DE2130651A1

DE2130651A1 - Elektromechanischer Wandler

Info

Publication number: DE2130651A1
Application number: DE19712130651
Authority: DE
Inventors: Edson Alden Potter
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1971-06-21
Publication date: 1972-03-30
Also published as: USRE28381E; LU63349A1; FR2096415A1; NO129239B; US3634742A; FR2096415B1; ES392485A1; CA929211A; BE768852A; ZA713511B; NL7108256A; CH551706A; GB1337822A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · aooo .Düsseldorf ■ Cecilienallee ve ■ Telefon 43373a

Unsere Akte; 26 715 18. Juni 1971

IIl/Ro.

International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London_y S. ¥. 1. Großbritannien

"Elektromechanischer Wandler"

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Umwandler von Leistung, insbesondere auf eine magnetostriktive Vorrichtung und Verfahren zum Umwandeln elektrischer und mechanischer Leistung bzw. Energie.

Bekanntlich können magnetostriktive Effekte, z.B. der Joule-Effekt, d.h. die Längenänderung eines ferromagnetischen Stabes unter der Einwirkung eines magnetischen Longitudinalfeldes, und der Villari-Effekt, d.h. die Änderung des magnetischen Zustandes bzw. der magnetischen Feldstärke, wenn ein magnetisierter ferromagnetischer Stahl einer Longitudinalspannung unterworfen wird, zum Umwandeln elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt verwendet werden. Magnetostriktive Wandler erwiesen sich besonders zweckmäßig zum Umwandeln elektrischer Wechselstromenergie in mechanische Schwingung^; oder Vibrations-Energie, einschließlich akustischer Energie. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß magnetostriktive Wandler mit auf einen Zylinderring aufgewickelter Spule S5ur Erzeugung von sonarer und anderer Unterwasser-Schallenergie Und magnetostriktive Wandler mit langgestreckten

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Stäben, auf denen Wendelspulen aufgewickelt sind, als Antriebe für Vibrationswerkzeuge, z.B. Ultraschall-Schwingungsbohrer, Schweißgeräte und Lötkolben sowie Ultraschall-Reinigungsanlagen, besonders geeignet sind. Der magnetostriktive Werkstoff ist in der Regel der Hauptgewichts- und Volumenanteil oder zumindest ein sehr wesentlicher Anteil eines magnetostriktiven Wandlers; soweit daher eine größere magnetostriktive Leistung benötigt wird, wäre es von Vorteil, die Leistungskapazität ohne Vergrößerung der Menge des im Wandler benötigten magnetostriktiven Werkstoffs zu erhöhen. Allgemein hängt die Größe der ausnutzbaren mechanischen Leistung bei einem magnetostriktiven Schwingungswandler im weiten Umfang von der Schwingungsfrequenz und von der Gesamtamplitude der aus der magnetostriktiven Deformationskomponente, beispielsweise der Längenänderung geteilt durch die Ausgangslänge, erzielten Schwingung ab. Die Schwingungsfrequenz ist in der Praxis häufig durch mechanische Faktoren, beispielsweise Trägheit und Resonanzfrequenz, und durch elektrische Faktoren, wie beispielsweise induktive Reaktanz begrenzt. In einigen besonders wesentlichen Fällen, wie bei der Erzeugung von akustischer Energie, ergeben sich die Frequenzen durch Bedingungen, die durch den Empfänger oder Schalleffekte einschließlich unangenehmer hörbarer Geräusche oder Signalgabe, Kavitation, Schwellwerte od.dgl. gestellt sind; Verbesserungen, die zu einer Erhöhung der Amplitude der magnetostriktiven Deformationskomponente führen, sind von größerer oder sogar höchster Bedeutung, wo Steigerungen der magnetostriktiven Leistung benötigt werden. Das Ausmaß, um das die Amplitude der magnetostriktiven Deformationskomponente durch Steigerung der elektrischen Eingangsleistung erhöht werden kann, ist begrenzt, da die Magnetostriktion eine Sättigung erreicht, wenn der Kraftfluß über bestimmte,

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von den Kernwerkstoffen abhängige, mehr oder weniger definierte Grenzwerte erhöht wird. Die Sättigungsmagnetostriktion ist eine Eigenschaft, die bei einem Einkristall gewöhnlich anisotrop ist und daher unterschiedliche Werte annimmt,-wenn ihre Messung in unterschiedlichen kristallographischen Richtungen erfolgt. Bei polykristallinen Stoffen erscheint die nutzbare Magnetostriktion allgemein als Mittelwert gleichzeitig in einer Anzahl verschie den orientierter Kristalle auftretender magnetostriktiver Deformationskomponenten. Demgemäß sind die magnetostrikven Eigenschaften einschließlich der Sättigungsmagnetostriktion von polykristallinen Werkstoffen in einigen Fällen isotrop oder praktisch isotrop und in anderen Fällen anisotrop, was von der Kristallstruktur des Werkstoffs abhängig ist, die ihrerseits häufig von der vorhergehenden Behandlung des Werkstoffs abhängt. Unabhängig davon, ob ein magnetostriktiver Werkstoff isotrop oder anisotrop ist, und obwohl einige Vorteile durch günstige kristallographische Orientierungen erzielbar sind, legt die magnetostriktive Sättigung der Energieumwandlung magnetostriktiver Wandler Beschränkungen auf. Gewöhnlich bereitet es nur wenig oder keine Schwierigkeiten, soviel - oder mehr - elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen, wie ein vorgegebener magnetostriktiver Wandler bei Sättigungsbetrieb effektiv in mechanische Leistung umwandeln kann. Wenn daher eine höhere magnetostriktive Leistung benötigt wird, wäre es von Vorteil, die aus einem Kernwerkstoff gegebenen Volumens oder Gewichts erzielbare Ausgangsleistung zu steigern, welbst wenn die erhöhte mechanische Ausgangsleistung eine Steigerung der elektrischen Eingangsleistung erforderlich macht. Das Hauptproblem bei der Ableitung höherer mechanischer Leistung aus magnetostriktiven Wandlern liegt daher in dem Erreichen relativ hoher mechanischer Energiewerte je

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Gewichts- oder Volumeneinheit des magnetostriktiven Werkstoffs bei Sättigungsbetriebsbedingungen sowie im Erreichen relativ hoher Gesamtamplituden der magnetostriktiven Deformationskomponente j, wenn der Kernfluß bis zum magnetostriktiven Sättigungswert zyklisch geändert wird.

Erfindungsgemäß sind erste und zweite elektrisch leitende Spulen jeweils in bezug auf einen länglichen Kern, der im wesentlichen bilinearen magnetostriktiven Werkstoff enthält, so angeordnet, daß sie in stromführendem Zustand mit dem Kern elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite Spule so angeordnet sind, daß sie ein erstes elektromagnetisches Feld mit einem im wesentlichen in Kernlängsrichtung verlaufenden Kraftfluß und ein zweites elektromagnetisches Feld mit dem Kern quer zur Richtung des ersten elektromagnetischen Feldes schneidendem Kraftfluß entwickeln. Vorzugsweise verlaufen die auf den Kern wirkenden Felder zueinander senkrecht und haben Kraftflußlinien, die sich im magnetostriktiven Kernwerkstoff senkrecht zueinander schneiden.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der erfindungsgemäße magnetostriktive Wandler ein Bauteil auf, das den beiden Spulen periodischen Wechselstrom zuführt und den in den Spulen fließenden elektrischen Strom derart steuert, daß sich die Spulenströme phasenverschoben derart ändern, daß bei steigendem,.eine Spule mit dem Kern koppelndem elektromagnetischen Kraftfluß der die zweite Spul® mit dem Kern koppelnde Kraftfluß sinkt, im wesentlichen konstant bleibt oder Mull ist. In einer zur Verwendung bei sehr hohen Leistungspegeln besonders vorteilhaften Ausführung wird der die erste Spule mit dem Kern koppelnde elektromagnetische Kraftfluß von einem

Wert nahe Null bis in die Nähe des Sättigungsbereichs erhöht, während der die zweite Spule mit dem Kern koppelnde Kraftfluß aus der Nähe des Sättigungsbereichs bis nahe Null gesenkt wird, worauf der die erste Spule mit dem Kern koppelnde Kraftfluß auf eine niedrige oder im Null-Bereich liegende Dichte verringert wird, während der von der zweiten Spule ausgehende Fluß bis in die Nähe des Sättigungsbereichs vergrößert wird. Spulen zur Entwicklung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen i Felder können um den oder in dem Kern oder auch in einer anderen Weise angeordnet sein, beispielsweise transaxial, vorausgesetzt, daß der elektromagnetische Kraftfluß der Spule in den Kernwerkstoff gerichtet werden kann.

Die elektrische Energie für die quer zueinander gerichteten Felder kann entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch gewonnen werden, daß ein Paar von Transversalspulen mit Strom von einer Wechselstromquelle, beispielsweise einem Röhrengenerator oder einem Synchrongenerator gespeist wird, und der Strom mit Hilfe eines Gleichrichterpaars derart gesteuert wird, daß während eines Teils der Periode Strom von der Wech- I selstromquelle in einer Richtung der einen Spule und danach während eines anderen Teils der Wechselstromperiode der anderen Spule zugeführt wird.

Der magnetostriktive Kern besitzt vorzugsweise eine Konfiguration, die einen kontinuierlichen Weg einheitlichen Querschnitts um eine zentrale öffnung schafft, so z.B. eine Toruskonfiguration oder deren Abwandlungen mit einem hohlen Ring und hohlen ringförmigen Zylindern, sowie auch rechteckiger oder anderen symmetrischer Abwandlungen von torusartigen Konfigurationen. Als Bildrahmen, Fenster, Schnecken und Ringröhren bekannte Konfigurationen können

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verwendet werden. Es können auch Kernkomponenten längliche Ausbildungen haben, so z.B. diejenigen eines Stabes oder einer Stimmgabel· Für Geräte bzw. Einrichtungen, bei denen eine langgestreckte Kernform, so z.B. als gerader Stab, benötigt wird, ist es zweckmäßig, zwei parallel zueinander verlaufende Stäbe und magnetische Polleiter an den Enden der Stäbe vorzusehen, um einen durchgehenden Flußweg zu schaffen.

Andere wünschenswerte Eigenschaften magnetostriktiver Wandler sind Linearität, hoher Wirkungsgrad und elektromechanische Kopplung. Ein Optimalwert eines dieser Charakteristiken kann Einbußen bezüglich der Werte der anderen Charakteristiken erforderlich machen. Um eine gute Arbeitsweise eines bei hoher Abgabeleistung pro 'Volumeneinheit des magnetostriktiven Werkstoffs betriebenen magnetostriktiven Wandlers zu erzielen, ist es sehr er— wünscht, eine gute elektromechanische Linearität, d.h. Ähnlichkeit der Wellenform zwischen Anregungsspannung und magnetostriktiver Spannung oder Deformation, und hohem elektromechanischen Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer in mechanische Energie zu erhalten; ferner ist eine gute elektromechanische Kopplung von Torteil, um eine schädliche Verringerung des elektromechanischen Übertragungsfaktors für den Fall zu vermeiden, daß die Betriebsfrequenz unvermeidlich von den Resonanzfrequenzen abweicht. Zu den erwünschten Charakteristiken von magnetostriktiven Hochleistungs-Wandler-Systemen gehören außerdem deren Vereinbarkeit mit einer möglichst großen Zahl magnetostriktiver Werkstoffe einschließlich reiner Metalle, Legierungen und Ferriten, die von einer Einphasen-Wechselstromquelle erregt werden können, im wesentlichen ohm¹scher Eingangswiderstand bei mechanischer Resonanz und der Betrieb ohne magnetische Vorspannung

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des Kerns, wodurch die zusätzliche Verwendung von Gleichstrom oder Werkstoffen hoher Koerzitivkraft wie beispielsweise Permanentmagneten vermieden wird.

Die Schwierigkeiten "bei der Erzielung erhöhter Ausgangsleistungen bzw.- Ausgangsenergiedichten sind eng mit der Notwendigkeit verknüpft, für einen hohen elektromechanischen Wirkungsgrad und eine lineare Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsleistung zu sorgen. Soll Beispielsweise die Ausgangsleistung durch Erhöhung der Eingangsleistung gesteigert werden, indem ein Anregungs-Wechselfeld soweit verstärkt wird, daß die Stärke des Kraftflusses des Anregungsfeldes den Polarisationsfluß des magnetostriktiven Werkstoffs übersteigt, so erzeugt eine

sch

Gleichrichtungsverzerrung bei höheren Harmonien der Anregungsfrequenz eine große mechanische Leistungskomponente.

Ein bilinearer magnetostriktiver Werkstoff ist durch Dimensionsänderungen in zwei zueinander snkrechten Richtungen gekennzeichnet, die beide parallel und unter rechten g Winkeln zu dem angelegten Feld verlaufen, wenn der Werkstoff in einem veränderlichen magnetischen Feld Magnetostriktionen unterworfen wird. Außerdem besitzen die zueinander senkrechten Dimensionsänderungen im Werkstoff ein entgegengesetztes Vorzeichen, so daß eine Vergrößerung· der Länge von einer QuerSchnittsverringerung und eine Verminderung der Länge von einer QuerSchnittsvergrößerung begleitet wird. Diese gilt beispielsweise für die bekannten Magnetostriktionscharakteristiken von Nickel bei niedrigen Feldstärken bis zu etwa 50 Oersted, Gewöhnlich sind die bei der Erfindung verwendeten magnetostriktiven Werkstoffe durch beträchtliche Mengen von Joule-Magnetrostriktionen gekennzeichnet, beispielsweise eine Joule-

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MagnetostriktiTe Deformationskomponente bei Sättigung von wenigstens etwa 10 ppm und sehr geringer oder praktisch ohne Volumen-Magnetostriktion; wenn der Werkstoff eine Yolumen-Magnetostriktion während einer magnetostriktion Längenänderung zeigt,, so ist die prozentuale Änderung des Tolumens kleiner als die prozentuale Längenänderung. Wie leicht einzusehen ist, geschieht während der magnetostriktiven Deformation eines bilinearen magnetostriktiven Werkstoffs in einem Magnetfeld folgendes: φ Wenn sich der Werkstoff parallel zur Achse des Magnetfeldes zusammenzieht, dehnt er sich gleichzeitig senkrecht zu dieser Achse aus und wenn sich der Werkstoff •parallel zur Achse des Magnetfeldes ausdehnt, zieht er sich gleichzeitig senkrecht zu dieser Achse zusammen» Während der bilinearen Magnetostriktion bei konstantem Volumen in isotropem Material ist die lineare magnetostriktiye Deformationskomponente, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung verläuft, angenähert halb so groß wie die lineare magnetostriktive Deformationskomponente längs der Magnetosierungsach.se.

Werkstoffe mit bilinearen magnetostriktiven Charakteristiken, wie die Joule-Magnetostriktionscharakteristik geglühten, beliebig.polykristallinen Nickels, eignen sich allgemein für die Zwecke der Erfindung als Kernwerkstoff in Wandlern, Andere zufriedenstellende oder vorteilhafte bilineare magnetostriktive Werkstoffe für den Kern umfassen beliebig polykristalline Legierungen mit 2,2% Chrom, Rest Nickel oder 4,5% Kobalt, Rest Nickel sowie 45% Nickel und 55% Eisen und 50% Kobalt und 50% Eisen oder als "Alfenol" bekannte Aluminium-Eisen-Legierungen, beispielsweise mit 12% Aluminium, Rest Eiseng ferner Legierungen, die 0,9% bis 5,6% Chrom, bis 3s>6% Kobalt, Rest Nickel enthalten, wie sie in der

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US-Patentschrift 5 146 380 beschrieben sind; es sind ferner auch magnetostriktiv^ keramische Werkstoffe brauch bar, einschließlich bilinearer magnetostriktiver Ferrite wie der Me +(F₂Ch )-Typ, z.B. Ferroxcube, und einschlielich Nickel, Zink, Kobalt und/oder Kupfer, Ferriten, beispielsweise der Formel ■■ (Ni_Q g_O ^Zno 10^0 876^Co0 024^Cu -1 10^Fe2°4* ^Es können im Kern anisotrope Werkstoffe verwendet werden, und in solchen Fällen sollten die angelegten magnetischen Felder vorzugsweise mit den Richtungen der größten linearen Magnetostriktionssättigung der verwendeten anisotropen Ferkstoffe ausgerichtet sein.

Obwohl bereits viele Anstrengungen unternommen wurden, die mit Hilfe magnetostriktiver Wandler umgewandelte Leistung ohne Verwendung größerer Mengen an magnetostriktivem Werkstoff in den Wandlern zu steigern, und obwohl ein Teilerfolg beispielsweise durch Verwendung von Werkstoffen mit besonders günstigen magnetostriktiven Eigenschaften und/oder durch Benutzung besonderer elektrischer Anordnungen, wie beispielsweise mit der Anregungsachse ausgerichtete statische Polarisation, erzielt werden konnte, besteht weiterhin ein unerfüllter Bedarf und ein beträchtliches Interesse daran, größere Ausgangs— leistungsdichten von magnetostriktiven Werkstoffen zu erzielen und Nachteile des Betriebs bei Leistungen oberhalb der Sättigungsgrenzen verfügbarer magnetostriktiver Werkstoffe zu vermeiden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

■ .

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen elektromechanischen Wandler;

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Fig. 2 einen Querschnitt des in Fig. 1 dargestellten Wandlers entlang der Linie II—II der Fig. 1;

Fig. 3 eine elektrische Schaltung zum Betreiben eines Wandlers gemäß der Erfindung;

ig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Wandler gemäß Fig.. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt des Wandlers gemäß den Fig. 4 und 5 entlang der Linie TI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine weitere elektrische Schaltung mit einem Wandler und elektrischen Stromquellen zum Erregen des Wandlers;
und

Fig. 8a, 8b. 8c und 8d

Vektordiagramme der Kraftflußdichten (B) oder der Induktion bei einigen erfindungsgemäßen Verfahrensbeispielen.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte magnetostriktive Wandler 10 besitzt einen magnetostriktion Kern 11, der als Hohlring ausgebildet ist und aus einem im Querschnitt U-förmigen Ring 12 und einer Ringplatte 13 besteht, die beide aus bilinearem magnetostriktivem Werkstoff, beispielsweise aus hochreinem Nickel hergestellt sind. Eine torusartige Spule 14 ist um den magnetostriktiven Kern gewickelt ι sie weist zu Anschlüssen 17 bzw. 18 führende Anschlußleitungen 15 und 16 auf. Der Kernring besitzt

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einen durchgehenden Ringraum 19, der in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist. Die Spule 20 ist ringförmig und im Kernhohlraum gewickelt und besitzt Anschlußleitungen 21 und 22, die über abgedichtete Durchlässe 23 und 24 durch den Kern nach außen durchgeführt sind und in Anschlußklemmen 25 und 26 enden..

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ringplatte und der im Querschnitt U-förmige Ring mit sechs Messingschrauben 27 unter gegenseitigem metallischem Kon- f takt miteinander befestigt. Um einen nicht-magnetischen Spalt zwischen der Deckplatte und dem Ring zu vermeiden oder zu minimalisieren, sollte ein nicht-magnetischer Werkstoff zwischen dem Ring und der Ringplatte vermieden werden. Um gute magnetostriktive Betriebscharakteristiken bei den Ausführungen zu vermeiden, die entsprechend der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung koaxial im Inneren von magnetostriktiven Ringen angeordnete Ringspulen aufweisen, ist es vorteilhaft, einen geschlossenen, durchlaufenden magnetischen Weg ohne nicht-magnetische Spalte rings um die Ringspule anzuordnen, wie dies beispielsweise durch die die Spule 20 umgebenden Pfeile in Fig. 2 darge- _ stellt ist, soweit das Wirbelstromphänomen eine solche "

Maßnahme zuläßt. In vielen Fällen, so insbesondere für den Betrieb bei hohen Schall- oder Ultraschallfrequenzen, wobei Werkstoffe, beispielsweise Metalle und Legierungen, mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand verwendet werden, ist es zur Vermeidung eines Wirbelstromflusses erforderlich, elektrisch isolierte Bleche zu benutzen. Wenn der Ring und der Kern durch Löten oder Kippen miteinander verbunden werden, ist es vorteilhaft, wenn das Lot oder der Kitt bzw. Klebstoff dünn ist und ■eine gute magnetische Permeabilität besitzt.

Fig. 3 stellt eine vorteilhafte elektrische Schaltung

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.- 12 -

zum Erregen des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wandlers dar, bei der die Spulenstellungen nur schematisch . angedeutet sind. Die Schaltung 30 umfaßt eine Wechselstromquelle 31» die mit über eine von dem Anschluß 31a der Wechselstromquelle ausgehende Leitung 34 und Abzweigleitungen '35 und 36 mit beispielsweise als Siliziumdioden ausgebildeten Einweggleichrichtern 32 und 33 verbunden ist. Die Wechselstromquelle und die'Gleichrichter sind in Antiparallelschaltung zu zweit gegenseitig orthogonalen Spulen angeordnet, die einem magnetostriktiven Kern in einem Wandler zugeordnet sind. Betrachtet man die Fig. 3 im Hinblick auf die Fig. 1 und 2, so ergibt sich, daß der in Fig. 3 dargestellte Gleichrichter 32 über eine Leitung 37 mit der Anschlußklemme 18"der Spule 14 und der Gleichrichter 33 über eine Leitung 38 mit der Anschlußklemme 26 der Spule 20 verbunden ist; die Anschlußklemmen 17 und 25 der Spulen 14 bzw. 20 sind über eine Leitung 39 mit dem Anschluß 31b der Wechselstromquelle 31 verbunden. Die Gleichrichter 32 und 33 liefern gleichgerichteten Strom von der Wechselstromquelle abwechselnd durch die Spule 14 und die Spule 20 und erzeugen auf diese Weise sich periodisch ändernde elektromagnetische Felder, und zwar jeweils ein Feld um jede Spule, wobei sich die Flußdichten der beiden Felder periodisch ändern und ihre Feldstärken mit 180° gegenseitiger Phasendifferenz zu- und abnehmen. Wenn die Quelle 31, beispielsweise ein Röhrengenerator, z.B. eine sinusförmige Ausgangsspannung liefert, fließt im .

Verlauf der Halbwelle, bei der das Potential an der An-

31a
schlußklemme m bezug auf das an der Anschlußklemme 31b anstehende Potential positiv ist, Strom von der Anschlußklemme 31a durch den Gleichrichter 32 und die Spule 14 und erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das

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die Spule. 14 mit dem magnetostriktiven Kern 11 verkoppelt und den Kernumfang durchdringt. Der magnetische Kraftfluß des von der Spule 14 erzeugten Umfangsfeldes durchdringt den Kern in einer Kreisbahn koaxial zwischen der Außen- und der Innenwand des Kerns 11, wie dies durch den teilweise mit dem Pfeil X in Fig. 1 dargestellten ringförmigen Flußweg angedeutet ist. Im Verlauf der anderen Halteperiode, wenn das Potential an der Klemme 31b in bezug auf das an der Klemme 31 anstehende Potential positiv ist, fließt der Strom von der Klemme 31b durch . die Spule 20 und den Gleichrichter 33 und erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das die Spule 20 mit dem Kern 11 koppelt und den Kern torusartig durchdringt. Der sich ergebende Kraftfluß folgt einer torusförmigen Bahn um den Querschnitt der Spule 20, wie dies durch den Pfeil Y in Fig. 2 angedeutet ist.

Es ist ersichtlich, daß der durch den Strom in der Spule 14 erzeugte Kraftfluß des Umfangsfeldes senkrecht zu dem von dem Strom in der Spule 20 erzeugten Kraftfluß des torusartigen Feldes orientiert ist. Auf diese Weise werden zwei orthogonale, periodisch schwankende elektro- i magnetische Felder erzeugt, deren Kraftflußwege sich senkrecht zueinander im magnetostriktiven Kern schneiden, und der Kern wird einer um 180°-phasenverschobenen orthogonalen Schwingungsanregung unterworfen. Die Magnetisierungsrichtung oszilliert daher über einen 90°-Winkel.

Spulen und magnetische Felder entsprechend der Spule 14 und dem von dieser ausgehenden Urafangsfeld werden im folgenden als X-Spule und X-FeId bezeichnet; in ähnlicher Weise werden die der Spule 20 bzw. dem von dieser ausgehenden torusartigen Feld entsprechenden Spulen bzw. Felder im folgenden als Y-Spule und Y-FeId bezeichnet.

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Die orthogonale Anregung von bilineare magnetostrictive Werkstoffe enthaltenden Kernen, die so gesteuert ist, daß die Felder phasenverschoben schwanken, kann so gewählt werden, daß sich magnetostriktive Deförmationskomponenten ergeben, die besonders günstig für die Energieversorgung von Schwingvorrichtungen, beispielsweise elektroakustischen Strahlern, sind; diese vorteilhaften Ergebnisse schließen insbesondere eine hohe Gesamtamplitude der Deformationskomponente ein. So erzeugt das sich bei Erregung der Ringspule 14 ergebende Umfangsfeld, das einen aus beliebig polykristallinem Nickel hergestellten Kern 11 durchdringt, im Kern eine magnetostriktive Deformationskomponente, die als longitudinale Deformationskomponente bezeichnet wird, da die differenzielle Deformation durch eine vorgegebene Windung der Ringspule mit der Zentralachse dieser Spulenwindung ausgerichtet ist. Diese longitudinale magnetostriktive Deformationskomponente zieht den Umfang des Kerns 11 zusammen, da die longitudinale magnetostriktive Deformationskomponente von Nickel negativ ist (Kontraktion), wenn dieses Material einem longitudinalen Magnetfeld ausgesetzt ist. Selbstverständlich verringert die Kontraktion des Kernumfangs auch die Kerndurchmesser, beispielsweise den Außendurchmesser D (Fig. 1). Besteht der Kern aus einem Werkstoff wie beliebig polykristallines Nickel, so erzeugt das Umfangsfeld auch eine transversale magnetostriktive Deformationskomponente, die positiv ist (Dehnung) und ergibt eine Vergrößerung der Querschnittsabmessungen des Kerns mit entsprechenden Vergrößerungen der Breite W und der Dicke T.des Ker/nrings (Fig. 2). Im vorliegenden Fall sind die sich durch die transversale magnetostriktive Deformationskomponente aufgrund des Umfangsfeldes ergebenden -Dimensionsänderungen relativ gering, da diese transversale Deformationskomponente an relativ kurzen Dimensionen des Kerns auftritt.

Während der Wechselstromperiode der Quelle 31 wird die Stärke des Umfangsfeldes auf einen Maximalwert erhöht und danach verringert, so daß die durch das Umfangsfeld hervorgerufene longitudinale magnetostriktive Deformationskomponente zunächst entsprechend anwächst und danach abnimmt und der Umfang des Kerns 11 kontrahiert und danach freigegeben wird.

Die Schaltung 30 hält eine 180°-Phasenverschiebung zwischen _Λ •den Schwankungen der Feldstärke des Umfangsfeldes und der- \ jenigen des ringförmigen Feldes aufrecht.

Das ringförmige Feld erzeugt eine magnetostriktive Deformation mit einer longitudinalen Deformationskomponente, die negativ ist und den Querschnitt des Kernmetalls um den Spulenkörper 20 kontrahiert, wodurch die Kern-Querschnittsabmessungen W und T verkleinert werden. Diese Abnahmen der Abmessungen W und T sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen relativ gering, da die longitudinale Deformationskomponente nur längs dieser relativ kurzen Abmessungen wirksam ist.

Bedeutungsvoller ist die magnetostriktive Deformations- ™

komponente, die von dem ringförmigen Feld in Querrichtung erzeugt wird. Diese ist positiv und folgt der Umfangsrichtung des Kerns, so daß sie zu einer Erweiterung des Umfangs und des Durchmessers des Kerns führt. Die transversale Magnetostriktion, die durch das ringförmige Feld hervorgerufen wird, ist insbesondere deshalb beachtlich, da sie an relativ langen Umfangsabmessungen des Kerns auftritt. Die transversale Magnetostriktion ist derart phasengesteuert, daß sie die Maximalamplitude radialer und umfangsmäßiger Dehnung zu Zeitpunkten hervorruft, bei denen das Umfangsfeld nur einen minimalen oder überhaupt

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keinen Kontraktionseffekt auf den Kern ausübt, so daß die von dem ringförmigen Feld hervorgerufene transversale Magnetostriktion die Amplitude der Durchmesseränderung des Kerns während der. Wechselstromperiode vergrößert. Demgemäß wird der Kern während der aufeinanderfolgenden Perioden des von der Wechselstromquelle gelieferten Stroms unter periodischer Kontraktion und Expansion des Kernumfangs in radiale Schwingungen versetzt, und die dabei erzdelbare Ausgangsleistung entspricht der effektiven Amplitude der radialen Schwingung, d.h. der Amplitude zwischen dem Spitzenwert der sich aus der durch das Umfangsfeld hervorgerufenen longitudinalen magnetostriktiven Deformationskomponente ergebenden radialen Kontraktion und dem Spitzenwert der sich aus der von dem ringförmigen Feld hervorgerufenen transversalen magnetostriktiven Deformationskomponente ergebenden radialen Expansion. Daher wird die effektive Schwingungsamplitude durch das Zusammenwirken beider Felder vergrößert. Die radiale Schwingung des Kerns 11, die die zylinderförmigen Oberflächen 28 und 29 des Kerns abwechselnd einwärts und auswärts bewegt, ergibt eine mechanische Leistung, die auf Strömungsmittel zur Erzeugung akustischer Wellen übertragen oder unter anderem als Schwingungsantrieb für Werkzeuge oder andere mechanische Vorrichtung verwendet werden kann.

Es ist insbesondere zum Erreichen einer maximalen Ausgarigsdichte sehr vorteilhaft, wenn die Spitzenwerte der magnetischen Induktionen (Kraftliniendichten) jedes der schwan-, kenden Querfelder gleich oder im wesentlichen gleich der magnetischen Induktion des mit dem Feld elektromagnetisch gekoppelten Kernmaterials sind. Dies kann beispielsweise durch Steuern des die Wandlerspulen durchfließenden Stroms und durch geeignete Wahl der Zahl der Spulenwin-

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düngen erreicht werden. Zur Erzielung höherer Leistungsdichten am Ausgang und zur Vermeidung schädlicher Wellenverzerrungen aufgrund einer Übersättigung wird, der Spitzenwert der magnetischen Induktion vorzugsweise auf einen Wert eingeregelt, wie er zur Steuerung ohne Überschreitung der Magnetostriktionssättigung geeignet ist. Unter Bezugnahme auf die Theorie der magnetischen Domänen bzw. Bezirke kann der beschriebene Wandler als eine Einrichtung angesehen werden, die eine Winkelschwingung der Achsen der magnetischen Domänen über einen 90°-Winkel zum Erzwingen magnetostriktiver Deformation im Kernmaterial bewirkt. Der gleichrichter-gesteuerte Speisestromkreis, der gleichgerichtete, periodisch schwankende und um 180 phasenverschobene Ströme durch die orthogonalen Spulen des Wandlers, z.B. gemäß Fig. 3, schickt, besitzt besondere Vorteile: er erregt die Felder bis zu etwa der Magnetostriktionssättigung, ruft eine oszillierende Bewegung der Magnetisierungsachse über einen vollen 90 Winkel ohne Gefahr des Überschreitens des 90°-Schwingungsbereichs hervor und liefert eine hohe Ausgangsleistungsdichte ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Yorspannfeldes und ist schließlich besonders vorteilhaft bei der Überwindung von Schwierigkeiten, wie Flußumkehr, magnetischer Sättigung und Hysterese.

Für'einige besondere Zwecke, z.B. Hohlbohren, kann ein Drillausgang vorteilhaft sein; er kann dadurch erhalten werden, daß ein durchgehender dünner Schlitz durch eine den Hohlraum 19 begrenzende Wand parallel zu den Leitern der Spule 20 gelegt wird; diese Maßnahme ist jedoch unter dem Gesichtspunkt der Erzielung eines durchgehenden Flußweges unvorteilhaft.

Der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellte magnetostriktive

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Wandler 40 weist einen langgestreckten, festen, stabförmigen Kern 41 und orthogonale Spulen 42 und 43 auf. Der Kern 41 besteht aus einem bilinearen inagnetostriktiven Metall, z.B. aus entspanntem, beliebig polykristallinem Nickel, besitzt einen gleichmäßigen Querschnitt und eine länge, die wesentlich größer als die größte Querschnittsabmessung ist; so ist die Länge des Kerns beispielsweise zwei- oder dreimal so groß wie die größte Querschnittsabmessung. Die Spule 42. ist über Leitungen 45 bzw. 46 mit Anschlußklemmen 47 bzw. 48 verbunden und torusartig (oder schraubenförmig) um den Kern gewiekelt. Wird Strom durch die Spule 42 geleitet, so entwickelt die Spule ein elektromagnetisches Feld in Längsrichtung des Kerns. Eine Spule 43 ist über Leitungsabschnitte 49 bzw. 50 mit Anschlußklemmen 51 und 52 verbunden, besitzt eine längliche Schleifenkonfiguration und ist in zwei gleiche, parallele Abschnitte unterteilt. In stromführendem Zustand errichtet die Spule 43 ein elektromagnetisches Feld senkrecht zur Längsachse .des Kerns.

Der Wandler 40 kann wie, folgt betrieben werden: gleichgerichteter Wechselstrom wird abwechselnd in wiederholten Perioden durch die Spule 42 und danach durch die Spule geleitet, um sich periodisch ändernde, elektromagnetische Felder zu erzeugen, die jede Spule mit dem Kern verkoppeln, wobei der Strom so gesteuert wird, daß sich die magnetischen Feldstärken zueinander vorzugsweise um 180 phasenverschoben ändern. Der Wandler 4.0 kann beispielsweise an die in Fig. 3 dargestellte Schaltung 30 angeschlossen und von dieser gespeist werden, wobei die Spulen 42 und 43 des Wandlers 40 an die Stelle der Spulen 14 und 20 des Wandlers 10 treten» Bei einer sol-, chen Anordnung führt ein die Spule 42 durchfließender Strom zu einer Kontraktion des Kerns 41 in Längsrichtung

aufgrund der longitudinalen Magnetostriktion des von der Spule 42 während eines Teils der Wechselstromperiode der Quelle 30 errichteten Feldes, und alternativ während eines anderen Teils der Wechselstromperiode fließt der Strom durch die Spule 43, der eine Dehnung des Kerns in Längsrichtung aufgrund der transversalen Magnetostriktion durch das Feld der Spule 43 hervorruft. Auf diese Weise schwingt der Kern in Längsrichtung mit einer Schwingungsamplitude, die aus der magnetostriktiven Kontraktion und

der sich mit dieser abwechselnden magnetostriktiven ^

Dehnung zusammengesetzt ist.

Gegebenenfalls können Kapazitäten und/oder Induktivitäten in die dargestellte Einrichtung eingebaut werden, um die Phasenbeziehungen der Spannungen und Ströme einzustellen. So kann beispielsweise ein Abstimmkondensator an die Anschlußklemmen 31a und 31b der Stromquelle 31 angeschlossen werden, um den gesamten Leistungsfaktor der Schaltung 30 einzustellen. Zusätzlich oder als Alternative können Abstimmkondensatoren an den Spulen 14 und/oder 20 (einzeln) vorgesehen sein; es können auch Induktivitäten in die Leitungen 16 und/oder 25 der Spulen 14 und 20 des , _A Wandlers 10 eingefügt werden, um die Leistungsfaktoren " in den Erregerzweigen der Schaltung abzugleic-hen oder die Bandbreite einzustellen. Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung und deren Vorteile werden die folgenden illustrativen Beispiele angegeben:

Ein magnetostriktiver Wandler, der im folgenden als Wandler TA bezeichnet wird, war mit einem zylindrischen Ringkern aus einem bilinearen magnetostriktiven Metall, in dem eine durchlaufende, vom magnetostriktiven Metall umgebene Ringkammer ausgebildet war, einer ersten Spule (der X-Spule), die torusartig um den Kern gewickelt war,

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und einer ringförmig in der Ringkammer gewickelten zweiten Spule (der I-Spule) ausgestattet. Der Aufbau und die Konfiguration des Kerns und die Anordnungen der Spulen entsprechen der Darstellung in den Fig.· 1 und 2. Der im Querschnitt U-förmige Ring und die Ringplatte des Kerns bestanden aus einem geglühten'hochreinen Nickel, das als Nickel 270 bekannt ist und 99,98^ Nickel, o,o1?o Kohlenstoff und jeweils weniger als 0-,001 Je Mangan, Eisen, Schwefel, Silizium, Kupfer, Chrom, Titan, Kobalt und Magnesium enthält. Die beiden den Kern bildenden Teile waren mit Messingschrauben fest miteinander verbunden. Ein ErregerStromkreis mit einem Röhrengenerator und zwei Silizium-Halbleiterdiodengleichrichtern in der in Fig. 3 dargestellten Anordnung war an den Wandler TA angeschlossen. Der Wandler war in Wasser eingetaucht. Die Wandlerspulen wurden mit einem Wechselstrom gespeist, der von dem bei 77 Hz arbeitenden Röhrengenerator abgeleitet wurde. Dabei wurde der magnetostriktive Kern einer orthogonalen Schwingungserregung unterworfen, wobei die Spulenströme periodisch mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180° schwankten. Gleichzeitig bestätigten Schwingungswellen des Wassers ein Schwingen des Kerns und die Übertragung von Schallschwingungen unter Wasser. Elektronische Mikrometermessungen des Kerns zeigten, daß dieser radial in Schwingung versetzt wurde, wobei sich Deformationsamplituden bis etwa 28 χ 10" ergaben, und zwar abhängig ύοώ. dem Spitzenerregerstrom, der absichtlich geändert wurde, um die Vergrößerung des Schwingungseffekts bei ansteigendem Strom zu beobachten. Während die Schwingungsamplitude bis zu einer mit dem Meßgerät zuverlässig meßbaren Grenze anstieg, zeigten die Ergebnisse, daß die Grenze der Sättigungsmagnetostrilction wesentlich höher lag. Um die Ergebnisse der erfindungs-

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gemäßen orthogonalen Erregung mit der von der Erfindung abweichenden Einzelspulenerregung zu vergleichen, wurde der Wandler TA auf drei verschiedene Arten betrieben,. wobei die Spitzenerregerströme und die Frequenz (77 Hz) für jede Betriebsart die gleichen waren: Der XY-Betrieb, bei dem im Sinne,der Erfindung beide Spulen erregt wurden; der X-Betrieb bei Erregung der X-Spule allein; und der Y-Betrieb, bei dem nur die Y-Spule erregt wurde. Die elektronischen Mikrometermessungen erwiesen, daß die ä

erfindungsgemäße Verfahrensweise, d.h. der XY-Betrieb mit Orthogonalerregung zu einer Deformationsamplitude führte, die etwa 36% größer als die Deformationsamplitude beim X-Betrieb und etwa 500% größer als die Spitzendeformationsamplitude bei dem Y-Betrieb war. Außerdem wurde durch elektronische Mikrometermessung nachgewiesen, daß die Radialamplitude der Schwingung beim XY-Betrieb deutlich größer als die Summe der Radialamplituden der Schwingungen beim X-Betrieb und beim Y-Betrieb war. Außerdem ergab sich eine bedeutend bessere elektromechanische Linearität beim XY-Betrieb als bei den anderen Betriebsweisen. >

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzen Hohlkernkonstruktionen mit einer Innenspule besondere Vorteile, so z.B. eine gute Kopplung und einen guten elektromechanischen Wirkungsgrad, Eigenschaften, die sich aus dem durchgehenden Weg des Kraftflusses um den Spuleninnenraum ergeben. Für den Fall, daß ein langgestreckter Kern benötigt wird, um eine hohe Deformationsamplitude in einer bestimmten Richtung zu erzielen, erhält der in den Fig. 1 und 2 dargestellte hohle Ringkern die Form einer länglichen Schleife anstatt des in der Draufsicht nach Fig. 1 dargestellten Kreises; sie kann

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auch in Form eines langgestreckten, schmalen Zylinders, beispielsweise als ein hohler Ring mit einem größen Längen/Durchmesser-Verhältnis ausgebildet werden, das in den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Dimensionen T und D als T:D-Verhältnis von wenigstens 1:1 ausgedrückt werden kann} es können beispielsweise T:D-Verhältnisse von 2:1 oder 3:1 oder sogar bis zu 10:1 oder höher benutzt werden. Wenn das T:D-Verhaltnis größer als das Verhältnis bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Konfiguration ist, so wird die axiale Deformation oder die axiale Deformationsamplitude der sich aus der vom Umfangsfeld erzeugten transversalen magnetostriktiven Deformationskomponente und der vom ringförmigen Feld erzeugten longitudinalen magnetostriktiven Deformationskomponente ergebenden Schwingung größer und nutzvoller $ bei magnetostriktiven Antrxeben zur Erzeugung axialer Schwingungen für Schallsender oder Schwingungswerkzeuge ist ein T:D-Verhältnis von etwa 1,5:1 bis etwa 5:1 er-, wünscht.

Es ist verständlich, daß die erfindungsgemäßen Wandler in Gruppen bzw. Reihen zusammengefaßt betrieben werden können; so können beispielsweise Stapel bzw. Reihen von Ringkernwandlern entsprechend den Fig. 1 und 2, mit oder ohne Luftspalte oder andere Spalte geringer Permeabilität oder mit hochpermeablen Abstandsstücken zwischen den einzelnen Wandlern oder parallele Reihen von Stabkernwandlern gemäß den Fig. 4, 5 und 6 vorzugsweise mit hoch-* permeablen Kopplungsstücken, die die Stabenden miteinander magnetisch verbinden, verwendet werden. . ■ . . .

Fig. 7 und Fig. 8a bis 8d, die gemeinsam behandelt werden sollen, zeigen eine andere Ausführung eines Speisestromkreises sowie dessen elektromagnetische Funktion. Dieser

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Stromkreis kann zur orthogonalen Erregung von erfindungsgemäßen magnetostriktion Wandlern verwendet werden. Fig. 7 gibt eine Schaltung 70 mit zueinander orthogonalen Spulen 71 und 72 wieder, die mit einer Wechselstromquelle 75 in Reihe liegen. Die Schaltung 70 weist außerdem zueinander orthogonale Spulen 73 und 74 auf, die mit einer steuerbaren Gleichstromquelle 76 in Reihe geschaltet sind. Die Spulen 71 und 72, welche die periodisch erregten Feldspulen bilden, sind in Verbindung mit der Quelle 75 j und einem bilinearen magnetostriktiven Kern 77 angeordnet, um zwei periodisch schwankende elektromagnetische Felder mit einander im Kern 77 senkrecht schneidenden Flußwegen zu erzeugen. Die ein konstantes Feld errichtenden Spulen und 74 stehen mit der Quelle 76 in Verbindung und erzeugen zwei konstante elektromagnetische Felder, deren Flußwege bzw. -linien sich im Kern 77 senkrecht zueinander schneiden. —"^

Die in Fig. 7 schematisch dargestellten Spulen und der Kern können die Konfiguration und Anordnung der Spulen und des Kerns gemäß den Fig. 4, 5 und 6 besitzen, wobei die Spulen 72 und 74 an die Stelle der Spulen 42 und die | Spulen 71 und 73 an die Stelle der Spule 43 treten oder umgekehrt. Es ist noch günstiger, wenn der Kern und die Spulen bei der Anordnung in Fig. 7 als Ringwandler gemäß den Fig. 1 und 2 aufgebaut sind. Bei einem Beispiel eines solchen Wandlers und eines Verfahrens, bei dem ein derartiger Wandler in der Schaltung 70 verwendet wird (im folgenden wird auf den Wandler und das Verfahren mit TB Bezug genommen), hat der Kern 77 die hohle Ringform des Kerns 11; die Spulen 72 und 74 sind an Stelle der Spule zusammen torusartig um den Ringkern, und die Spulen 71 und 73 sind an Stelle der Spule 20 zusammen ringförmig im Kern gewickelt. Unter Verwendung der obigen Bezeich-

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nungen der Spulen und elektromagnetischen Felder als "X" oder "Y"·- Spulen oder -Felder ergeben sich für die Spulen 72 und 74 und die zugehörigen Felder bei dem Wandler bzw. Verfahren TB die Bezeichnungen X oder X2 oder X4-Spulen und -Felder; die Spulen 71 und 73 bzw. deren zugehörige Felder sind als Y oder YT oder YJ-Spulen und -Felder bezeichnet. Die Spulen 71 und 72 sind angepaßt und erzeugen gleiche magnetische Induktionen (B), wenn sie von den gleichen Strömen durchflossen sind. Die Spulen 73 und 74 sind in ähnlicher Weise aufeinander abgestimmt, jedoch nicht notwendigerweise auch auf die Spulen 71 und 72. Die vier Spulen sowie die zugehörigen Leitungen in der Schaltung 70 sind speziell gewickelt und verbunden, und zwar derart, daß dann, wenn der Wechselstrom durch die Spule 72 in derselben Ringrichtung um den Kern wie der¹ Gleichstrom durch die Spule 74 fließt, so fließt in demselben Augenblick der Wechselstrom im Kern durch die Spule 71 in der dem Gleichstrom in der Spule 73 entgegengesetzten Richtung. Die Schaltung ist also so angeordnet bzw. aufgebaut, daß sie bei Verstärkung des von der Spule 74 hervorgerufenen Flusses durch den Fluß der Spule 72 eine Gegensinnigkeit des Flusses der Spule 71 und desjenigen der Spule 73 hervorruft und umgekehrt; bei dieser Anordnung sind die Wechselfeldspulen gegensinnig zueinander in bezug auf die Konstantfeldspulen verbunden. -

Die von den Spulen während des Verfahrens TB im Wandler TB erzeugten elektromagnetischen Vektoren und Felder sind in den Fig. 8a bis 8d dargestellt. Die mit durchgehenden Linien gezeichneten Vektoren stellen die Konstantfelder und die mit unterbrochenen Linien gezeichneten Vektoren stellen die Felder mit schwankender oder alternierender magnetischer Induktion dar. Fig. 8a zeigt die zeitliche

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Änderung der periodisch schwankenden Induktionen B-X2 und B-Y1, die von den Spulen 72 bzw. 71 bei Erregung durch den von der Quelle 75 gelieferten ¥echselstrom hervorgerufen werden. Fig. 8a zeigt ferner die konstanten magnetischen Induktionen B-Y3 und B-X4, die von den Spulen 75 und 74 bei Erregung durch den von der Quelle 76 gelieferten Gleichstrom entwickelt und wenigstens in der Größe - vorzugsweise aber um einen kleinen Wert, z.B. 5% größer - der Spitzenwerte der magnetischen Induktionen Jj der Wechselfelder aufrechterhalten werden, um schädliche ™ Kraftflußumkehreffekte zu vermeiden. Fig. 8b zeigt die Resultierende der von den Spulen 72 und 74 entwickelten Felder,, die als Feld B-X bezeichnet ist; Fig. 8c zeigt die Resultierende der von den Spulen 71 und 73 entwickelten Felder, die als Feld B-Y bezeichnet ist. Bei der oben angegebenen Art der Wicklung und Verbindung der Spulen schwanken die Kurven B-X und B-Y periodisch mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180 , wobei keine der Kurven die Nullachse zu irgendeinem Zeitpunkt unterschreitet. Daher gibt es keine Umkehr der Flußrichtung im Kern. Die Vermeidung der Flußrichtungsumkehr im Kern ist vorteilhaft und in einigen Fällen notwendig, um | schädliche Effekte, wie elektromechanische Harmonische, Frequenzverdopplung und/oder Einbußen bezüglich der Schwingungsamplitude zu vermeiden. Da die Felder B-X und B-Y von den gegenseitig orthogonalen Spulen im Wandler TB hervorgerufen werden, und sich die Flußverläufe dieser Felder senkrecht zueinander im Kern 77 schneiden, sind die Felder B-X und B-Y gegenseitig um 180° phasenverschoben. Das Verfahren TB führt daher dazu, daß zwei zueinander senkrechte, periodisch schwankende elektromagnetische Felder, deren Phasen um 180° gegeneinander verschoben sind, auf den magnetostriktiven Kern zur Einwirkung gebracht werden. Die magnetostriktive Wirkung

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der elektromagnetischen Felder versetzt bei dem Verfahren TB den Kern des Wandlers in Schwingungen, wobei in dem beschriebenen Verfahren die Hauptschwingungsamplitude bei den Umfangs- und Radialschwingungen auftreten, die sich aus der longitudinalen Magnetostriktion in den Spulen 72 und 74 und' der periodisch abwechselnden transversalen Magnetostriktion um die Spülen 71 und 73 ergeben.

Fig. 8d zeigt Vektoren, welche die Beziehungen der elektromagnetischen Felder bei dem Verfahren TB darstellen. In Fig. Sd entspricht die X-Achse einer Tangente am Umfangskreis im Ringkern an einem Punkt, an dem sich die orthogonalen Felder der Spulen des'Wandlers TB senkrecht zueinander im Kern schneiden (daher entspricht die X-Achse auch der differentiellen Richtung des X-Feldes). Der Ursprung 0 liegt am Tangentenpunkt. Die Y-Achse entspricht der Richtung des torus- bzw. kreisringförmigen elektromagnetischen Feldes (des Y-Feldes) an dem Tangentenpunkt Und liegt demgemäß senkrecht zur Ebene des Ringkerns. Allgemein ausgedrückt bedeutet dies, daß die X-Achse mit der Hauptachse des magnetostriktiven Werkstoffs ausgerichtet ist, die üblicherweise der gewünschten Richtung der mechanischen Kraft bzw. Leistung entspricht. Bei einem Wandler mit einem relativ langen und geraden Kern ist die X-Achse üblicherweise auf oder parallel zu der Längsachse des Kerns angeordnet. Bei dem in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Wandler 40 liegt die X-Achse auf oder parallel zu der Längs-Mittellinie des Kerns 41. Auch in diesem Fall steht die Y-Achse senkrecht zu den Ebenen der beiden Abschnitte der Spule 43. Im folgenden wird wieder auf das Verfahren TB eingegangen:

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Die auf den Kern einwirkenden elektromagnetischen Felder der Spulen 71, 72, 73 und 74 sind durch Vektoren B-Y1, B-X2, B-Y3 und B-X4 dargestellt. Das resultierende Konstantfeld, das auch als statisches Polarisationsfeld bezeichnet werden kann, ergibt- sich durch das Zusammenwirken der Felder B-Y3 und B-X4 und ist als Vektor B-P dargestellt. Der Anstiegswinkel des Vektors B-P von der X-Achse ist als Winkel θ bezeichnet und beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei gleich starken und zueinander senkrechten Feldern B-Y3 und B-X4 45°. \

Die Vektoren B-Y1 und B-X2 stellen die entsprechenden Wechselfelder dar, die mit den Konstantfeldern zusammenwirken. In diesem Zusammenhang wird besonders darauf hingewiesen, daß sich der veränderliche Vektor B-YT wegen der in bezug auf die Spulen 73 und 74 in Gegenrichtung

I-

zueinander geschalteten Spulen 71 und 72 auf seinem Maximalwert in der positiven Richtung (aufwärts) befindet und daher mit dem konstanten Vektor B-Y3 richtungsmäßig zu denjenigen Zelten zusammenfällt, wenn der veränderliche Vektor B-X2 _t seinen Maximalwert in der negativen Richtung (nach links) erreicht hat, d.h. dem konstanten Vektor B-X4 entgegengerichtet ist. In dem anderen Ab-' J

schnitt (Halbwelle) der Wechselstromperiode wechselt "

B-Y1 zu seinem negativen Spitzenwert über, während B-X2 seinen positiven Spitzenwert erreicht. Demgemäß bewirkt das Zusammenwirken der Felder B-Y1 und B-X2 ein veränderliches resultierendes Feld, das durch den Vektor B-E dargestellt ist. Der Neigungswinkel T des Vektors B-E gegenüber der Y-Achse beträgt wegen der gleichen Feldstärke und dem zueinander senkrechten Verlauf der Felder B-Y1 und B-X2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 45°. Demgemäß steht der Feldvektor B-E senkrecht zu dem Feldvektor B-P. Die Resultierende der Felder B-P und B-E und damit die Resultierende der vier Felder B-Y1, Β-Χ2,

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B-Y3 und B-X4 ist durch den Vektor B-R dargestellt, der sich vom Ursprung 0 bis zum Vektor B-E erstreckt. Während einer vollen Periode des an die Spulen 71 und 72 angelegten. Wechselstroms wird der Vektor B-R über einen Winkel φ zwischen den Winkelstellungen jzi¹ und jzf¹ ' entsprechend der Darstellung in Fig. 8d verschwenkt, wobei die vordere Spitze des sich vom Punkt R' zum Punkt R¹' und zurück längs der Vektorlinie B-E bewegenden Vektors weder die X-Achse noch die Y-Achse zu irgendeinem Zeitpunkt des Zyklus schneidet. Daher wird die Winkelschwingung des resultierenden Vektors innerhalb des positiven X-Y-Quadranten gehalten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die. Länge .des Vektors B-R während seiner Schwingbewegung zwischen den Winkeln φ^Λ und φ^χ ^f ändert, was auf eine Schwankung der resultierenden Feldstärke hindeutet.

Da die Richtung des resultierenden Feldvektors B-R der Richtung der Magnetisierungsachse des von den vier Spulen erzeugten resultierenden Feldes entspricht, wird deutlich, daß die Magnetisierungsachse des Kerns über einen Winkel von angenähert und nicht mehr als 90° (z.B. 85°) hin- und herschwingt, und zwar während jeder Wechselstromperiode. Auf diese-Weise wird durch das erfindungsgemäße- Verfahren der Kern abwechselnd im wesentlichen in Richtung der X-Achse und im wesentlichen in Richtung der Y-Achse periodisch polarisiert.

Zu einem Zeitpunkt der Periode, wenn die Magnetisierungsachse im wesentlichen auf der X-Achse liegt, kontrahiert die sich aus der Polarisation des Nickel-Ringkerns längs der X-Achse ergebende longitudinale Magnetostriktion den Kernumfang mit negativer magnetostrilctiver

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Deformationskomponente. Im weiteren Verlauf der Periode bewegt sich die Magnetisierungsachse in Richtung der Y-Achse, so daß die longitudinale Magnetostriktion und die Kontraktion des Kerns progressiv bis zu einem Minimalwert oder auf Null abnehmen, wobei der Minimalwert bei etwa 60° bis 65° Neigung der Magnetisierungsachse von der X-Achse erreicht werden kann. Im weiteren Verlauf der Periode, während dessen sich die Magnetisierungsachse weiter von der X-Achse entfernt und der Y-Achse nähert, wird der Kernumfang infolge transversaler | Magnetostriktion durch die Polarisation des Kerns in der Richtung der Y-Achse mit positiver magnetostriktiver Deformationskomponente erweitert. Die maximale Erweiterung bzw. Expansion ist erreicht, wenn die Magnetisierungsachse im wesentlichen mit der Y-Achse ausgerichtet ist, wie dies durch den Vektor B-R in Fig. Sd dargestellt ist. Während der zweiten Halbperiode ist die Drehrichtung der Magnetisierungsachse umgekehrt; auch die zuvor erwähnte Expansion und Kontraktion des Kernumfangs sind entsprechend umgekehrt, so daß der Kernumfang zu der kontrahierten Konfiguration zurückkehrt, die bei Beginn der beschriebenen Periode bestand, als die Magnetisierungsachse sich mit der X-Achse im wesentlichen in Aus- " richtung befand. Daher wird der Kern während des vorliegenden Verfahrenszyklus unter alternierender Kontraktion und Expansion seines Umfangs in radiale Schwingungen versetzt, wobei sich die Spitzenamplitude der Schwingung aus der Superposition der longitudinalen und transversalen magnetostriktiven Deformationskomponenten ergibt, die durch die auf den Kern einwirkenden elektromagnetischen Felder hervorgerufen werden.

Bei der Benutzung der Erfindung zum Erreichen besonders hoher Schwingungsamplituden ist es besonders vorteilhaft,

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die Feldstärken derart zu steuern, daß der statische Polarisationswinkel θ ,bei etwa 45° liegt, daß der resultierende FeldTektor B-R während seines Hin- und Herschwingens möglichst nahe an die X- und Y-Achsen herankommt, ohne eine der Achsen zu schneiden, und daß die magnetische Induktion (Feldstärke) des resultierenden Feldes B-R den magnetostriktiyen Sättigungswert des magnetostriktiven Materials im Kern erreicht, wenn der resultierende Yektor B-R an den Extremstellen seiner Schwingung (entsprechend den Winkeln ^¹ und jzi¹ ') ist, d.h. wenn der Yektor an den den X- und Y-Achsen nächstliegenden Stellen ist, bei denen er. seine maximale Länge erreicht. ·

Wenn also das wesentliche Ziel darin liegt, eine maximale leistungs-Ausgangsdichte zu erreichen, werden die Einrichtung und das Verfahren so gewählt, daß die magnetische Achse über einen Winkel von angenähert 90° von der Leistungs-Ausgangsachse (hier durch den Winkel φ bzw. die X-Achse dargestellt) schwingen kann und die maximale magnetische Induktion des resultierenden Feldes (B-R) auf einen Viert gleich dem Magnetostriktions-Sättigungsfluß eingesteuert wird.

Unter anderen Umständen ist die maximal erzielbare Ausgangsleistung nicht so wesentlich wie gewisse andere elektromechanische Eigenschaftön, z.B. elektromechanische linearität, elektromechanische Kopplung oder elektromechaniseher Wirkungsgrad oder Bandbreite. Die Betriebsbedingungen für maximale Ausgangsleistungsdichte führen nicht unbedingt zu optimalen Werten für diese anderen elektromechanischen Charakteristiken; vielmehr können bei anderen Ausführungsformen der Schwingungsbereich der magnetischen Achse und die Spitzen-Feldstärke des resul-

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tierenden Feldes beschränkt werden, um vorteilhafte Kombinationen solcher Eigenschaften bzw, Charakteristiken zusammen mit guter, wenn auch nicht der besten Ausgangsleistungsdichte zu erzielen. Zum Zwecke einer besonders guten elektromechanischen Linearität, elektromechanischen Kopplung und Bandbreite und'möglicherweise eines etwas besseren elektromechanischen Wirkungsgrades werden die magnetischen Spitzeninduktionen der Erregerfelder B-Y1 und B-X2 im Verhältnis zu den Induktionen der statischen Felder B-X3 und B-X4 reduziert (an sich gleichgehalten), ^ d.h. das Verhältnis eines Erregerfeldes zum statischen f Feld liegt im Bereich von etwa 1:3 bis 1:4. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Zahl der Windungen und/oder der Stromfluß in den Spulen 71 und 72 in gleicher Weise vermindert werden, z.B. mit einer Schaltung, die das Verhältnis der Induktivitäten der Spulen 71 und 72 zu den Induktivitäten der Spulen 73 und 74 auf Werte von 1:3 bis etwa 1:4 bringt."Werden die magnetischen Spitzenin-' dulctionen der Erregerfelder auf diese Weise verringert, so wird die Amplitude des Vektors B-E verringert und der Winkelbereich der Schwingung der Magnetisierungsachse, d.h. der Winkel φ verkleinert, z.B. auf einen Bereich von etwa 25° bis etwa 65° oder von 30° bis 60°, gemessen g von der Leistungsausgangsachse aus. Demgemäß wird die magnetische Spitzeninduktion des resultierenden Feldes B-R relativ zur magnetischen Induktion des Konstantfeldes herabgesetzt.

Weitere Vorteile, insbesondere in bezug auf den elektromechanischen Wirkungsgrad und wahrscheinlich auch bezüglich der Linearität, können durch Erhöhen des Neigungswinkels θ des statischen Feldes auf mehr' als 45°, beispielsweise auf etwa 65°, 70° oder 75° erreicht werden. Dies kann dadurch geschehen, daß das Verhältnis der mag-

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netischen Induktion des B-Y3 Feldes zur magnetischen Induktion des B-X4 Feldes erhöht wird, beispielsweise auf etwa 2:1 bis' etwa 4:1 oder 3.:1. Torzugsweise ist der Winkel O für hohen elektromechanischen Wirkungsgrad so groß, wie er ohne Kreuzen der Y-Achse durch den Vektor B-E sein kann. Selbstverständlich wird die Spitzenfeldstärke des resultierenden Erregerfeldes B-E ausreichend groß gehalten,„um die notwendige Schwingungsleistung des Wandlers hervorzurufen, unter der eine mittlere Ausgangsleistung bei hohem Wirkungsgrad zu verstehen ist. Für einen hohen elektromechanischen Wirkungsgrad kann es außerdem zweckmäßig sein, die Stärke des transversalen Erregerfeldes B-Y1 inbezug auf das longitudinale Erregerfeld B-X2 zu verringern, wodurch der Winkel if , der üblicherweise wenigstens 45° und vorzugsweise gleich dem Winkel 9 ist, auf einen 45° übersteigenden Wert und gegebenenfalls auf nahe 90°, beispielsweise .85° vergrößert wird, insbesondere, wenn der Winkel θ relativ groß, beispielsweise 65° bis 85° ist, So kann beispielsweise das Verhältnis der Spitzeninduktion des Feldes B-Y1 zu derjenigen des Feldes B-X2 oder das Verhältnis der Induktivitäten oder der Zahl der Windungen in der Spule 71 zu der Spule 72 1:2 oder 1:3 oder gegebenenfalls 1:4 betragen. Bei einer etwas vereinfachten Ausführung kann die Spule 71 entfallen, wenn der statische Feldwinkel hoch ist und die Leistung nur mäßig zu sein braucht. In der Regel wird der Winkel·der Schwingung der Magnetisierungsachse zur Erzielung dieser besonderen Vorteile zum Zwecke eines hohen elektromechanischen Wirkungsgrades . bei relativ großem Neigungswinkel gegenüber der ,Leistungsachse gehalten, beispielsweise bei etwa 70° bis 90° oder bei etwa 75° bis 87° von der Ausgangsleistungsachse. ,

Obwohl die elektromagnetische Funktion des Wandlers TB.

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und dessen abgewandelter Ausführungen in Verbindung mit der in Fig. 7 dargestellten Schaltung 70 beschrieben wurden, ist ersichtlich, daß auch demgegenüber etwas unterschiedliche Anordnungen der Spulen und der Energiequellen sowie der Ieitungsführungen benutzt werden können, um die meisten oder eventuell sogar alle Funktionen der Schaltung 70 zu realisieren. So kann beispielsweise eine getrennte Gleichstromquelle für jede der Spulen 73 und vorgesehen sein, die Spulen 71 und 72 können parallel statt in Reihe geschaltet werden, vorausgesetzt, daß die J zuvor beschriebene Gegenläufigkeitsbeziehung aufrechterhalten bleibt, oder es kann eine einzelne Spule anstelle der Spulen 72 und 74 an die Wechselstrom- und Gleichstromquellen angeschlossen werden, indem beispielsweise die Spule 74 wegfällt, die Gleichstromquelle 76 und die Spule 73 in Reihe an der Spule 72 liegen und ein Koppelkondensator zwischen die Wechselstromquelle 75 und die Spule 72 eingesetzt wird, um den Stromfluß von der Gleichstromquelle 76 zur Wechselstromquelle 75 zu sperren.

Während Ausführungen mit sowohl veränderlichen als auch konstanten Feldern, wie diejenige nach Fig. 7» einige erwünschte Eigenschaften insbesondere an besondere An- f wendungsfälle bei niedrigen oder mittleren Ausgangsleistungen besitzen, dient die in Fig. 3 dargestellte Gleichrichterschaltung am vorteilhaftesten für höchste Ausgangsleistungsdichten und außerdem zum Erreichen im wesentlichen ohmscher Belastungen, wobei eine Gleichstromquelle ebenso wie die mit der Flußumkehr verbundenen Schwierigkeiten entfällt.

Obwohl die Erfindung im Vorstehenden in Verbindung mit der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie beschrieben wurde, ist leicht einzusehen, daß sie

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auch zum Umwandeln mechanischer in elektrische Energie benutzt werden kann. So kann ein erfindungsgemäßer Wandler einer mechanischen Deformation unterworfen werden, z.B. durch anisotrope Druckdeformation, wobei Änderungen . des den Kern umgebenden magnetischen Flusses mit den orthogonalen Spulen abgenommen oder gemessen werden, um elektrische Energie z.B. für Messungen von Schall- oder anderen Druckänderungen abzuleiten.

Die Erfindung ist insbesondere auf magnetostriktive-Wandler für Sonarübertragung und -empfang, einschließlich Hohlbohrern, Gesteinsbohren!, Eernkronenbohrern, Seilbohrern oder dergleichen und zum Inscnlngungversetzen vonRammen, Nietmaschinen, Schweißgeräten, Lötkolben, Ultraschallreinigungen und für Zahn- oder Operationsbohr- und/oder Schneidwerkzeuge anwendbar. Sie dient ferner zum Erzeugen von Schwingungen bei Metallformverfahren, beispielsweise beim Rohrziehen oder Extrudieren. Die Erfindung ist außerdem zum Erzeugen von Schwingungen bei Schall- und Ultraschallfrequenzen, beispielsweise solchen von etwa 20 oder 50- Hz bis zu etwa 20.000 Hz geeignet und sogar bis zu höheren Frequenzen von 50.000 oder 100.000 Hz oder gegebenenfalls sogar höher; außerdem kann sie bei Unterschallfrequenzen, beispielsweise 10 Hz eingesetzt werden. Die Erfindung ist besonders zweckmäßig auf elektromechanisch schwingende Kerne anwendbar, die in hohler, in sich geschlossener Form vorliegen und einen kontinuierlichen oder im wesentlichen kontinuierlichen geschlossenen Leitungsweg oder eine Schleife aus Material um eine zentrale Öffnung bilden, wie beispielsweise die geschlossene Schleife um den Umfang eines Kreises, um ein Oval oder ein Rechteck. Solche Kerne besitzen eine durchgehende Innenkammer oder einen Durchlaß, der sich

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im Inneren des Werkstoffs um eine zentrale Öffnung erstreckt, wobei davon auszugehen ist, daß sich der Ausdruck "hohl" auf den im wesentlichen umschlossenen inneren Hohlraum oder Durchlaß und nicht auf die zentrale. Öffnung bezieht. .

Gemäß einem Beispiel besitzt ein hohler zylindrischer Ringkern eine zentrale Öffnung, die sich axial durch den Zylinder erstreckt, und eine Ringkammer, die im Zylinder eingeschlossen ist und die zenxrale Öffnung umfaßt. Die J

Erfindung ist mit Kernformen verwendbar, die aus einem Vollkörper aus magnetostriktivem Werkstoff herausgearbeitet sind, sowie auch bei aus magnetostriktiven Blechen aufgebauten Formen, beispielsweise mit ebenen, zylindrischen oder ringförmigen Blechen, Schneckenblechen oder deren Kombinationen mit oder ohne elektrisch isolierenden Werkstoffen, nicht-magnetischen Werkstoffen oder verschiedenen magnetischen oder magnetostriktiven Werkstoffen zwischen den Blechen.

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Claims

International Nickel Limited, Thames House, Miirbank, • London, S. W. 1, Großbritannien

Ansprüche ;

Elektromechanischer Wandler zum Umwandeln elektrischer Energie in mechanische Schwingungsenergie oder umgekehrt mit einem länglichen Kern aus magnetostruktivem Werkstoff und einer elektrisch leitenden Spule, die in bezug auf den Kern derart angeordnet ist, daß sie in stromdurchflossenem Zustand mit dem Kern elektromagnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennz eich net , daß der Kern (11; 41) im wesentlichen bilinearen magnetostriktiren Werkstoff enthält und daß erste und zweite elektrisch leitende Spulen (1.4, 20; 42, 43) jeweils in bezug auf den Kern so angeordnet sind, daß sie in stromdurchflossenem Zustand mit dem' Kern elektromagnetisch gekoppelt sind,, wobei die erste und die zweite Spule so angeordnet sind, daß sie ein erstes elektromagnetisches Feld mit einem im wesentlichen in Kernlängsrichtung verlaufenden Kraftfluß und ein zweites elektromagnetisches Feld mit den Kern quer zur Richtung des ersten elektromagnetischen Feldes schneidendem Kraftfluß entwickeln.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine (42) der Spulen schraubenlinienförmig um einen stabförmigen Kern (41) gewickelt ist und die andere Spule in einer länglichen Schleife gewickelt und mit ihrer ,Längs- · seite im wesentlichen parallel zur LängserStreckung

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des Kerns angeordnet ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (11) hohl und so geformt ist, daß der Kernwerkstoff eine zentrale Öffnung in einer geschlossenen Schleife umgibt und daß eine.der Schleife folgende fortlaufende Innenkammer im Kern besteht, wobei eine der Spulen (20) in der Innenkammer derart gewickelt ist, daß jede Windung der Schleife folgt, und die andere Spule (14) torusartig um den Kern längs der Kernschleife gewickelt ist,

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekenn ze i chnet , daß das Verhältnis der axialen Dicke zum Außendurchmesser eines Ringkerns kleiner als 1:1 ist.

5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch ge-, kennzeichnet , daß das Verhältnis der axialen Dicke zum Durchmesser des Ringkerns wenigstens 1:1 ist.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5> gekennzeichnet durch eine Joule'sehe Deformationskomponente des magnetostriktiven Werkstoffs bei Sättigungsmagnetostriktion von wenigstens 10 ppm.

7. Vorrichtung mit einem elektromechanischen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer Stromversorgung für zwei Spulen, g e k e η η ζ eic h net durch eine Einrichtung (30) zum Steuern der Spulenströme derart, daß durch periodische Ände-

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rung der magnetischen Induktion wenigstens eines der Felder die Magnetisierungsrichtung des Kerns innerhalb eine;
schwenkt wird.

innerhalb eines Winkels bis zu 90° hin-und herge-.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung ' zum Speisen und Steuern der die beiden Spulen durchfließenden Ströme eine Wechselstromquelle aufweist, gekennzeichnet durch eine Ein- L· richtung (32, 33), die während eines Abschnittes der Wechselstromperiode den von der Wechselstromquelle (»31) abgeleiteten Strom in einer Richtung durch eina Spule und danach während eines anderen Abschnitts der Wechselstromperiode durch die andere Spule leitet, wobei die magnetische Induktion jedes der von den beiden Spulen entwickelten elektromagnetischen Felder periodisch geändert und eine Phasenverschiebung von 180° zwischen den periodischen Änderungen der Induktionen der beiden Felder aufrechterhalten wird.

9* Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zum Speisen und Steuern der Ströme eine mit den Spu-1en-verbundene, diese zur Erzeugung eines periodisch veränderlichen elektromagnetischen Feldes mit Wechselstrom speisende Wechselstromquelle auf v/eist, gekennzeichnet durch eine ' Gleichstromquelle, die beide Spulen zur Erzeugung von zwei zueinander quer verlaufenden konstanten elektromagnetischen Feldern erregt, wobei die Stromquellen und die Spulen so gewählt sind, daß die magnetische Induktion des von der auch durch den Wechselstrom erregten Spule erzeugten IConstantfeldes wenigstens so groß wie die Spitzeninduktion des Wechsel-

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stromfeldes während eines entgegengesetzten Abschnittes der Wechselstromperiode ist.

1Oo Verfahren zum elektromechanischen Umwandeln elektrischer Energie in mechanische Energie unter Anlegen eines, elektromagnetischen Feldes veränderlicher Feldstärke an einen langgestreckten Kern aus magnetostriktivem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern im v/es entlichen bilinearen magnetostriktiven Werkstoff enthält, daß zwei zueinander quer verlaufende elektromagnetische . f Felder an den Kern angelegt werden, wobei der Kraftfluß eines der Felder im wesentlichen in Längsrichtung des Kerns verläuft, und daß die Feldstärke wenigstens eines der beiden elektromagnetischen Felder periodisch geändert wird, um_;.die resultierende Magnetisierungsachse innerhalb eines Winkelbereichs bis zu 90° von der Längsrichtung des Kerns periodisch schwingen zu lassen, wobei der Kern bei der Frequenz des sich periodisch ändernden Feldes magnetostriktiv in dieser Richtung schwingt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge- Z kennzeichnet , daß die magnetische ^ Achse im wesentlichen über einen Winfcelbereich von etwa 90°, jedoch nicht mehr als 90°, von der Kernlängsrichtung verschwenkt wird.

12. Verfahrennach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß sich die beiden Felder senkrecht zueinander im Kern schneiden, daß die beiden Felder mit 180° gegenseitiger Phasenverschiebung periodisch verändert werden und daß die Spitzenfeldstärken der beiden veränderlichen Felder

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auf einem gleichen Wert gehalten werden.

13. Verfahren nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Achse innerhalb eines Winkelbereichs von 25° bis etwa 6-5° von der Längsrichtung des Kerns geschwenkt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ,· daß die magnetische Achse innerhalb eines -Winkelbereichs von etwa 70° bis 90 von der Längsrichtung des Kerns geschwenkt \\rird.

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