обеспечивает возможность осуществления линейных перемещений, что исключено в прототипе, расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства. Больший угловой шаг объясняется тем, что в предлагаемом устройстве кожух и элемент 2 выполнены из одного и того же магнитострикционного материала в отличие от прототипа, а как известно, нет двух магнитострикционных материалов с абсолютно одинаковыми по значению и разными по знаку коэффициентами магнитострикции. Следовательно, если использовать один материал с большим коэффициентом и для кожуха, и для элемента, угловой шаг предлагаемого устройства будет больше, чем у прототипа.

Таким образом, по сравнению с прототипом использование двух зажимов, разнесенных по концам кожуха и элемента и связывающих их, раздельных обмоток циркулярного намагничивания позволяет повысить быстродействие и расширить функциональные возможности двигателя.

Использование: как исполнительный элемент, осуществляющий малые угловые и линейные перемещения в оптических системах. Сущность изобретения: устройство содержит основание 1, внутренний полый цилиндрический магнитострикционный элемент 2, обмотку продольного намагничивания 3, закрепленную в кожухе 4 из магнитострикционного материала, который жестко закреплен на основании 1, одна обмотка циркулярного намагничивания 5 охватывает кожух, а другая 6 - внутренний элемент. С помощью двух зажимов 7, жестко закрепленных по концам внутри магнитострикционного кожуха, внутренний цилиндрический магнитострикционный элемент связан с кожухом 4. Изобретение позволяет повысить быстродействие двигателя и расширить функциональные возможности за счет использования одного магнитострикционного материала как для элемента 2, так и для кожуха. 1 ил.

Магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, установленный на основании цилиндрический магнитострикционный замыкающий кожух, внутренний полый цилиндрический магнитострикционный элемент, обмотки продольного и циркулярного намагничивания, отличающийся тем, что замыкающий кожух и внутренний магнитострикционный элемент выполнены из одного магнитострикционного материала, связаны по концам друг с другом с помощью зажимов и имеют раздельные обмотки циркулярного намагничивания.