RU1828564C - Способ относительного перемещени и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: в устройствах линейного перемещени . Сущность изобретени : магнитным полем воздействуют последовательно на каждую из смежных секций первого тела, выполненного из магнито- стрикционного материала и наход щегос  в несущем контакте с поверхностью второго тела, таким образом, что соответствующую секцию увеличивают по длине и сокращают в поперечном направлении с обеспечением схвата между телами. Средства создани  магнитного пол  содержат несколько обмотокэлектромагнитов, расположенных смежно друг с другом с возможностью раздельного подключени  к источнику тела. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к области линейных двигателей, использующих свойства магнитострикционных материалов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

На фиг. 1 показано устройство в варианте , включающем магнитострикцион- ный стержень, который посредством гор чей посадки, располагаетс  внутри трубчатого тела; на фиг. 2 - продольное сечение схематично иллюстрированного поступательного двигател  дл  осуществлени  способа: на фиг. 3 - схематично магнитострикционный стержень, включенный в поступательный двигатель, показанный на фиг. 2 и предварительный нат г упом нутого стержн .

Изобретение основываетс  на том, что магкитострикционные материалы измен ют их геометрические размеры под вли нием магнитного пол . Стержень из магнитострикционного материала определенного состава будет, таким образом, подвергатьс  увеличению в длине под вли нием магнитного пол , одновременно, когда уменьшаютс  поперечные размеры стержн ,

В вариантах осуществлени  этого изобретени  цилиндрический стержень 1 из магнитострикционного материала, который испытывает одновременно изменение в длине и поперечное сокращение под вли нием магнитного пол , посредством гор чей посадки располагаетс  внутри цилиндрической трубы 2, предпочтительно.

00 N3 00 (Л ON

СО

из немагнитного материала так, что магнитострикционный стержень 1 зажимаетс  внутри трубы 2 при определенном зажимающем сцеплении. Стержень 2, вдоль всей длины, окружаетс  большим числом магнитных катушек 3, расположенных прилежащими друг к другу, причем кажда  катушка из упом нутых  вл етс  соедин емой последовательно одна за другой с источником питани  током дл  генерировани  магнитного пол . Каждой магнитной катушке 3 придаютс  размеры такие, чтобы генерировать магнитное поле, оказывающее вли ние только на частичный участок магнитострик- ционного стрежн  2. Дл  облегчени  понимани  магнитострикционный стержень (фиг. 1) поделен на п ть секций, расположенных р дом друг с другом, причем разде- л юща  лини  между прилежащими секци ми маркируетс  как штрих-пунктирна  лини . Кажда  секци  предполагаетс  соответствующей длине стержн  1, на которую оказываетс  вли ние магнитным полем , генерированным одной из катушек 3. Кажда  катушка электромагнита 3 рассчитываетс  так, что магнитное поле, генерированное , когда ток подаетс  к катушке, служит причиной увеличени  длины секции, на которую оказываетс  вли ние, причем эта секци  одновременно испытывает поперечное сокращение такой величины, что зажимающее сцепление в зависимости от трубки 2 значительно уменьшаетс  и, предпочтительно , исключаетс . Магнитострикционный стержень 1 может подвергатьс  предварительному напр жению в направлении , противоположном изменению в длине , под вли нием этого магнитного пол . Цель упом нутого предварительного напр жени  состоит в том, чтобы исключить вли ние механического гистерезиса с тем, чтобы не получалось никакого остаточного размерного изменени  магнитострикцион- ного стержн , когда прекращаетс  вли ние магнитного пол . Предварительное напр жение может достигатьс , например, посредством болта 4, проход щего в осевом направлении через магнитный стержень, так, чтобы упом нутый болт, будучи зат нутым , создавал сжимающее усилие в магни- тосгрикционном стержне, причем т говое усилие болта А передаетс  стержню 1 через две торцевых шайбы 5, расположенных на противоположных торцевых поверхност х стержн  1.

В нерабочем положении устройства ни одна из катушек электромагнитов 3 не питаетс  током и, таким образом, магнитострикционный стержень 1 плотно зажимаетс  внутри окружающей трубы 2

при определенном зажимающем сцеплении . Первоначальное зажимающее сцепление , т.е. зажимающее сцепление при ненагруженном состо нии, выбираетс 

так, чтобы оно имело предопределенную величину, котора  затем может подвергатьс  изменени м, в зависимости от нагрузки на устройства.

При подаче тока к катушке электромагнита 3, расположенной непосредственно напротив, т.е. в той же самой пересекающей плоскости, что и перва  секци  магнито- стрикционного стержн  1, она подвергаетс  увеличению в длине, одновременно, эта сек5 ци  испытывает сокращение в поперечном направлении таким образом, что зажимающее сцепление секции против внутренней полости трубы 2 исключаетс . Если подача тока к катушке прерываетс , секци  будет

0 возвращатьс  к первоначальным размерам и, если никакого тока не будет подаватьс  к катушке электромагнита, расположенной непосредственно напротив прилежащей секции, перва  секци  будет возвращатьс 

5 к первоначальному состо нию как относительно размеров, так и относительно положени .

Если катушка электромагнита 3, расположенна  непосредственно напротив сле0 дующей прилежащей секции, будет питатьс  током одновременно с или в сочетании с прерыванием подачи тока и катушке электромагнита, расположенной непосредственно напротив первой секции, втора 

5 секци  будет увеличиватьс  в длине и одновременно подвергатьс  поперечному сокращению , дающему в результате, что граница раздела между секци ми, представленна  штрих-пунктирной линией, будет переме0 щатьс  в направлении вперед в предполагаемом направлении движени . Перва  секци  возвращаетс  к первоначальным размерам, но остаетс  в продвинутом вперед положении.

5 Затем, стадии способа, описанные выше , повтор ютс  последовательно одна за другой, дл  каждой одной из секций. В результате магнитострикционный стержень 1 продвигаетс  на рассто ние di в предпола0 гаемом направлении движени .

Затем данный способ повтор етс , начина  с первой секции.

Поскольку кажда  из секций фактически представл ет только малую долю общей

5 длины магнитострикциониого стержн  1, должно быть очевидно, что зажимающее сцепление магнитострикционного стержн  1 против внутренней полости трубы 2 остаетс , по существу, неизменным во врем  этого смещени .

Регулированием подачи тока к катушкам электромагнитов 3 таким образом, чтобы стадии способа, описанные выше, повтор лись последовательно одна за другой , магнитострикционный стержень 1 может вынуждатьс  перемещатьс  на требуемое рассто ние внутри трубы 2. Если величина соответствующего магнитного пол  регулируетс  так, что соответствующа  секци , котора  подвергаетс  вли нию, вынуждаетс  тер ть ее захватывающее сцепление против внутренней полости трубы 2, движение магнитострикционного стержн  1 имеет место без трени  при скольжении. Если труба 2 поддерживаетс  жесткой опорной конструкцией и магнитострикционный стержень 1 посредством штанги соедин етс  с перемещаемым элементом (рабочим орудием), магнитострикционный стержень может приспосабливатьс  так, чтобы создавать силовое воздействие на перемещаемый элемент в предназначенном направлении движени . Величина этого привод щего в действие усили  зависит от сопротивлени  захватывающего сцеплени  между трубой 2 и магнитострикционным стержнем 1.

Движение магнитострикционного стержн  может управл тьс  очень простым способом - регулированием подачи тока к катушкам 3.

В варианте осуществлени  данного изобретени , магнитострикционный стержень 1 зажимаетс  внутри трубы 2 посредством посадки в гор чем состо нии. Однако, способ , согласно этому изобретению, может примен тьс  соответствующим образом, как описано выше, также к варианту осуществлени  этого изобретени , в котором магнитострикционный стержень состоит из полого тела, которое гор чей посадкой устанавливаетс  на стержень, проход щий через полое тело и, предпочтительно, состо щий из немагнитного материала.

Как показано на фиг. 2, этот двигатель включает трубчатую часть 6. причем один торец которой обеспечиваетс  фланцем 7 дл  креплени  трубчатой части 6 к жесткой опоре. В канале трубчатой части 6. магнитострикционный стержень 8 зажимаетс  напр женной посадкой, причем часть магнитострикционного стержн , выступающа  за пределы торца трубчатой части 6. соедин етс  с орудием или другим средством , которое должно приводитьс  в действие , когда смещаетс  стержень 8.

Дл  того, чтобы достичь состо ни  движени  стержн  8, используетс  катушка электромагнита 9, окружающа  трубчатую часть 6 и котора  может соедин тьс  с источником электрического тока. Когда ток подаетс  к катушке, генерируетс  магнитное поле и часть стержн  8, котора  подвергаетс  вли нию магнитного пол , будет подвер- 5 гатьс  раст жению и, одновременно, сокращению в радиальном направлении. Конечно, представл етс  возможным, смещать катушку 9 вдоль трубы б и таким образом получать черв чного вида движение

0 смещени  стержн  8. Однако на практике считаетс  более удобным иметь последовательный р д катушек электромагнитов, расположенных вдоль трубы и питать катушки электромагнитов последовательно, одну за

5 другой, электрическим током дл  того, чтобы получать смещение стержн  8 внутри трубы б описанным ранее способом.

В варианте осуществлени  изобретени , иллюстрированном на фиг. 3, магнито0 стрикционный стержень 8 подраздел етс  на совокупность секций, которые взаимосо- един ютс  посредством предварительно напр гающегос  тонкого прутка 10. через крепежные элементы 11, расположенные

5 между прилежащими секци ми. Это дает в результате, что кажда  одна из секций, а также стержень 8 подвергаютс  требуемому предварительному напр жению в осевом направлении стержн  8 и по всей его длине.

0 Как упоминалось ранее, предварительное напр жение необходимо дл  того, чтобы стержень, после того как он подвергалс  вли нию магнитных полей, возвращалс  к его первоначальным размерам. Однако это

5 предварительное напр жение может достигатьс  многими различными способами (фиг. 3 иллюстрирует только один пример такого предварительного напр жени ). Как  вствует из сказанного выше, важ0 ный признак, согласно этому изобретению, состоит в том, что стержень 1, 8 состоит из магнитострикционного материала. Предпочтительно , стержень 1, 8 делаетс  из так называемого макромолекул рного магнито- х

5 стрикционного материала, например, сплава между редкоземельными металлами, такими как самарий (Sm), тербий (ТЬ). диспрозий (Dy), гельмий (Но), эрбий (Ег). тулий (Em), и металлами с магнитным переходом,

0 такими как железо (Fe), кобальт (Со) и никель (Ni). Эта группа сплавов представл ет наибольшую магнитострикцию. известную до сих пор, например, обладает свойством подвергатьс  изменению в размере под вли 5 нием магнитного пол , причем упом нутое изменение в размере  вл етс  пропорциональным напр женности магнитного пол . Было установлено, что величина магнито- стрикции в этих материалах  вл етс  совершенно различного пор дка, чем такова 

 вл етс  в случае обычных мэгнитрострик- ционных материалов, например, железо-никель . Таким образом, в качестве примера, может упоминатьс , что дл  определенного магнитного пол , железо-никель подвергаетс  изменению в длине пор дка 20-30 мкм/м, между тем как сплав, например, тербий - диспрозий - железо подвергаетс  изменению в длине, которому упом нутые макромолекул рные магнитострикционные материалы подвергаютс  под вли нием магнитного пол , могут быть положительными или отрицательными, например, могут дл  определенных из упом нутых композиций , давать увеличение в длине, а дл  других не упом нутых композиций, давать в результате уменьшение в длине. Однако, в насто щем изобретении, предпочитаетс  использовать макромолекул рные магнитострикционные материалы, причем типа, который подвергаетс  увеличению в длине под вли нием магнитного пол . В пределах группы макромолекул рных магнитострик- ционных материалов, величина магнитострик- ции под вли нием определенного магнитного пол  мен етс  и, конечно, предпочитаетс , в вариантах согласно насто щему изобретению, использовать макромолекул рные магнитострикционные материалы, имеющие наибольшие магнитострикционные качества. |

Как упоминалось ранее, дл  того, чтобы получать удовлетворительный результат, необходимо, чтобы магнитострикционный элемент, используемый дл  образовани  движени , подвергалс  предварительному напр жению в направлении, противоположном направлению движению. Таким образом , предварительное напр жение нейтрализует механический гистерезис в магнитострикционном материале. В соответствии с альтернативой варианту осуществлени  данного изобретени , описанному с обращением к фиг. 3, дл  обеспечени  упом нутого предварительного напр жени , стержень может состо ть из пластин или листов из мэгнитострикционного материала , проход щих в продольном направлении стержн , причем упом нутые пластины или листы склеиваютс  вместе через промежуточные слои волокнистого материала. Во врем  производства упом нутых слоистых стержней, пластины или листы магнито- стрикционного материала предварительно нагружаютс  в осевом направлении и соедин ютс  а предварительно напр женном состо нии с промежуточными волокнистыми сло ми посредством склеивани . В качестве альтернативы, представл етс  возможным вместо этого прилагать раст гивающее усилие к волокнам перед операцией склеивани  и во врем  этой операции. Затем , предварительна  нагрузка снимаетс , когда клей становитс  твердым, то есть, отвержденным . В таком стержне, кажда  секци  слоистого стержн , как предназначалось,  вл етс  предварительно напр женной. Дополнительное преимущество с слоистыми стержн ми состоит в том,

0 что слоистое строение дает в результате уменьшение потерь на вихревые токи.

Это изобретение не ограничиваетс  вариантами осуществлени . Таким образом, магнитострикционное тело может зажи5 матьс  между двум  плоскопараллельными пластинами и, посредством использовани  магнитного пол  в принципе по способу, описанному ранее, магнитострикционное тело может вынуждатьс  совершать движе0 ни  между этими пластинами в плоскост х таковых, причем зажимающее сцепление относительно пластин поддерживаетс , по существу, неизменным, Возможно, что сцепление между магнитострикционным те5 лом и пластиной может получатьс  только через собственный вес этого тела. В последнем случае, это тело  вл етс  только свободно лежащим сверху и поддерживаемым плоской пластиной и не нуждаетс  в том,

0 чтобы зажиматьс  между плоскопараллельными пластинами.

Claims (11)

1. Формула изобретени  1. Способ относительного перемещени  первого тела, имеющего магнитострикцион5 ные свойства, и второго тела, в отношении которого первое тело находитс  в несущем контакте со схватом между контактирующи- мис  поверхност ми, заключающийс  в воздействии магнитного пол  на первое тело,

   0 отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности перемещени , воздействуют магнитным полем последовательно на каждую из смежных секций первого тела, начина  с переднего конца тела относитель5 но направлени  перемещени , так, что соответствующую секцию первого тела увеличивают по длине и сокращают в поперечном направлении с обеспечением устранени  схватз между телами.

   0
2. 2. Устройство дл  относительного перемещени , содержащее первое тело, выполненное из материала с магнито- стрикционными свойствами, второе тело предпочтительно из немагнитного материа5 па, которые расположены в несущем контакте относительно друг друга со схватом между контактными поверхност ми, и средства создани  магнитного пол , включающие катушку электромагнита и электрический источник тока, отличающеес  тем, что. с целью

   повышени  точности, средства создани  магнитного пол  содержат несколько обмоток электромагнитов, расположенныхсмеж- но одна с другой с возможностью раздельного подключени  к электрическому источнику тока и охватывающих первое и второе тело,
3. 3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что первое тело выполнено в виде стержн  из магнитострикционного материала , а второе тело - в виде трубки, причем стержень расположен в трубке с зажимающим захватом между стержнем и внутренней поверхностью трубки.
4. 4.Устройство по п. 3. о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что трубчатое тело прикреплено к жесткой несущей структуре, а магнито- стрикционный стержень соединен т гой с перемещаемым элементом.
5. 5.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что первое тело выполнено в виде полого тела из магнитострикционного материала , а второе тело - в виде стержн , расположенного в полом теле с зажимающим захватом между контактными поверхност ми полого тела и стержн .
6. 6.Устройство поп. 2, отличающее- с   тем, что первое тело имеет по крайней мере одну плоскую поверхность, установленную в контакте с опорной поверхностью второго тела со схватом между контактными поверхност ми.
7. 7.Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что первое тело имеет две плоские параллельные поверхности и зажато между двум  плоскими параллельными пластинами второго тела.
8. 8.Устройство по пп, 2-7, отличающеес  тем, что первое тело содержит множество отдельных секций и промежуточных элементов, расположенных на противоположных сторонах каждой секции, и полосу предварительного напр жени , расположенную аксиально, проход щую через все секции и прикрепленную в предварительно напр женном состо нии к каждому

   из промежуточных элементов.
9. 9.Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что полоса предварительного напр жени  выполнена в виде проволоки.
10. 10.Устройство по пп. 2-7. отличаю- щ е е с   тем, что первое тело выполнено в

    виде нескольких продольно расположенных и предварительно напр женных путем сжати  листов магнитострикционного материала , прикрепленных друг к другу по- средством промежуточных волокнистых слоев.
11. 11.Устройство по пп. 2-7, отличающеес  тем, что первое тело выполнено в виде нескольких продольно расположенных

    листов магнитострикционного материала, склеенных между собой посредством промежуточных предварительно раст нутых волокнистых слоев.

    У У ЧЧУУЧЧУОО

    л т лттт

    , IMM M:I;11Ш1

    I -+

    fr9S828l

    б э

    -6ЕЗ@Е

    & Фин. 2

    I3S

    ФигЗ

    //

    А

    о