Магнитомеханический преобразователь и способ управления им

Магнитомеханический преобразователь и способ управления им

Реферат

 

Использование: в электротехнике и в средствах автоматике 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. 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 установлен с возможностью относительного возвратно-поступательного плоско-параллельного перемещения по отношению к источнику магнитного поля. Управление магнитомеханическим преобразователем осуществляется за счет изменения магнитного потока в сердечнике при перемещении его геометрического центра, например, из зоны магнитной системы, соответствующей максимуму напряженности магнитного поля этой системы, в зону ближайшего узла напряженности этого поля в преобразователе в процессе реализации заявленного способа управления при изменении координаты толкателя потребляемая мощность соответствует мощности двигателя, обеспечивающего относительное возвратно-поступательное плоско-параллельное перемещение сердечника. При поддерживании координаты толкателя в заданном положении 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 и сердечника, предназначенные для соответствующих схем управления. 2 с. и 25 з.п. ф-лы, 71 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.

Известен магнитомеханические преобразователь, содержащий обмотку возбуждения и магнитострикционный сердечник, выполненный из соединения редкоземельный металл железо (см. "Исследование высокомагнитострикционных материалов на основе РЭМ", ответ физического факультета МГУ, тема 46/75, публик. 1977г. стр.3).

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.

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, расположенной 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 данном известном устройстве ориентирована в направлении продольной оси сердечника (см. Авторское свидетельство СССР N 765913, кл. H 01 L 41/12, 1980 г.) прототип.

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 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. Вышеизложенное является причиной увеличения массогабаритных показателей устройства в целом и не позволяет обеспечить достаточную точность при использовании магнитомеханических преобразователей в системах прецизионного позиционирования.

Основной технической задачей настоящего изобретения является снижение энергоемкости и массогабаритных показателей магнитомеханического преобразователя при одновременном увеличении диапазона изменения линейных размеров сердечника.

Решение поставленной задачи достигается тем, что: в отношении объекта "УСТРОЙСТВО": в магнитомеханическом преобразователе, содержащем магнитную систему с источником магнитного поля и сердечник из магнитострикционного материала, с проходящей через его геометрический центр "Механической" осью, расположенный с зазором относительно источника магнитного поля, и состоящий, по меньшей мере, из одного элемента, а также исполнительный элемент, связанный с сердечником с возможностью перемещения, 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 источник магнитного поля магнитной системы установлены с возможностью циклического перемещения по отношению один к другому в пределах зоны магнитного поля магнитной системы.

Сердечник и источник магнитного поля магнитной системы могут быть установлены с возможностью возвратно-поступательного плоско-параллельного перемещения.

Зона расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении преимущественно должна быть совмещена с одной из зон магнитной системы, соответствующей экстремуму 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, в этом случае источник магнитного поля устанавливается на последнем.

Магнитная система может быть выполнена зеркально симметричной относительно плоскости, проходящей через "механическую" ось сердечника параллельно вектору напряженности поля в зоне, соответствующей исходному рабочему положению геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника.

Магнитная система может быть выполнена замкнутой по контуру в плоскости, перпендикулярной "механической" оси сердечника.

Источник магнитного поля может быть выполнен в виде группы постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости так, что вектора намагниченности смежных магнитов ориентированы в противоположных направлениях.

При выполнении магнитной системы зеркально-симметричной, а также при выполнении магнитной замкнутой по контуру, источник магнитного поля может быть выполнен в виде нескольких групп постоянных магнитов, которые в группах расположены в одной плоскости так, что вектора намагниченности смежных магнитов в каждой группе, ориентированы в противоположных направлениях, а каждая последующая группа повернута относительно предыдущей на угол от 0^o до 180^oC вокруг "механической" оси сердечника.

Оптимально четные элементы сердечника выполнять из материала с положительной или отрицательной, а нечетные с отрицательной или положительной, соответственно, марнитострикцией, при этом между, по меньшей мере, двумя магнитострикционными элементами сердечника можно располагать элемент с магнитострикцией, абсолютная величина которой, по крайней мере, на порядок меньше абсолютной величины магнитострикции любого из смежных с ним магнитострикционных элементов.

Целесообразно упомянутый элемент выполнять из материала с модулем упругости не меньшим по величине модуля упругости любого магнитострикционного элемента сердечника.

Шаг расположения геометрических центров элементов сердечника целесообразно выбирать кратным или равным шагу расположения зон экстремумов напряженности магнитного поля магнитной системы.

Элементы сердечника оптимально выполнять из сплавов с гигантской магнитострикцией, например, из сплавов TbFe² и/или SmFe².

"Механическая" ось сердечника может быть расположена 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.

"Механическая" ось сердечника может быть также расположена перпендикулярно к оси легчайшего намагничивания материала сердечника и к вектору напряженности магнитного поля в точке расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении.

При выполнении сердечника вытянутой формы, "механическую" ось сердечника целесообразно совмещать с продольной осью последнего.

В ряде случае оптимально, чтобы отношение геометрического размера сердечника в направлении его "механической" оси к геометрическому размеру в направлении перпендикулярном к упомянутой оси было не больше единицы.

Сердечник может быть выполнен в виде цилиндра или параллелепипеда.

Оптимально, чтобы направление вектора напряженности магнитного поля магнитной системы в максимуме напряженности этого поля, соответствующем исходному рабочему положению геометрического центра сердечника, совпадало с направлением между двумя ближайшими максимумами напряженности продольного и поперечного относительно "механической" оси сердечника магнитного поля этой магнитной системы.

В отношении объекта "СПОСОБ": в способе управления магнитомеханическим преобразователем с магнитной системой, включающей источник магнитного поля, и сердечником из магнитострикционного материала, состоящим, по меньшей мере, из одного элемента, заключающемся в изменении магнитного поля в сердечнике, согласно изобретения, изменение магнитного потока в сердечнике осуществляют посредством относительного циклического перемещения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника из зоны магнитной системы, соответствующей экстремуму напряженности магнитного поля этой системы, в соседнюю зону, величина напряженности и/или направление вектора напряженности магнитного поля в которой отличны от величины напряженности и/или направления вектора напряженности в зоне расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении.

Магнитный поток в сердечнике можно изменять посредством возвратно-поступательного плоско-параллельного перемещения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника.

При этом, перемещение геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника можно осуществлять из зоны магнитной системы, соответствующей максимуму напряженности магнитного поля этой системы, в зону, с напряженность по крайней мере на порядок меньшей по отношению к напряженности магнитного поля в зоне расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении.

Кроме того, перемещение геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника можно также осуществлять из зоны магнитной системы, соответствующей экстремуму напряженности продольного относительно "механический" оси сердечника магнитного поля этой системы, в зону, соответствующую ближайшему экстремуму напряженности поперечного относительно той же оси магнитного поля магнитной системы.

Помимо того, перемещение геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника можно осуществлять из зоны магнитной системы, соответствующей экстремуму напряженности магнитного поля этой системы, в зону, прилегающую к точке, в которой проекции векторов напряженности магнитного поля на направление вектора напряженности в зоне расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении имеют минимальную величину.

На фиг. 1 показан вариант выполнения магнитомеханического преобразователя горизонтального перемещения, у которого направление относительного перемещения сердечника параллельно направлению перемещения исполнительного элемента (т.е. параллельно "механической" оси сердечника), продольный разрез.

На фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 показан вариант выполнения магнитомеханического преобразователя вертикального перемещения, у которого направление относительного перемещения сердечника перпендикулярно направлению перемещения исполнительного элемента (т. е. перпендикулярно "механической" оси сердечника), продольный разрез.

На фиг. 4 разрез Б-Б по фиг. 3.

На фиг. 5 показан вариант выполнения магнитомеханического преобразователя горизонтального перемещения, у которого направление относительного перемещения сердечника расположено под острым углом к направлению перемещения исполнительного элемента (т.е. под острым углом к "механической" оси сердечника), продольный разрез.

На фиг. 6 разрез по В-В на фиг. 5.

На фиг. 7 показан вариант выполнения магнитомеханического преобразователя вертикального перемещения, у которого направление относительного перемещения сердечника расположено под острым углом к направлению перемещения исполнительного элемента (т.е. под острым углом к "механической" оси сердечника), продольный разрез.

На фиг. 8 разрез по Г-Г на фиг. 7.

На фиг. 9 приведена схема магнитной системы, выполненной из плоского постоянного магнита с конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 10 приведена схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух плоских постоянных магнитов с конгруентными магнитопроводами.

На фиг. 11 и 12 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предлагающая 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. 9 и 10 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в "узел" напряженности, т.е. в зону, прилегающую к точке, в которой проекции векторов напряженности магнитного поля на направление вектора напряженности в зоне расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении имеют минимальную величину.

На фиг. 13 и 14 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предлагающая 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. 9 и 10 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в "узел" напряженности.

На фиг. 15 и 16 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предлагающая 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. 9 и 10 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в положение, соответствующее максимум напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 17 и 18 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предполагающая предварительное перемещение геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в максимуме напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля магнитной системы по фиг. 9 и 10 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное возвратно-поступательное перемещение сердечника в положение, соответствующее максимуму напряженности продольного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 19 приведен вариант выполнения замкнутой по контуру схемы зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из плоских постоянных магнитов с конгруентными магнитопроводами (продольный разрез).

На фиг. 20 вид Д по фиг. 19.

На фиг. 21 и 22 приведена 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. 19 и 20 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в "узел" напряженности магнитного поля.

На фиг. 23 приведена схема магнитной системы, выполненной из двух плоских постоянных магнитов, расположенных в одной плоскости, с конгруентным магнитопроводом, причем вектора намагниченности каждого из постоянных магнитов ориентированы в противоположных направлениях.

На фиг. 24 приведена схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух пар плоских постоянных магнитов с конгруентными магнитопроводами, причем вектора намагниченности смежных магнитов в каждый из пар и оппозитно расположенных магнитов ориентированы в противоположных направлениях.

На фиг. 25 и 26 приведена 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.23 или 24 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в узел напряженности магнитного поля.

На фиг. 27 и 28 приведена 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. 23 или 24 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника в "узел" напряженности магнитного поля.

На фиг. 29 и 30 приведена 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.23 или 24 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в положение, соответствующее максимуму напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 31 и 32 приведена 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. 23 или 24 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в положение соответствующее максимуму напряженности продольного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 33 приведен вариант замкнутой схемы зеркально-симметричной магнитной системы в соотношении с фиг. 19 и 20 для случая замены каждого из магнитов парой магнитов, причем вектора намагниченности в каждой из пар постоянных магнитов ориентированы в противоположных направлениях (продольный разрез).

На фиг. 34 вид Е по фиг. 33.

На фиг. 35 и 38 приведена 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. 33 и 34 и предусматривающая последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в "узел" напряженности.

На фиг. 37 приведена схема магнитной системы, выполненной из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 38 приведена схема зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух групп, состоящих из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 39 и 40 приведена 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. 37 или 38 и последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 41 и 42 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающая 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. 37 или 38 и последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности продольного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 43 приведен второй вариант схемы магнитной системы, выполненной из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 44 приведен второй вариант схемы зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух групп, состоящих из трех постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 45 и 46 приведена 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. 43 или 44 и последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 47 и 48 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающая 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. 43 или 44 и последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности продольного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 49 приведен третий вариант схемы магнитной системы, выполненной из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом.

На фиг. 50 приведен вариант схемы частично зеркально-симметричной магнитной системы, выполненной из двух групп, состоящих из трех плоских постоянных магнитов с общим конгруентным магнитопроводом На фиг. 51 и 52 приведена 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. 49 или 50 и последующее относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение упомянутого геометрического центра в максимум напряженности поперечного по отношению к "механической" оси сердечника магнитного поля.

На фиг. 53 приведена схема симметричной замкнутой по контуру магнитной системы, выполненной в виде полого цилиндрического постоянного магнита без магнитопровода.

На фиг. 54 и 55 приведена схема управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающая относительное плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника и 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. 53.

На фиг. 56 и 57 приведены варианты схем магнитных систем, выполненных из одного или двух зеркально-симметрично расположенных, соответственно, постоянных магнитов вытянутой формы без магнитопроводов.

На фиг. 58, 59 и 60, 61 приведены схемы управления магнитомеханическим преобразователем, предусматривающие относительно плоско-параллельное, возвратно-поступательное перемещение сердечника и предполагающие предварительное размещение геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в максимуме напряженности продольного по отношению с "механической" оси сердечника магнитного поля магнитных систем по фиг. 56 и 57 соответственно.

На фиг. 62 и 63, 64 и 65, 66 и 67 приведены схемы управления магнитомеханическим преобразователем с вариантами магнитных систем по фиг. 23 или 24, предусматривающие, во-первых, выполнение сердечника в виде двух, трех или четырех элементов из материалов с чередующейся по знаку магнитострикцией (т. е. по схеме положительная отрицательная положительная или отрицательная положительная отрицательная), а во-вторых, предварительное размещение геометрических центров одновременно всех элементов сердечника в последовательно расположенных "узлах" и максимумах напряженности продольного (относительно "механической" оси сердечника) магнитного поля и дальнейшее перемещение упомянутых геометрических центров в соседние, соответственно, максимумы и "узлы" напряженности этого поля.

На фиг. 68, 69 и 70, 71 приведены схемы управления магнитомеханическим преобразователем с вариантами магнитных систем по фиг. 43, 44 и 49, 50, соответственно, в которых сердечник выполнен составным из трех последовательно расположенных вдоль "механической" оси элементов из материалов с положительной, "нулевой" (т.е. по крайней мере, на порядок меньшей по абсолютному значению в сравнении со смежными элементами) и отрицательной магнитострикцией, предполагающие предварительное размещение геометрических центров элементов сердечника с положительной и отрицательной магнитострикцией в максимумах напряженности, соответственно, продольного и поперечного (относительно "механической" оси сердечника) магнитных полей упомянутых выше магнитных систем, и предусматривающие последующее относительное плоско-параллельное возвратнопоступательное перемещение геометрических центров элементов с положительной и отрицательной магнитострикцией, соответственно, в максимум напряженности поперечного (относительно ранее указанной оси) магнитного поля и в зону с напряженностью, отличающейся не менее чем на порядок по отношению к напряженности магнитного поля в зоне расположения геометрического центра, по меньшей мере, одного элемента сердечника в исходном рабочем положении.

Элементы с "нулевой" магнитострикцией согласно этим схемам выполнены из материала с модулем упругости не меньшим по величине модуля упругости любого магнитостриционного элемента сердечника.

Магнитомеханический преобразователь (см. фиг. 1, 2, или 3, 4, или 5, 6 или 7, 8) 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, с возможностью возвратно-поступательного плоско-параллельного перемещения относительно магнитной системы посредством механизма перемещения, и исполнительный элемент в виде толкателя 5. Источник магнитного поля, согласно указанным фигурам, выполнен в виде двух оппозитно расположенных групп постоянных магнитов 2, по одной паре в каждой группе. Вектора 6 намагниченности постоянных магнитов 2 в каждой отдельно взятой группе, а также оппозитно расположенных магнитов 2 в противолежащих группа ориентированы в противоположных направлениях. В конкретных описываемых вариантах исполнения магнитная система выполнена зеркально-симметричной относительно плоскости, проходящей через "механическую" ось 7 сердечника 3 (т.е. ось, совпадающую с направлением рабочего перемещения толкателя 5 и проходящую через геометрический центр 8 сердечника 3) параллельно вектору напряженности магнитного поля в зоне, соответствующей исходному рабочему положению геометрического центра 8 сердечника 3. В случае выполнения сердечника вытянутой формы, его "механическую" ось целесообразно совместить с продольной осью сердечника, а последнюю расположить (при изготовлении сердечника) вдоль или поперек оси легчайшего намагничивания материала сердечника.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 сердечник 3 расположен в исходном рабочем положении, т.е. его геометрический центр расположен в зоне максимума напряженности продольного по отношению к "механической" оси 7 (см. фиг. 1, 2, 5, 6) или поперечного относительно той же оси (см. фиг. 3, 4, 7, 8) магнитного поля магнитной системы. Сердечник 3 связан с толкателем 5 с возможностью перемещения последнего относительно корпуса 9 преобразователя, при этом сердечник зафиксирован одним концом относительно корпуса 9, а толкатель 5 подпружинен относительно корпуса посредством упругого элемента 10. Магнитная система смонтирована в корпусе-скобе 11, которая кинематически связана с механизмом перемещения. Последний включает в себя закрепленную в стенках корпуса 9 направляющую 12 и ходовой микровинт 13, установленный в корпусе с возможностью вращения посредством двигателя 14 и кинематически связанный посредством ходовой резьбы с корпусом-скобой 11.

В ряде случаев для увеличения диапазона изменения линейных размеров, сердечник (см. фиг. 62 67) выполняют из нескольких элементов 15, 16 из материалов с чередующейся по знаку магнитострикцией. Кроме того, между элементами 15, 16 с различной (положительной или отрицательной) магнитострикцией может быть расположен элемент 17 с "нулевой" магнитострикцией (фиг. 68 71) и модулем упругости не меньшим модуля упругости магнитострикционных элементов сердечника.

Элементы сердечника с положительной и отрицательной магнитострикцией размещают в экстремумах и "узлах" магнитного поля соответственно (фиг. 62, 64, 66). При этом в исходном состоянии составной сердечник имеет свою максимальную длину. При перемещении сердечника его элементы перемещаются из "улов" в экстремумы и из экстремумов в "узы" соответственно (фиг. 63, 65, 67), и при этом в конечном состоянии элементы с положительной магнитострикцией оказываются в "узлах" а с отрицательной в экстремумах, т.е. каждый элемент укорачивается, поэтому сердечник в конечном положении имеет свою минимальную длину.

На фиг. 68, 70 элементы сердечника с положительной и отрицательной магнитострикцией размещены в максимумах продольного и поперечного относительно "механической" оси сердечника магнитного поля. Между ними расположен элемент из материала с модулем упругости, не меньшим, чем у любого элемента сердечника, предназначенный для передачи перемещения толкателю. Каждый элемент сердечника имеет свою максимальную длину в исходном положении. При перемещении сердечника элемент с положительной магнитострикцией перемещается в максимум напряженности поперечного поля, а элемент с отрицательной магнитострикцией в область с малой (нулевой) напряженностью магнитного поля (фиг. 69, 71). В результате весь сердечник укорачивается, т.к. магнитосрикционные элементы уменьшают свою длину.

В любом варианте конструкции "механическую" ось 7 сердечника 3 ориентируют (в процессе изготовления) параллельно или перпендикулярно относительно оси легчайшего намагничивания сердечника, а последнюю всегда параллельно относительно направления вектора напряженности магнитного поля в экстремуме, соответствующем исходному рабочему положению геометрического центра сердечника 3. Силовые лини 18 магнитной индукции и векторы 19 намагниченности материала сердечника обозначены на чертежах стрелками.

Способ согласно настоящему изобретению реализуется следующим образом. Предварительно, экспериментальным путем или с помощью модельных расчетов определяют положение экстремумов и "узлов" напряженности магнитного поля в рабочей зоне магнитной системы. Геометрический центр 8 сердечника 3 (или геометрический центр каждого элемента сердечника, в случае выполнения последнего составным) размещают в одном из экстремумов, например, для схемы управления по фиг. 25, 2, в максимуме напряженности продольного, относительно "механической" оси сердечника удлиненной формы, магнитного поля магнитных систем по фиг. 23 или 24, соответствующих конструктивному выполнению преобразователя по фиг. 1, 2. Далее, для осуществления прецизионного перемещения исполнительного элемента геометрический центр сердечника перемещают в узел напряженности (см. фиг. 26) магнитного поля. Для схем управления, например, по фиг. 29, 30 перемещение геометрического центра сердечника осуществляют в зону максимума поперечного, относительно "механической" оси сердечника удлиненной формы, магнитного поля магнитной системы по фиг. 23 или 24 (соответствующей конструктивному выполнению преобразователя по фиг. 5, 6). При реализации способа по любой из вышеописанных схем направление перемещения исполнительного элемента (толкателя 5) совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля в зоне, соовтетствующей исходному рабочему положению геометрического центра сердечника. Для конструктивных вариантов по фиг. 3, 4 и 7, 8 направление перемещения толкателя перпендикулярно направлению вектора напряженности в зоне, соответствующей расположению геометрического центра сердечника в исходном рабочем положении. Во всех описанных вариантах ось легчайшего намагничивания сердечника целесообразно располагать параллельно вектору напряженности магнит