Магнитострикционное устройство угловых перемещений и способ управления им
Владельцы патента RU 2292611:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Использование: как исполнительный элемент в узлах юстировки оптических элементов и коррекции кинематических цепей в станках, в оптико-механических устройствах, в системах автоматического наведения и т.д. Технический результат: увеличение диапазона угловых перемещений, повышение точности позиционирования, уменьшение возможности потери формоустойчивости при значительной массе перемещаемого объекта. Сущность: устройство содержит бимагнитострикционные пластины, закрепленные одним концом на основании, и перемещаемый объект, прикрепленный к оси устройства, образованной в месте жесткого соединения других концов бимагнитострикционных пластин. Количество пластин больше двух, они расположены радиально относительно оси устройства и образуют две группы, отличающиеся чередованием знака магнитострикционных слоев по окружности. Пластины каждой группы магнитосвязаны между собой. При подаче управляющего сигнала на первую группу бимагнитострикционных пластин перемещаемый объект поворачивают в одном направлении. При этом вторая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей обратный крутящий момент. Для поворота перемещаемого объекта в противоположном направлении подают управляющий сигнал на вторую группу бимагнитострикционных пластин. В этом случае первая группа пластин выполняет функцию механической нагрузки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области электротехники, конкретно к электрическим устройствам малых перемещений, и может быть использовано как исполнительный элемент в узлах высокоточных систем автоматической юстировки оптических элементов, в оптико-механических устройствах, в системах автоматического наведения, для коррекции кинематических цепей в высокоточных станках и т.д.
Известно магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее закрепленный на основании двухслойный прямоугольный элемент, слои которого выполнены из материалов с различными по знаку коэффициентами магнитострикции, и обмотку продольного намагничивания. В двухслойном элементе выполнены сквозные по толщине элемента продольные пазы, расположенные равномерно по всей ширине элемента, а на свободном конце в поперечном направлении закреплена жесткая пластина из неферромагнитного материала (А.С. СССР №1371481, МПК7 H 01 L 41/12, 17.02.86).
Недостатком данного устройства является невысокая точность позиционирования, т.к. свободный конец пластины помимо угловых перемещений совершает линейные перемещения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее активный элемент в виде бимагнитострикционной пластины, соединенной с перемещаемым объектом, один конец которой закреплен на основании, и обмотку намагничивания. В устройство введена вторая бимагнитострикционная пластина, одним концом закрепленная на основании и расположенная напротив первой, причем вторые концы бимагнитострикционных пластин жестко соединены между собой с чередованием знака магнитострикционных слоев пластин относительно оси устройства, а перемещаемый объект жестко прикреплен к месту соединения пластин (А.С. СССР №1384168, МПК7 H 01 L 41/12, 29.11.85).
В этом случае отсутствуют линейные смещения перемещаемого объекта при подаче тока в обмотку.
Однако в данном устройстве возможность уменьшения толщины пластин для повышения диапазона угловых перемещений ограничена возможной потерей формоустойчивости системы. Кроме того, при уменьшении толщины пластины снижается помехоустойчивость к поперечным возмущающим воздействиям.
Задачей изобретения является увеличение диапазона угловых перемещений, точности позиционирования и степени формоустойчивости системы при значительной массе перемещаемого объекта.
Поставленная задача достигается тем, что в магнитострикционном устройстве угловых перемещений, содержащем бимагнитострикционные пластины, закрепленные одним концом на основании, и перемещаемый объект, прикрепленный к оси устройства, образованной в месте жесткого соединения других концов бимагнитострикционных пластин, в отличие от прототипа количество бимагнитострикционных пластин больше двух, они расположены радиально относительно оси устройства и образуют две группы, отличающиеся чередованием знака коэффициента магнитострикции слоев по окружности, при этом бимагнитострикционные пластины каждой группы магнитосвязаны между собой.
Поставленная задача достигается также тем, что в магнитострикционном устройстве угловых перемещений, в отличие от прототипа, количество пластин четно, их число не менее четырех и углы между всеми соседними пластинами равны.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе управления магнитострикционным устройством угловых перемещений, включающем подачу управляющих сигналов на бимагнитострикционные пластины, в отличие от прототипа, при подаче управляющего сигнала на первую группу бимагнитострикционных пластин перемещаемый объект поворачивают в одном направлении из исходного состояния, при этом вторая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей дополнительный обратный крутящий момент, а для поворота перемещаемого объекта в противоположном направлении относительно исходного подают управляющий сигнал на вторую группу бимагнитострикционных пластин и перемещаемый объект поворачивают в противоположном направлении, в этом случае первая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей обратный крутящий момент.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства, имеющего 4 бимагнитострикционных элемента, образующих 2 группы.
Устройство содержит закрепленный на основании 1 замыкающий кожух 2 и обмотки намагничивания 3, причем обмотки могут располагаться на активных магнитострикционных элементах 4, 5, 6, 7, выполненных в виде одинаковых бимагнитострикционных пластин, содержащих слои магнитострикционного материала 8, 9, причем слои 8 выполнены из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а слои 9 - из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции. Выходные концы жестко связаны между собой. В центре устройства расположен перемещаемый объект 10.
Устройство работает следующим образом. При подключении обмотки намагничивания За к источнику постоянного тока слои 8, 9 бимагнитострикционных пластин 4, 5 вследствие линейного магнитострикционного эффекта изменяют свою длину, при этом слои 8 удлиняются, 9 укорачиваются, пластины изгибаются и их концы, соединенные с перемещаемым объектом 10, совершают угловое перемещение. Величину углового перемещения нагрузки можно регулировать изменением силы тока в обмотке 3а.
Пример конкретной реализации способа.
Подают управляющий электрический сигнал в обмотку 3а на первую группу бимагнитострикционных пластин 4, 5, выполненных из двух слоев, первый слой выполнен из никеля, имеющего отрицательный коэффициент магнитострикции, а второй слой - из пермендюра К49Ф2, имеющего положительный коэффициент магнитострикции, бимагнитострикционные пластины изгибаются и перемещаемый объект (зеркало телескопа) поворачивают в одном направлении из исходного состояния, при этом вторая группа бимагнитострикционных пластин 6, 7 выполняет функцию механической нагрузки, создающей дополнительный обратный крутящий момент, а для поворота перемещаемого объекта в другом направлении относительно исходного подают управляющий электрический сигнал в обмотку 3б на вторую группу бимагнитострикционных пластин, также выполненных из двух слоев, но первый слой выполнен из пермендюра К49Ф2, имеющего положительный коэффициент магнитострикции, а второй слой - из никеля, имеющего отрицательный коэффициент магнитострикции, при этом бимагнитострикционные пластины изгибаются в противоположном направлении и перемещаемый объект поворачивают в другом направлении относительно исходного состояния, в этом случае первая группа бимагнитострикционных пластин 4, 5 выполняет функцию механической нагрузки, создающей обратный крутящий момент. Таким образом осуществляется нечетное управление магнитострикционным устройством.
Использование предложенного устройства в высокоточных системах микроперемещений позволяет увеличить диапазон угловых перемещений, повысить точность позиционирования, способствует уменьшению возможности потери формоустойчивости магнитострикционного устройства угловых перемещений при значительной массе перемещаемого объекта. Это достигается за счет введения дополнительных бимагнитострикционных пластин и расположения пластин под углом друг к другу относительно их общего места соединения и обеспечения возможности уменьшения толщины бимагнитострикционных пластин.
1. Магнитострикционное устройство угловых перемещений, содержащее бимагнитострикционные пластины, закрепленные одним концом на основании, и перемещаемый объект, прикрепленный к оси устройства, образованной в месте жесткого соединения других концов бимагнитострикционных пластин, отличающееся тем, что количество бимагнитострикционных пластин больше двух, они расположены радиально относительно оси устройства и образуют две группы, отличающиеся чередованием знака коэффициента магнитострикции слоев по окружности, при этом бимагнитострикционные пластины каждой группы магнитно связаны между собой.
2. Магнитострикционное устройство угловых перемещений по п.1, отличающееся тем, что количество пластин четно, их число не менее четырех и углы между всеми соседними пластинами равны.
3. Способ управления магнитострикционным устройством угловых перемещений, включающий подачу управляющих сигналов на бимагнитострикционные пластины, отличающийся тем, что при подаче управляющего сигнала на первую группу бимагнитострикционных пластин перемещаемый объект поворачивают в одном направлении из исходного состояния, при этом вторая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей дополнительный обратный крутящий момент, а для поворота перемещаемого объекта в противоположном направлении относительно исходного подают управляющий сигнал на вторую группу бимагнитострикционных пластин и перемещаемый объект поворачивают в противоположном направлении, в этом случае первая группа бимагнитострикционных пластин выполняет функцию механической нагрузки, создающей обратный крутящий момент.
