Магнитомеханический преобразователь и способ управления им

Магнитомеханический преобразователь и способ управления им

Реферат

 

Использование: в электротехнике и средствах автоматики.Сущность изобретения: в магнитомеханическом преобразователе, содержащем магнитную систему с источником магнитного поля и сердечник из магнитострикционного материала, источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита, а сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения. Управление магнитомеханическим преобразователем осуществляется за счет изменения магнитного потока в сердечнике при вращении магнитной системы, при котором направление магнитного поля в сердечнике изменяется от продольного относительно механической оси сердечника до поперечного относительно той же оси. В предлагаемой конструкции в процессе реализации заявленного способа управления при изменении координаты толкателя потребляемая мощность соответствует мощности двигателя, обеспечивающего поворот или непрерывное вращение магнитной системы. При поддержании координаты толкателя в заданном положении (при работе в режиме позиционера) система не потребляет мощность от внешнего источника энергии, т.е. не требует дополнительных энергозатрат. Предусмотрены различные конструктивные варианты как самого магнитомеханического преобразователя, так и его магнитной системы, предназначенные для соответствующих схем управления. Кроме того, предусмотрен вариант выполнения сердечника, позволяющий в два раза увеличить диапазон линейного перемещения толкателя без увеличения длины сердечника и магнитостикционных свойств материала последнего. 2 с. и 29 з.п.ф-лы, 78 ил.

Изобретение относится к электротехнике и средствам автоматики и может быть использовано в качестве задатчика регулируемых перемещений, преимущественно, для прецизионного позиционирования исполнительных элементов машин и механизмов, а именно в прецизионных манипуляторах, в адаптивной оптике, для управления перемещением лазерного луча в обрабатывающих центрах, для перемещения обрабатывающего инструмента в станках, перемещения ножа микротома, поворота образца в прецизионных кристаллографических рентгеновских установках, перемещения иглы в туннельном микроскопе, предметного стола в туннельном и электронном микроскопах, в прецизионных дозаторах, в клапанах для управления расходом газообразных и жидких химических реагентов, при изготовлении шаблонов гибридных микросхем, в клапанах гидравлических и пневматических систем и т.д.

Кроме того, магнитомеханический преобразователь может быть использован в различных устройствах, работающих в режиме вибрации, например, в металлообрабатывающих станках для упрочнения поверхности деталей наклепом, выглаживанием, для облегчения процессов сверления, резания, в вибронасосах, в ручном строительном инструменте для пробивки отверстий в бетоне и горных породах, в технологическом оборудовании, например в вибростанках для изготовления строительных бетонных блоков, в технологии стимулирования отдачи нефтяных и газовых скважин и т.д.

Известен магнитомеханический преобразователь, содержащий обмотку возбуждения и магнитострикционный сердечник, выполненный из соединения редкоземельный металл железо [1] Величина перемещений подвижной части известного преобразователя относительно невелика. Кроме того, использование источника магнитного поля в виде электрической обмотки возбуждения требует значительного электропотребления для поддержания заданных параметров магнитного поля в процессе эксплуатации, что осложняет использование преобразователя в режиме позиционирования или вибрации.

Известен магнитомеханический преобразователь, содержащий магнитную систему с источником магнитного поля в виде электрической обмотки возбуждения и сердечник из магнитострикционного материала с проходящей через его геометрический центр в направлении перемещения исполнительного элемента механической осью, расположенный с зазором относительно источника магнитного поля и состоящий по меньшей мере из одного элемента, при этом исполнительный элемент связан с сердечником с возможностью перемещения. Механическая ось сердечника в известном устройстве ориентирована в направлении продольной оси сердечника [2] Способ управления данным известным магнитомеханическим преобразователем с магнитной системой, включающей источник магнитного поля, и сердечником из магнитострикционного материала, состоящим по меньшей мере из одного элемента, заключается в изменении магнитного потока в сердечнике путем изменения величины тока в обмотке возбуждения магнитной системы.

К основным недостаткам известных из [2] технических решений как в части способа управления, так и в части устройства, следует отнести высокое энергопотребление источника магнитного поля, поскольку для поддержания необходимых параметров магнитного поля при установлении и сохранении заданных линейных размеров сердечника требуется постоянное пропускание электрического тока через обмотку возбуждения источника магнитного поля. Более того для известных технических решений характерен дополнительный нагрев магнитной системы и материала сердечника, что приводит к необходимости создания сложной системы охлаждения и температурной компенсации изменения линейных размеров сердечника.

Изложенное является причиной увеличения массогабаритных показателей устройства в целом и не позволяет обеспечить достаточную точность при использовании известных магнитомеханических преобразователей в системах прецизионного позиционирования. Кроме того, высокое энергопотребление осложняет использование преобразователя в режиме вибратора.

Основной технической задачей изобретения является снижение энергоемкости и массогабаритных показателей магнитомеханического преобразователя при одновременном увеличении диапазона и дискретности изменения линейных размеров сердечника при тех же по отношению к прототипу энергозатратах, а также обеспечение возможности работы преобразователя в режиме вибратора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в отношении объекта "устройство": в магнитомеханическом преобразователе, содержащем установленные в корпусе состоящую по меньшей мере из одной части магнитную систему с источником магнитного поля и сердечник с проходящей через его геометрический центр механической осью, расположенный с зазором относительно источника магнитного поля, и состоящий по меньшей мере из одного элемента из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, связанный с сердечником с возможностью перемещения относительно корпуса, при этом механическая ось сердечника ориентирована в направлении перемещения исполнительного элемента, согласно изобретения источник магнитного поля выполнен в виде по меньшей мере одного постоянного магнита, а сердечник и по меньшей мере одна часть магнитной системы установлены с возможностью относительного вращения вокруг оси, расположенной непараллельно по отношению к механической оси сердечника и/или вектору напряженности магнитного поля магнитной системы в геометрическом центре по меньшей мере одного элемента сердечника.

Ось относительного вращения магнитной системы и сердечника преимущественно должна проходить через геометрический центр последнего.

Ось относительного вращения магнитной системы и сердечника преимущественно должна быть расположена перпендикулярно по отношению к механической оси сердечника и вектору напряженности магнитного поля магнитной системы в геометрическом центре по меньшей мере одного элемента сердечника.

Зона расположения геометрического центра, по меньшей мере одного элемента сердечника в исходном положении преимущественно должна быть совмещена с одной из зон магнитной системы, соответствующей максимуму напряженности магнитного поля этой системы.

Сердечник может быть выполнен из материала с магнитной текстурой и/или магнитной анизотропией.

Магнитная система может быть дополнительно снабжена магнитопроводом, а источник магнитного поля установлен на последнем со стороны расположения сердечника.

Магнитная система может быть выполнена зеркально-симметричной по отношению к плоскости, расположенной перпендикулярно оси относительного вращения магнитной системы и сердечника.

Источник магнитного поля может быть выполнен в виде группы постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости таким образом, что вектора намагниченности по меньшей мере двух смежных магнитов ориентированы в противоположных направлениях.

При выполнении магнитной системы зеркально-симметричной источник магнитного поля может быть выполнен в виде по меньшей мере двух групп постоянных магнитов, которые в каждой группе расположены в одной плоскости таким образом, что вектора намагниченности по меньшей мере двух смежных магнитов ориентированы в противоположных направлениях, каждая последующая группа расположена зеркально-симметрично по отношению к предыдущей относительно плоскости, ориентированной перпендикулярно оси относительного вращения магнитной системы и сердечника, а сердечник состоит из отдельных параллельно расположенных элементов, количество которых равно n-1, где n число групп постоянных магнитов, при этом крайние группы постоянных магнитов снабжены магнитопроводами, установлены на последних со стороны соответствующих элементов сердечника и выполнены с толщиной, в направлении оси вращения в два раза меньшей по отношению к любой из промежуточных групп.

Сердечник может быть выполнен в виде двух элементов из магнитострикционного материала, между которыми последовательно вдоль механической оси сердечника расположена вставка из материала с модулем и пределом упругости, по крайней мере не меньшими по величине относительно модуля и предела упругости соответственно любого смежного с ним элемента сердечника из магнитострикционного материала. В этом случае магнитострикционный материал одного из элементов сердечника может иметь положительную магнитострикцию, а другой положительную или отрицательную магнитострикцию.

Сердечник может быть выполнен в виде двух параллельно расположенных, конструктивно идентичных групп элементов, а ось относительного вращения магнитной системы и сердечника расположена в зазоре между ними.

В качестве магнитострикционного материала элемента сердечника может быть использован сплав с гигантской магнитострикцией, в частности TbFe₂ и/или SmFe₂.

При выполнении сердечника из материала с магнитной текстурой и/или магнитной анизотропией механическую ось сердечника целесообразно располагать параллельно оси легчайшего намагничивания материала сердечника и вектору напряженности магнитного поля в точке расположения геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в исходном рабочем положении. При этом сердечник может быть выполнен вытянутой формы, а механическая ось сердечника расположена параллельно продольной оси последнего. Кроме того, сердечник может быть выполнен вытянутой формы, а механическая ось сердечника расположена перпендикулярно продольной оси последнего. Как частный вариант сердечник может иметь прямоугольную форму. В одном из вариантов сердечник может быть выполнен многолучевой формы, а исполнительный элемент в виде дискретных частей, количественно соответствующих количеству лучей, каждая из которых кинематически связана с соответствующим лучом сердечника.

Кроме того, сердечник может быть выполнен в виде кольца, а исполнительный элемент установлен в контакте с сердечником, по меньшей мере в одной точке наружной цилиндрической поверхности последнего.

При выполнении источника магнитного поля в виде групп постоянных магнитов каждая группа постоянных магнитов источника магнитного поля может быть выполнена в виде диска, а постоянные магниты в группе в виде секторов.

Каждая группа постоянных магнитов источника магнитного поля может быть выполнена крестообразной формы, постоянные магниты в группах прямоугольной формы, сердечник выполнен с длиной, не менее чем на порядок превышающей его ширину в плоскости, параллельной обращенной к нему поверхности источника магнитного поля.

Кроме того, каждая группа постоянных магнитов источника магнитного поля может быть выполнена прямоугольной формы, а сердечник выполнен с длиной, большей или равной его ширине в плоскости, параллельной обращенной к нему поверхности источника магнитного поля.

Магнитомеханический преобразователь может быть снабжен рамкой с выполненными в ней направляющими средствами, установленной центрально симметрично по отношению к оси относительного вращения магнитной системы и сердечника, а последний выполнен в виде по меньшей мере одной пары расположенных параллельно один другому элементов, установленных в направляющих средствах рамки по обе стороны от оси вращения, при этом одни противоположные концы оппозитно расположенных элементов сердечника в каждой паре установлены с упором их торцов во внутреннюю поверхность рамки, второй конец одного из элементов пары кинематически связан с исполнительным элементом, а второй конец другого элемента пары установлен в контакте его торца с опорным выступом корпуса.

В отношении объекта способ: в способе управления магнитомеханическим преобразователем с состоящей по меньшей мере из одной части магнитной системой, включающей источник магнитного поля, и сердечником, состоящим по меньшей мере из одного элемента из магнитострикционного материала, заключающемся в изменении магнитного потока в сердечнике, согласно изобретению изменение магнитного потока в сердечнике осуществляют посредством относительного вращения, по меньшей мере одной части магнитной системы и сердечника вокруг оси, расположенной непараллельно по отношению к механической оси сердечника и/или к вектору напряженности магнитного поля магнитной системы в геометрическом центре по меньшей мере одного элемента сердечника.

При этом относительное вращение магнитной системы целесообразно осуществлять реверсивно в пределах угла поворота от 0 до 180^о.

Относительное вращение зеркально-симметрично расположенных элементов магнитной системы можно осуществлять синхронно, асинхронно или в противоположных направлениях с одинаковой частотой.

Относительное вращение магнитной системы и сердечника можно осуществлять путем перемещения геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника из зоны магнитной системы, соответствующей максимуму напряженности продольного относительно обращенной к сердечнику поверхности магнитной системы магнитного поля этой системы в зону, соответствующую ближайшему максимуму напряженности поперечного относительно той же поверхности магнитной системы магнитного поля.

Относительное вращение магнитной системы и сердечника можно также осуществлять из положения, в котором механическая ось сердечника расположена параллельно вектору напряженности магнитного поля магнитной системы в геометрическом центре по меньшей мере одного элемента сердечника в положение, в котором механическая ось последнего расположена перпендикулярно вектору напряженности магнитного поля магнитной системы в геометрическом центре первоначально упомянутого элемента сердечника.

На фиг. 1 показан вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения, при этом магнитная система выполнена в виде двух соединенных между собой роторов, а сердечник представляет собой два прямоугольных параллелепипеда, расположенных параллельно по обе стороны от оси вращения роторов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного реверсивного поворота на угол не менее 45^о по и против часовой стрелки, при этом сердечник представляет собой единый прямоугольный параллелепипед, а магнитная система выполнена в виде двух роторов; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения, при этом сердечник представляет собой прямоугольный параллелепипед, основанием которого является квадрат с отверстием для оси вращения магнитной системы, выполненной в виде двух роторов, а исполнительный элемент выполнен в виде дискретных частей, число которых равно числу боковых граней параллелепипеда; на фиг. 6 -вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения, при этом сердечник представляет собой параллельно расположенные прямоугольные параллелепипеды, основанием которых является квадрат с отверстием для оси вращения магнитной системы, исполнительный элемент выполнен в виде дискретных частей, число которых равно числу боковых граней всех элементов сердечника, а магнитная система выполнена в виде роторов, закрепленных на одной оси вращения, причем магнитопроводами снабжены только крайние роторы магнитной системы, источники магнитного поля которых выполнены с толщиной, в 2 раза меньшей толщины источников магнитного поля промежуточных роторов; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 5 и фиг. 6; на фиг. 8 вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения, при этом сердечник выполнен составным и представляет собой последовательно расположенные чередующиеся прямоугольные параллелепипеды с отверстиями для осей вращения магнитной системы и без отверстий, а магнитная система выполнена в виде двух групп элементов, каждая из которых состоит из двух роторов с общей осью вращения, причем элементы магнитной системы в группах вращаются с одинаковой частотой в одном и том же направлении; на фиг. 9 разрез Г-Г на фиг. 8; на фиг. 10 вариант выполнения магнитомеханического преобразователя, у которого сердечник и магнитная система установлены с возможностью относительного вращения, при этом сердечник представляет собой два расположенных параллельно прямоугольных параллелепипеда, а магнитная система выполнена в виде двух роторов, которые вращаются с одинаковой частотой в противоположных направлениях; на фиг. 11 разрез Д-Д на фиг. 10; на фиг. 12 разрез Е-Е на фиг. 10; на фиг. 13 возможный вариант выполнения сердечника, предназначенного для варианта исполнения магнитомеханического преобразователя по фиг. 1 и 2, и магнитострикционной части сердечника, геометрический центр которой совпадает с осью вращения по фиг. 8-9, и состоящего из двух последовательно расположенных магнитострикционных элементов, между которыми последовательно расположен вдоль механической оси сердечника элемент из материала с модулем и пределом упругости, не меньшим по величине модуля и предела упругости соответственно любого магнитострикционного элемента сердечника; на фиг. 14 возможный вариант выполнения сердечника многолучевой формы, предназначенный для вариантов магнитомеханического преобразователя по фиг. 5-7; на фиг. 15 возможный вариант выполнения сердечника в виде кольца, предназначенный для вариантов магнитомеханического преобразователя по фиг. 5-7; на фиг. 16 рамка с расположенным в ней сердечником из четырех элементов, установленных в ней параллельно друг другу попарно по обе стороны оси вращения магнитной системы и упирающихся одним торцом в рамку, а другим в торцы подвижных элементов, расположенных в рамке, предназначенная для возможного использования в качестве силового узла в конструкциях по фиг. 1-4, 10-12; на фиг. 17 разрез Ж-Ж на фиг. 15; на фиг. 18 разрез З-З на фиг. 15; на фиг. 19 изометрия рамки по фиг. 15; на фиг. 20 схема магнитной системы, выполненной в виде плоского постоянного магнита с конгруэнтным магнитопроводом; на фиг. 21 схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух плоских постоянных магнитов с конгруэнтными магнитопроводами с общей осью вращения; на фиг. 22 и 23 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное размещение геометрического центра, по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 20 или 21 и предусматривающая последующее относительное вращение сердечника и магнитной системы на угол 90^о; на фиг. 24 схема магнитной системы, выполненной из двух плоских постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости, с конгруэнтным магнитопроводом, причем вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов ориентированы в противоположных направлениях; на фиг. 25 схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух пар плоских постоянных магнитов с конгруэнтными магнитопроводами, причем вектора намагниченности смежных магнитов в каждой из пар и оппозитно расположенных магнитов ориентированы в противоположных направлениях, а магнитопроводы имеют общую ось вращения; на фиг. 26 и 27 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное размещение геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 24 или 25 и предусматривающая последующее относительное вращение сердечника и магнитной системы на угол 90^о; на фиг. 28 схема магнитной системы, выполненной из четырех плоских постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости, с конгруэнтным магнитопроводом, причем вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов, примыкающих к оси вращения, ориентированы в противоположных направлениях, а вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов, прилегающих к указанным, имеют с их векторами напряженности одинаковое направление; на фиг. 29 схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной крестообразной формы из двух групп, каждая из которых состоит из четырех плоских постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости, с конгруэнтным магнитопроводом, причем в одной группе вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов, примыкающих к оси вращения, ориентированы в противоположных направлениях, а вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов, прилегающих к указанным, имеют с их векторами намагниченности одинаковое направление, при этом вектора намагниченности оппозитно расположенных магнитов разных групп ориентированы в противоположных направлениях, а магнитопровода имеют общую ось вращения; на фиг. 30 и 31 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное размещение геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольной по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 28 или 29 и предусматривающая последующее относительное вращение сердечника и магнитной системы на угол 90^о; на фиг. 32 схема магнитной системы, выполненной из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруэнтным магнитопроводом; на фиг. 33 схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух групп, состоящих из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруэнтным магнитопроводом, причем магнитопроводы имеют общую ось вращения; на фиг. 34 и 35 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающая предварительное размещение геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 32 или 33 и последующее перемещение упомянутого геометрического центра в максимум поперечного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля этой же магнитной системы (или наоборот) путем относительного поворота на угол, кратный 180^о; на фиг. 36 и 37 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное размещение геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности поперечного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 32 или 33 и последующее перемещение упомянутого геометрического центра в максимум продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля этой же магнитной системы (или наоборот) путем относительного поворота на угол, кратный 180^о; на фиг, 38 вариант схемы магнитной системы, выполненной из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруэнтным магнитопроводом; на фиг. 39 вариант схемы частично зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух групп, состоящих из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруэнтным магнитопроводом; на фиг. 40 и 41 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающая предварительное размещение геометрического центра по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 38 или 39 и последующее относительное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности поперечного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля (или наоборот) посредством поворота на угол, кратный 180^о; на фиг. 42 и 43 варианты схем магнитных систем, выполненных из одного или двух зеркально-симметрично расположенных соответственно постоянных магнитов прямоугольной формы без магнитопроводов; на фиг. 44 и 45 схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное размещение геометрического центра, по меньшей мере одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитных систем по фиг. 42 и 43 соответственно и предусматривающая последующее относительное вращение сердечника и магнитной системы на угол, кратный 90^о; на фиг. 46 49, схемы управления магнитомеханическим преобразователем с вариантами схем магнитных систем по фиг. 32 и 33, 38 и 39 соответственно при выполнении сердечника из трех последовательно расположенных элементов (из материалов с положительной, нулевой и отрицательной магнитострикцией), посредством относительного поворота на угол, кратный 180^о; на фиг. 50 схема магнитной системы, выполненной из двух пар плоских постоянных магнитов с конгруэнтными магнитопроводами, причем одна пара постоянных магнитов имеет возможность вращения относительно второй; на фиг. 51 и 52 схема управления магнитомеханическим преобразователем с вариантом схемы магнитной системы по фиг. 50; на фиг. 53 изображенная в перспективе схема магнитной системы из секторных постоянных магнитов, позволяющая обеспечить четыре полных цикла перемещения толкателя за один оборот магнитной системы; на фиг. 54 разрез И-И на фиг. 53; на фиг. 55 разрез К-К на фиг. 53; на фиг. 56 и 57 схема управления магнитомеханическим преобразователем с вариантом магнитной системы по фиг. 53, предполагающая предварительное размещение геометрических центров элементов сердечника, изображенного в проекции на часть магнитной системы по фиг. 54 в максимумах напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы и последующее относительное перемещение упомянутых геометрических центров в максимум напряженности магнитного поля, поперечного по отношению к той же оси; на фиг. 58 зависимость перемещения толкателя от угла поворота магнитной системы при ее непрерывном вращении; на фиг. 59 изображенная в перспективе схема магнитной системы из секторных постоянных магнитов, позволяющая обеспечить два полных цикла перемещения толкателя за один оборот магнитной системы; на фиг. 60 разрез Л-Л на фиг. 59; на фиг. 61 разрез М-М на фиг. 59; на фиг. 62 и 63 схема управления магнитомеханическим преобразователем с вариантом магнитной системы по фиг. 59, предполагающая предварительное размещение геометрических центров элементов сердечника, изображенного в проекции на часть магнитной системы по фиг. 60 в максимумах напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы и последующее относительное перемещение упомянутых геометрических центров в максимум напряженности поперечного магнитного поля по отношению к той же оси; на фиг. 64 зависимость перемещения толкателя от угла поворота магнитной системы при ее непрерывном вращении; на фиг. 65 изображенная в перспективе схема магнитной системы из секторных постоянных магнитов, позволяющая обеспечить четыре полных цикла перемещения толкателя за один оборот магнитной системы; на фиг. 66 разрез Н-Н на фиг. 65; на фиг. 67 разрез О-О на фиг. 65;на фиг. 68 и 69 схема управления магнитомеханическим преобразователем с вариантом магнитной системы по фиг. 65, предполагающая предварительное размещение геометрических центров элементов сердечника, изображенного в проекции на часть магнитной системы по фиг. 66 в максимумах напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы и последующее относительное перемещение упомянутых геометрических центров в максимум напряженности поперечного магнитного поля по отношению к той же оси; на фиг. 70 зависимость перемещения толкателя от угла поворота магнитной системы при ее непрерывном вращении; на фиг. 71 изображенная в перспективе схема магнитной системы из секторных постоянных магнитов, позволяющая обеспечить восемь полных циклов перемещения толкателя за один оборот магнитной системы; на фиг. 72 вид по стрелке П на фиг. 71; на фиг. 73 вид по стрелке Р на фиг. 71; на фиг. 74 и 75 схема управления магнитомеханическим преобразователем с вариантом магнитной системы по фиг. 71, предполагающая предварительное размещение геометрических центров элементов сердечника, изображенного в проекции на часть магнитной системы по фиг. 71 в максимумах напряженности продольного по отношению к механической оси сердечника магнитного поля магнитной системы и последующее относительное перемещение упомянутых геометрических центров в максимум напряженности поперечного по отношению к той же оси магнитного поля; на фиг. 76 зависимость перемещения толкателя от угла поворота магнитной системы при ее непрерывном вращении; на фиг. 77 петля гистерезиса перемещения толкателя при реверсивном повороте магнитной системы на угол от 0 до 90^о при конструктивном исполнении преобразователя по фиг. 1 и 2 со схемой магнитной системы по фиг. 25 для примера конкретной реализации; на фиг. 78 зависимость перемещения толкателя от угла поворота магнитной системы при ее непрерывном синхронном вращении при конструктивном исполнении преобразователя по фиг. 1 и 2 со схемой магнитной системы по фиг. 25 для примера конкретного исполнения.

Магнитомеханический преобразователь содержит магнитную систему, состоящую из магнитопровода 1 и источника магнитного поля, выполненного в виде постоянных магнитов 2, а также сердечник 3, выполненный из магнитострикционного материала и установленный с зазором 4 относительно элементов магнитной системы, и исполнительный элемент в виде толкателя 5. Сердечник 3 и магнитная система установлена с возможностью относительного вращения вокруг оси 6 вращения посредством механизма вращения. Источник магнитного поля выполнен в виде оппозитно расположенных групп постоянных магнитов 2, по одной паре в каждой группе. Вектора 7 намагниченности постоянных магнитов 2 в каждой отдельно взятой группе, а также оппозитно расположенных магнитов 2 в противолежащих группах, ориентированы в противоположных направлениях. Магнитная система на упомянутых фигурах выполнена зеркально-симметричной относительно плоскости, проходящей через механическую ось 8 сердечника 3 (т.е. ось, совпадающую с направлением рабочего перемещения толкателя 5 и проходящую через геометрический центр 9 сердечника 3), при этом магнитная система может иметь как общую, так и индивидуальные для каждой группы оси 6 вращения в зависимости от конструктивного исполнения.

Сердечник 3 расположен в исходном рабочем положении, т.е. его геометрический центр 9 расположен в зоне максимума напряженности продольного по отношению к механической оси 8 магнитного поля магнитной системы. Сердечник 3 связан с толкателем 5 с возможностью перемещения последнего относительно корпуса 10 преобразователя, при этом сердечник 3 может быть зафиксирован одним концом относительно корпуса 10 или относительно дополнительного толкателя, а толкатель 5 подпружинен относительно корпуса 10 посредством упругого элемента 11. Магнитная система смонтирована на оси 6 вращения, которая с зазором 12 может проходить внутри элементов сердечника 3 или между ними и кинематически связана с двигателем 13. Элементы магнитной системы могут быть установлены в корпусах 14, количество которых соответствует количеству оппозитно расположенных групп постоянных магнитов 2.

В варианте исполнения по фиг. 7 только крайние группы постоянных магнитов снабжены магнитопроводами 1, а магнитная система имеет общую ось 6 вращения.

Сердечник состоит из одного или нескольких элементов, при этом в случае параллельного расположения элементов сердечника 3 симметрично относительно оси вращения указанные элементы выполняются из материала с одинаковой по знаку и величине магнитострикцией.

При последовательном расположении элементов сердечника их в ряде случаев целесообразно чередовать по знаку и величине магнитострикции в зависимости от конструктивного выполнения магнитной системы. Например, для схем магнитной системы по фиг. 46 и 47 или 48 и 49 чередование осуществляют следующим образом, элемент 15 из материала с положительной магнитострикцией, элемент 16 из материала с отрицательной магнитострикцией, элемент 17 из материала с нулевой магнитострикцией.

Для увеличения диапазона перемещения толкателя в два раза сердечник целесообразно устанавливать в рамке 18 с подвижными элементами 19. Конструкция и компоновочная схема такого узла показана на фиг. 16-19. Вращательное движение оси 6 может осуществляться как непосредственно от двигателя 13, так и через шестерни 20 23 или шестерню 24 и зубчатые венцы 25, выполненные на корпусах 14. Ось 6 вращения может состоять из двух полуосей 26. В этом случае вращение от двигателя передается на одну из полуосей 26 и далее через стержни 27 на вторую полуось или через шестерню 24 на зубчатые венцы 25 корпусов 14. На схемах возможных вариантов магнитных систем и схемах управления преобразователем показаны силовые линии 28 магнитной индукции и вектора 29 намагниченности материала сердечника.

В варианте конструкции магнитной системы по фиг. 39 использован дополнительный замыкающий магнитопровод 30.

Способ согласно изобретению реализуется следующим образом.

Предварительно экспериментальным путем или с помощью модельных расчетов определяют положение экстремумов напряженности магнитного поля в рабочей зоне магнитной системы. Геометрический центр 9 сердечника 3 (или геометрический центр каждого элемента сердечника в случае выполнения последнего составным) размещают в одном из максимумов, например в максимуме напряженности продольного относительно механической оси сердечника магнитного поля. Далее для осуществления перемещения исполнительного элемента 5 осуществляют относительное вращение сердечника и магнитной системы, обеспечивая, тем самым последовательное перемещение геометрического центра сердечника из одного экстремума напряженности в другой по замкнутому циклу.

Магнитомеханический преобразователь согласно изобретению работает следующим образом.

При включении электропитания двигатель 13 начинает вращаться и поворачивает ось 6 вращения со смонтированной на ней магнитной системой. В исходном положении магнитной системы напряженность магнитного поля ориентирована вдоль механической оси элементов сердечника 3 с положительной магнитострикцией