Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления

 

Использование: в устройствах линейного перемещения. Сущность изобретения: магнитным полем воздействуют последовательно на каждую из смежных секций первого тела, выполненного из магнитострикционного материала и находящегося 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 создания магнитного поля содержат несколько обмотокэлектромагнитов, расположенных смежно друг с другом с возможностью раздельного подключения к источнику тела. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 ик;.;,g;

К ПАТЕНТУ

3 (21) 4614660/25 (86) РСТ/S Е 88/00010 (19.01.88) (22) 20.07.89 (46) 15.07.93. Бюл. hL 26 (31) 8700219-2 (32) 21.01.87 (33) SE (71) Якобсон Индаструер и Стокголм АБ (SE) (72) Лотар Эрик Кисеветтер (ОЕ), Фреди Олссон и Карл Х,Тирен (SE) (56) Патент США М 4017754, кл. Н 01 L41/12, 1977. (54) СПОСОБ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 показано устройство в варианте, включающем магнитострикционный стержень, который посредством горячей посадки, располагается внутри трубчатого тела; на фиг. 2 — продольное сечение схематично иллюстрированного поступательного двигателя для осуществления способа; на фиг. 3 — схематично магнитострикционный стержень, включенный в поступательный двигатель, показанный на фиг. 2 и предварительный натяг упомянутого стержня.

„„ Ы ÄÄ 1828564 А3 (я)з Н 02 N 2/00, Н 01 1 41/12 (57) Использование: в устройствах линейного перемещения. Сущность изобретения; магнитным полем воздействуют последовательно на каждую из смежных секций первого тела, выполненного иэ магнитострикционного материала и находящегося 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 соэдания магнитного поля содержат несколько обмотокэлектромагнитов, расположенных смежно друг с другом с возможностью раздельного подключения к источнику тела. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил, Изобретение основывается на том, что магнитострикционные материалы изменяют их геометрические размеры под влиянием магнитного поля. Стержень из магнитострикционного материала определенного состава будет, таким образом, подвергаться увеличению в длине под влиянием магнитного поля, одновременно, когда уменьшаются поперечные размеры стержня.

8 вариантах осуществления этого изобретения цилиндрический стержень 1 иэ магнитострикционного материала, который испытывает одновременно изменение в двине и поперечное сокращение под влиянием магнитного поля, посредством горячей посадки располагается внутри цилиндрической трубы 2, предпочтительно.

1028564 из немагнитного материала так, что магнитострикционный стержень 1 зажимается внутри трубы 2 при определенном зажимающем сцеплении. Стержень 2, вдоль всей длины, окружается большим числом магнитных кагушек 3, расположенных прилежащими друг к другу, причем каждая катушка из упомянутых является соединяемой последовательно одна за другой с источником питания током для генерирования магнитного поля. Каждой магнитной катушке 3 придаются размеры такие, чтобы генерировать магнитное поле, оказывающее влияние только на частичный участок магнитострикционного стрежня 2. Для облегчения понимания магнитострикционный стержень (фиг, 1) поделен на пять секций, расположенных рядом друг с другом, причем разделяющая линия между прилежащими секциями маркируется как штрих-пунктирная линия. Каждая секция предполагается соответствующей длине стержня 1, на которую оказывается влияние магнитным полем, генерированным одной иэ катушек 3.

Каждая катушка электромагнита 3 рассчитывается так, что магнитное поле, генерированное, когда ток подается к катушке, служит причиной увеличения длины секции, на которую оказывается влияние, причем эта секция одновременно испытывает поперечное сокращение такой величины, что зажимающее сцепление в зависимости от трубки 2 значительно уменьшается и, предпочтительно, исключается. Магнитострикционный стержень 1 может подвергаться предварительному напряжению в направлении, противоположном изменению в длине, под влиянием этого магнитного поля, Цель упомянутого предварительного HBllp$Iхе состоит в том, чтобы исключить влияние механического гистереэиса с тем, чтобы не получалось никакого остаточного размерного изменения магнитострикционного стержня, когда прекращается влияние магнитного поля, Предварительное напряжение может достигаться, например, посредством болта 4, проходящего в осевом направлении через магнитный стержень, так, чтобы упомянутый болт, будучи затянутым, создавал сжимающее усилие в магнитострикционном стержне, причем тяговое усилие болта 4 передается стержню 1 через две торцевых шайбы 5, расположенных на противоположных торцевых поверхностях стержня 1.

В нерабочем положении устройства ни одна иэ катушек электромагнитов 3 не питается током и, таким образом, магнитострикционный стержень 1 плотно звжимается внутри екружающей трубы 2 при определенном зажимающем сцеплении, Первоначальное зажимающее сцепление, т,е. зажимающее сцепление при ненагруженном состоянии, выбирается

5 так, чтобы оно имело предопределенную величину, которая затем может подвергаться изменениям, в зависимости от нагрузки на устройства.

При подаче тока к катушке злектромаг10 нита 3, расположенной непосредственно напротив, т.е. в той же самой пересекающей плоскости, что и первая секция магнитострикцион ного стержня 1, она подвергается увеличению в длине, одновременно, эта сек15 ция испытывает сокращение в поперечном направлении таким образом, что зажимающее сцепление секции против внутренней полости трубы 2 исключается. Если подача тока к катушке прерывается, секция будет

20 возвращаться к первоначальным размерам и, если никакого тока не будет подаваться к катушке электромагнита, расположенной непосредственно напротив прилежащей секции, первая секция будет возвращаться к первоначальному состоянию как относительно размеров, так и относительно положения, Если катушка электромагнита 3, расположенная непосредственно напротив сле3О дующей прилежащей секции, будет .питаться током одновременно с или в сочетании с прерыванием подачи тока и катушке электромагнита, расположенной непосредственно напротив первой секции, вторая

35 секция будет увеличиваться в длине и одновременно подвергаться поперечному сокращению, дающему в результате, что граница раздела между секциями, представленная штрих-пунктирной линией, будет переме40 щаться в направлении вперед в предполагаемом направлении движения. Первая секция возвращается к первоначальным размерам, но остается в продвинутом вперед положении.

Затем, стадии способа, описанные выше, повторяются последовательно одна эа другой, для каждой одной из секций. В результате магнитострикционный стержень 1 продвигается на расстояние 6> в предпола5О гаемом направлении движения.

Затем данный способ повторяется, начиная с первой секции, Поскольку каждая иэ секций фактически представляет только малую долю общей

55 длины магнитострикционного стержня 1, должно. быть очевидно, что зажимающее сцепление магнитострикционного стержня

1 против внутренней полости трубы 2 остается, по существу, неизменным во время этого смещения.

1828564

20

Регулированием подачи тока к катушкам электромагнитов 3 таким образом, чтобы стадии способа. описанные выше, повторялись последовательно одна за другой, магнитострикционный стержень 1 может вынуждаться перемещаться на требуемое расстояние внутри трубы 2. Если величина соответствующего магнитного поля регулируется так, что соответствующая секция, которая подвергается влиянию, вынуждается терять ее захватывающее сцепление против внутренней полости трубы 2, движение магнитострикционного стержня 1 имеет место без трения при скольжении.

Если труба 2 поддерживается жесткой опорной конструкцией и магнитострикционный стержень 1 посредством штанги соединяется с перемещаемым элементом (рабочим орудием), магнитострикционный стержень может приспосабливаться так, чтобы создавать силовое воздействие на перемещаемый элемент в предназначенном направлении движения. Величина этого приводящего в действие усилия зависит от сопротивления захватывающего сцепления между трубой 2 и магнитострикционным стержнем 1.

Движение магнитострикционного стержня может управляться очень простым способом — регулированием подачи тока к катушкам 3.

В варианте осуществления данного изобретения, магнитострикционный стержень

1 зажимается внутри трубы 2 посредством посадки в горячем состоянии. Однако, способ. согласно этому изобретению. может применяться соответствующим образом, как описано выше, также к варианту осуществления этого изобретения, в котором магнитострикционный стержень состоит иэ полого тела. которое горячей посадкой устанавливается на стержень, проходящий через полое тело и, предпочтительно, состоящий иэ немагнитного материала.

Как показано на фиг. 2, этот двигатель включает трубчатую часть 6, причем один торец которой обеспечивается фланцем 7 для крепления трубчатой части 6 к жесткой опоре. В канале трубчатой части 6, магнитострикционный стержень 8 эажимается напряженной посадкой, причем часть магнитострикционного стержня, выступающая эа пределы торца трубчатой части 6, соединяется. с орудием или другим средством, которое должно приводиться в действие, когда смещается стержень 8.

Для того, чтобы достичь состояния движения стержня 8, используется катушка электромагнита 9, окружающая трубчатую часть 6 и которая может соединяться с источником электрического тока. Когда ток подается к катушке, генерируется магнитное поле и часть стержня 8, которая подвергается влиянию магнитного поля, будет подвергаться растяжению и. одновременно, сокращению в радиальном направлении, Конечно. представляется возможным, смещать катушку 9 вдоль трубы 6 и таким образом получать червячного вида движение смещения стержня 8. Однако на практике считается более удобным иметь последовательный ряд катушек электромагнитов, расположенных вдоль трубы и питать катушки электромагнитов последовательно, одну за другой, электрическим током для того, чтобы получать смещение стержня S внутри трубы 6 описанным ранее способом.

В варианте осуществления изобретения, иллюстрированном на фиг. 3, магнитострикционный стержень 8 подразделяется на совокупность секций, которые вэаимосоединяются посредством предварительно напрягающегося тонкого прутка 10. через крепежные элементы 11, расположенные между прилежащими секциями, Это дает в результате. что каждая одна иэ секций, а также стержень 8 подвергаются требуемому предварительному напряжению в осевом направлении стержня 8 и по всей его длине, Как упоминалось ранее, предварительное напряжение необходимо для того, чтобы стержень, после того как он подвергался влиянию магнитных полей, возвращался к его первоначальным размерам. Однако это предварительное напряжение может достигаться многими различными способами (фиг. 3 иллюстрирует только один пример такого предварительного напряжения).

Как явствует из сказанного выше, важный признак, согласно этому изобретению, состоит в том, что стержень 1, 8 состоит из магнитострикционного материала. Предпочтительно, стержень 1, 8 делается из так называемого макромолекулярного магнитострикционного материала, например, сплава между редкоземельными металлами, такими как самарий (Sm), тербий (Tb), диспрозий (Оу), гельмий (Ho), эрбий (Er). тулий (Em), и металлами с магнитным переходом, такими KBK железо(Ре), кобальт(Со) и никель (Ni). Эта группа сплавов представляет наибольшую магнитострикцию, известную до сих пор, например, обладает свойством подвергаться изменению в размере под влиянием магнитного поля, причем упомянутое изменение в размере являетея пропорциональным напряженности магнитного поля.

Было установлено, что величина магнитострикции в этих материалах является совершенно различного порядка, чем таковая

50 является в случае обычных магнитрострикционных материалов, например, железо-никель. Таким образом, в качестве примера, может упоминаться, что для определенного магнитного поля, железо-никель подвергается изменению в длине порядкэ 20-30 мкм/м, между тем как сплав, например, тербий — диспрозий — железо подвергается изменению в длине, которому упомянутые макромолекулярные магнитострикционные материалы подвергаются под влиянием магнитного поля, могут быть положительными или отрицательными, например, могут для определенных из упомянутых композиций, давать увеличение в длине, а для других не упомянутых композиций, давать в результате уменьшение в длине. Однако, в настоящем изобретении, предпочитается испольэовать макромолекулярные магнитострикционные мэтериалы, причем типа, который подвЕргается увеличению в длине под влиянием магнитного поля. В пределах группы макромолекулярных магнитострикционных материвлов, величина магнитострикции под влиянием определенного магнитного поля меняется и, конечно, предпочитается, в вариантах согласно настоящему изобретению, использовать макромолекулярные магнитострикционные материалы, имеющие наибольшие магнитострикционные качества., Как упоминалось ранее, для того, чтобы получать удовлетворительный результат, необходимо, чтобы магнитострикционный элемент, используемый для образования движения, подвергался предварительному напряжению в направлении, противоположном направлению движению. Таким образом, предварительное напряжение нейтрализует механический гистереэис в магнитострикционном материале. В соответствии с альтернативой варианту осуществления данного изобретения, описанному с обращением к фиг. 3, для обеспечения упомянуто о предварительного напряжения, стержень может состоять иэ пластин или листов иэ мэгнитострикционного материала, проходящих в продольном направлении стержня, причем упомянутые плэстины или листы склеиваются вместе через промежуточные слои волокнистого материалэ. Во время производства упомянутых слоистых стержней, пластины или листы магнитострикционного материала предварительно нагружаются в осевом направлении и соединяются в предварительно напряженном состоянии с промежуточными волокнистыми слоями посредством склеивания. В кэчестве альтернативы, представляется возможным вместо этого прилагать растягивающее усилие к волокнам перед операцией склеивания и во время этой операции. 3аxev. предварительная нагрузка снимается, когда клей становится твердым, то есть, отвержденным. В таком стержне, каждая секция слоистого стержня, кэк предназначалось, является предвэрительно напряженной. Дополнительное преимущество с слоистыми стержнями состоит в том, что слоистое строение дает s результате уменьшение потерь на вихревые токи.

Это изобретение не ограничивается вариантами осуществления. Таким образом, магнитострикционное тело может зажиматься между двумя плоскопараллельными пластинами и, посредством использования магнитного поля в принципе по способу, описанному ранее, магнитострикционное тело может вынуждаться совершать движения между этими пластинами в плоскостях таковых, причем зажимающее сцепление относительно пластин поддерживается, по существу, неизменным, Возможно, что сцепление между магнитострикционным телом и пластиной может получаться только через собственный вес этого тела. В последнем случае, зто тело является только свободно лежащим сверху и поддерживаемым плоской пластиной и не нуждается в том, чтобы зажиматься между плоскопараллельными пластинами, Формула изобретения

1. Способ относительного перемещения первого тела, имеющего магнитострикционные свойства, и второго тела, s отношении которого первое тело находится в несущем контакте со схватом между контактирующимися поверхностями, заключающийся в воздействии магнитного поля на первое тело, отличающийся тем, что. с целью повышения точности перемещения, воздействуют магнитным полем последовательно на каждую из смежных секций первого тела, начиная с переднего конца тела относительно направления перемещения, так, что соответствующую секцию первого тела ,увеличивают по длине и сокращают в поперечном направлении с обеспечением устранения схватэ между телами, 2. Устройство для относительного перемещения, содержащее первое тело, выполненное из материала с магнитострикционными свойствами, второе тело предпочтительно иэ немагнитного материала, которые расположены в несущем контакте относительно друг друга со схватом между контактными поверхностями, и средства создания магнитного поля, включающие катушку электромагнита и электрический источник тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью

1828564

10 повышения точности, средства создания магнитного поля содержат несколько обмоток электромагнитов, расположенных смежно одна с другой с возможностью раздельного подключения к электрическому источнику тока и охватывающих первое и второе тело.

3. Устройство поп.2, отл ича ю ще ес я тем, что первое тело выполнено в виде стержня из магнитострикционного материала, а второе тело — в виде трубки, причем стержень расположен в трубке с зажимающим захватом между стержнем и внутренней поверхностью трубки.

4. Устройство по и. 3; о т л и ч а ю щ е ес я тем, что трубчатое тело прикреплено к жесткой. несущей структуре, а магнитострикционный стержень соединен тягой с перемещаемым элементом, 5. Устройство поп,2, отл ича ю щеес я тем, что первое тело выполнено в виде полого тела из магнитострикционного материала, а второе тело — в виде стержня, расположенного в полом теле с зажимающим захватом между контактными поверхностями полого тела и стержня.

6. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что первое тело имеет по крайней мере одну плоскую поверхность, установленную в контакте с опорной поверхностью второго тела со схватом между контактными поверхностями.

7. Устройство по и. 6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что первое тело имеет две плоские параллельные поверхности и зажато между двумя плоскими параллельными пластина5 ми второго тела.

8, Устройство по пп, 2 — 7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что первое тело содержит множество отдельных секций и промежуточных элементов, расположенных на противо10 положных сторонах каждой секции, и полосу предварительного напряжения, расположенную аксиально, проходящую через все секции и прикрепленную в предварительно напряженном состоянии к каждому

15 из промежуточных элементов, 9. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что полоса предварительного напряжения выполнена в виде проволоки, 10. Устройство по пп. 2 — 7, о т л и ч а ю20 щ е е с я тем, что первое тело выполнено в виде нескольких продольно расположенных и предварительно напряженных путем сжатия листов магнитострикционного материала, прикрепленных друг к другу по25 средством промежуточных волокнистых слоев.

11. Устройство по пп. 2 — 7, о т л и ч а ющ е е с я тем, что первое тело выполнено в виде нескольких продольно расположенных

30 листов магнитострикционного материала, склеенных между собой посредством промежуточных предварительно растянутых волокнистых слоев.

1828564

1828564

Составитель Т. Щукина

Редактор В. Трубченко Техред M. Моргентал Корректор И. Шулла

Заказ 2371 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления Способ относительного перемещения и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пьезотехнике, а именно к пеьзоэлектрическим двигателям, и может быть использовано, например, для стеклоочистителей автомобилей и в других силовых приводах, требующих значительного пускового момента

Изобретение относится к оптическим сканирующим устройствам и может быть использовано для точного наведения оптического луча на объект

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для прецизионного перемещения оптических компонентов в соответствии с заданными управляющими воздействиями

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано как силовой исполнительный элемент высокоточных дискретных систем приводов микроперемещений и микроподач для прецизионных линейных и угловых микроперемещений (программных и непрограммных) в высокоточном станкостроении, в лазерных и оптических приборах в технологическом оборудовании для микроэлектроники и в системах автоматического наведения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям с использованием магнитострикционных или пьезоэлектрических элементов, применяемых в качестве исполнительных механизмов для прецизионных шаговых перемещений

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в приборостроении для юстировки точных приборов, в станкостроении, в механизмах точной передачи элементов станка, а также в оптико-механической промышленности для осуществления высокоточных микроперемещений

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в приборостроении, станкостроении, оптико-механической промышленности для осуществления высокочастотных перемещений

Изобретение относится к устройствам для осуществления высоточных микроперемещений и позволяет расширить функциональные возможности привода путем повышения точности, увеличения рабочего перемещения и получения разнонаправленных движений

Изобретение относится к прецизионным uiaroBUM исполнительным устройствам и можпт быть использовано в высокоточном станкостроении, в лазерных и оптических приборах

Изобретение относится к электротехнике , а именно к исполнительным устройствам малых перемещений, и может быть использовано в станкостроении, приборостроении и других областях техники

Изобретение относится к области электротехники и средствам автоматики и может быть использовано в качестве задатчика регулируемых перемещений
Наверх