Устройство микроперемещений и способ сборки и монтажа активного биморфного элемента устройства Советский патент 1993 года по МПК H02N2/04 H01L41/09 

Изобретение относится к области электротехники, касается магиитострикционных устройств микроперемещений и может быть использовано в контрольно-измерительных приборах, оптико-механических и лазерных системах, системах наведения и т.д.

Целью изобретения является повышение точности и эффективности обработки перемещений.

На фиг. 1 схематично показано устройство микроперемещений в разрезе; на фиг.2 этапы сборки и установки активного биморфного элеменга, являющегося частью устройства.

Устройство содержит активный биморфный магнитострикционный элемент 1, выполненный в виде спая двух пластин 2 и 3 из разных магнитострикционных материалов, причем материал пластины 2 имеет отрицательный коэффициент магйитострикции, а материал пластины 3 - положительный. Биморфный элемент 1 установлен в корпусе 4

о

ю ю ю

V4

посредством четырех попарно разнесенных по концам элемента 1 роликовых подшипников 5 и напруженного пружинного элемента б в виде тонкой пластины-мембраны 7, закрепленной по периферии на корпусе 5 детали 8. Средняя часть пластины-мембраны 7 соединена с биморфным элементом. Пружинный элемент регулируется винтом 9. Свободное пространство между концами биморфного элемента 1 и корпусог ч 4 по обе О стороны от роликов 5 заполнено эластичным материалом 10 с ферромагнитным наполнением. На корпусе 4 размещена обмотка 11 намагничивания. Выходное перемещение снимается с вьлходнсго штока 5 12.

Объектом данного изобретения является также способ.сборки и монтажа активного биморфного элемента 1. Способ осуществляют следующим образом (фиг.2). 20

До соединения пластин 2 и 3 в общий элемент их подвергают действию продольных напряжений, причем пластину 2 мз материала с отрицательным коэффициентом магнитострйкции - напряжению растяже- 5 ния, а пластину 3 из материала с положи- тельным коэффициентом магнитострйкции напряжению сжатия (фиг.2а). В напряженном состоянии пластины 2 м 3 жестко соеди- няют, например склеивают, в общий 30 элемент. При снятии напряжений элемент 1 иагибается так, что возникает вогнутость со стороны пластины 2, подвергавшейся до соединения напряжению растяжения. При этом в сечении пластин возникают напря- 35 жения, схематично изображенные на фиг.26 справа. После этого биморфный элемент устанавливают при помощи роликовых подшипников 5 в корпусе 4, и поперечной силой, создаваемой пружинным элементом, 0 воздействуют на центральную часть биморфного элемента, выпрямляя его до плоского состояния. При этом в поперечном сечении пластин возникают напряй ения, схематично изображенные на фиг.2в справа.45

Устройство с активным биморфным элементом, собранным и смонтированным способом, описанным выше, работает следующим образом.

При подключении обмотки 11 намагни- 50 ивания к источнику постоянного тока нагруженные пластины 2 и 3 намагничиваются и активный биморфный элемент 1, преодолевая силу сопротивления пружинного элемента б, получает прогиб в сторону 55 пластины 3 из материала с положительной магнитострикцией. При этом происходит перемещение выходного штока 12. Величина этого перемещения может регулировйть- ся величиной тока в обмотке

намагничивания. Нагруженный пружинный элемент может использоваться для предварительной юстировки нагрузки. Если необходимо получить колебательные движения на выходном штоке, то обмотка намагничивания подключается к источнику переменного тока нешосредственно или при наличии постоянного подмагничивающеготока. При этом эластичный материал 10 служит эффективным демпфером, и при достаточно высоких частотах закрепление концов активного элемента приближается к условиям жесткого защемления.

Предварительное формирование равномерных по сечению пластин упругих напряженийповышаетлинейностьмагнитомеханических характеристик, что совместно с увеличением х есткости активного элемента позволяет повысить точность перемещений. С другой стороны, наличие напряжений соответствующего знака в пластинах вызывает увеличение величины относительной магнитострикциоиной деформации, что, в конечном счете, позволяет увеличить эффективность прогиба активного элемента на 25-30%.

Формула изобретения

1.Устройство микроперемещений, содержащее активный биморфный элемент в виде двух жестко соединенных пластин, выполненных из материалов с разными по значению коэффициентами магнитострйкции, обмотку намагничивания и корпус из магни- топроводящего материала, в котором биморфный элемент установлен с помощью нагруженного пружинного элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и эффективности обработки перемещений, биморфный элемент закреплен в корпусе обоими концами посредством роликов,.выполненных из ферромагнитного ма- териала и размещенных попарно на обеих плоскостях биморфного элемента таким образом, что их оси расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости биморфного элемента и его боковым граням, а пружинный элемент установлен в центральной части биморфного элемента, являющейся выходом устройства, при этом пространство между концами биморфного элемента и корпусом по обе стороны от роликов заполнено эластичным демпфирующим материалом.

2.Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что пружинный элемент выполнен а виде пластины-диафрагмы, закрепленной по периферии на корпусе, а средней частью соединенной с биморфным элементом.

3.Устройство по пп,1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что пружинный элемент выполнен регулируемым.

4.Устройство по пп,1-3, отличающееся тем, что диаметр роликов меньше толщины биморфного элемента, а эластичный материал выполнен с ферромагнитным наполнителем.

5.Способ сборки и монтажа активного биморфного элемента устройства, за слючаю- щийся в том, что пластины из разных магни- тострикционных материалов соединяют, устанавливают в корпус и подвергают действию поперечныхсил, о тл ич а ю щи йсятем, что до соединения пластин по ;райней мере одну из них подвергают действию продольных напряжений, причем пластину, выпол

ненную из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции,- напряжению растяжения, а пластину с положительным козффиц / ентом магнито- стрикцим - напряжению сжатия, после сое- ,аиие;- ия AencrBVis нйпряжений сн ;мают, а после установки в корпус подвергают дейст-- зию поперечных сил, направленных на вы- прймлен сз биморфного злемента.

S. Способ по п.5, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что дейстзием поперечных сил диморфный элем ;н зыпрямляют до плоского соСТОГ г МЙ.

15

Изобретение относится к области электротехники, касается магнитострикционных устройств микроперемещений и может быть использовано в контрольно-измерительной, оптико-механической технике, лазерных системах, системах наведения и т.д. Целью изобретения является повышение точности и эффективности отработки перемещений. В корпусе устройства размещен активный биморфный элемент, выполненный из магнитострикционных материалов с разными по знаку коэффициентами магнитострик- ции. До соединения в общий элемент хотя бы одну из пластин подвергают действию продольных напряжений, пластину из материала с отрицательным коэффициентом магиитострИ ции - напряжению растяжения, с положительным - сжатия. После соединения пластин в элемент действие напряжений снимают. После установки в корпусе элемент действием поперечных сил выпрямляют. Активный элемент установлен в корпусе с помощью роликовых подшипников по концам элемента. В средней части элемент подпружинен нагруженным пружинным элементом, напротив которого находится выходной шток устройства. Способ изготовления и монтажа биморфного элемента совместно с описанной конструкцией самого устройства позволяет добиться равномерных по сечению пл§стин упругих напряжений, что повышает линейность магнитомеханических характеристик. Это приводит к повышению точности и эффективности обработки перемещений. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил. сл с

-. б -ц;

3

Э