Способ преобразования энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения и устройство для его осуществления

Способ преобразования энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения и устройство для его осуществления

Реферат

 

Использование: в механизмах, предусматривающих относительное циклическое перемещение ведомых и ведущих звеньев (ЗВ) посредством магнитного взаимодействия между ними. В качестве ведомого ЗВ 3 используют магнитную систему с постоянными магнитами 5, 6, 59, 60, а в качестве ведущего ЗВ 2 - звено, включающее элементы 4, 62, 63 из магнитострикционного материала. Элементы 4, 62, 63 располагают в зоне магнитного поля упомянутой магнитной системы. В процессе работы устройства обеспечивают механическое нагружение элементов 4, 62, 63 ведущего ЗВ 2. Возможность относительного перемещения звеньев обеспечивают посредством изменения направления и/или величины вектора намагниченности материала упомянутых элементов 4, 62, 63 в процессе их механического нагружения. Относительное перемещение ЗВ 2 и ЗВ 3 реализуют в виде поступательного или вращательного движения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, уменьшении металлоемкости и повышении технологичности. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к области приборо-, машиностроения и измерительной техники и может быть использовано в машинах и механизмах различного назначения, предусматривающих относительное циклическое вращательное и/или поступательное перемещение ведомых и ведущих звеньев этих устройств посредством их энергетического взаимодействия между собой.

Например, может быть использовано в двигателях вращения, линейных двигателях, в вибрационных и позиционирующих устройствах различного назначения, а также в аппаратуре для измерения неэлектрических величин (массы тела, статических и динамических нагрузок, давления и т.п.) преимущественно больших значений.

Известен способ измерения больших усилий (основанный на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения), включающий квазиупругое нагружение ведущего звена (т.е. корпуса дифференциального индукционного датчика) и последующее трансформирование энергии упомянутого квазиупругого нагружения в электрическую энергию средств измерения (мостовой электрической схемы переменного тока), которая далее преобразуется в энергию перемещения (работу) измерительного указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену) соответствующего средства измерения.

Трансформирование энергии упомянутого квазиупругого нагружения в электрическую энергию средств измерения осуществляется через промежуточное преобразующее звено, в качестве которого используют электромагнитный преобразователь.

Известен дифференциальный индукционный датчик для реализации вышеописанного способа измерения больших усилий, включающий квазиупруго нагружаемое ведущее звено (в виде опорного элемента и корпуса датчика, взаимосвязанных один с другим с возможностью механического взаимодействия) и средство для трансформирования энергии квазиупругого нагружения ведущего звена в электрическую энергию средств измерения и далее в энергию перемещения (работу) измерительного указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену) соответствующего средства измерения.

Средство для трансформирования энергии в известном устройстве выполнено в виде электромагнитного преобразователя, включающего два сердечника с обмотками возбуждения, между которыми установлен (с возможностью возвратно-поступательного перемещения) якорь. Средства измерения выполнены в виде мостовой электрической схемы переменного тока (см. "Механизмы", справочное пособие под ред. чл.кор. АН УССР С.Н.Кожевникова, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 635-636, рис. 10.130).

К основным недостаткам известного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, поскольку измерения согласно этому способу можно производить только с использованием источников тока.

К основным недостаткам известного дифференциального индукционного датчика для реализации вышеописанного способа измерения больших усилий следует отнести сложность его конструкции и, как следствие, ограниченную надежность, регламентируемую большим количеством механических и электрических звеньев (а также связей между ними), совокупность которых обеспечивает промышленную применимость этого известного датчика.

Кроме того, известное устройство, реализующее вышеописанный способ измерения больших усилий (основанный на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения), обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку может быть использовано исключительно по своему прямому назначению и не может, например, выполнять функцию двигателя вращения или двигателя поступательного перемещения (линейного двигателя).

Известен способ измерения больших давлений (основанный на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения), включающий квазиупругое нагружение ведущего звена (т.е. системы корпус-мембрана дифференциального индукционного датчика) и последующее трансформирование энергии упомянутого квазиупругого нагружения в электрическую энергию средств измерения (электрической мостовой схемы), которая (т.е., электрическая энергия) далее преобразуется в энергию перемещения (работу) измерительного указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену) соответствующего средства измерения.

Трансформирование энергии упомянутого квазиупругого нагружения в электрическую энергию средств измерения осуществляют посредством промежуточного преобразующего звена, в качестве которого используют конденсатор с воздушным зазором между его пластинами.

Включенный в мостовую электрическую схему конденсатор нарушает равновесие измерительного моста при изменении (в процессе нагружения) воздушного зазора между пластинами конденсатора. О величине давления судят по величине силы тока в измерительной диагонали упомянутого моста, отражаемой на шкале соответствующего измерительного прибора посредством перемещения указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену).

Известен емкостный датчик для реализации вышеописанного способа измерения больших давлений, включающий квазиупруго нагружаемое ведущее звено (в виде системы: опорный элемент - корпус - мембрана датчика, взаимосвязанные между собой с возможностью механического взаимодействия) и средство для трансформирования энергии квазиупругого нагружения ведущего звена (системы: опорный элемент - корпус - мембрана датчика) в электрическую энергию средств измерения и далее в энергию перемещения (работу) измерительного указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену) соответствующего средства измерения.

Средство для трансформирования энергии в известном устройстве выполнено в виде емкостного преобразователя, т.е. конденсатора, пластины которого соединены с системой "опорный элемент - корпус - мембрана" таким образом, что при квазиупругом нагружении этой системы (ведущего звена) изменяется воздушный зазор между пластинами конденсатора.

Средства измерения выполнены в виде электрической мостовой схемы, посредством которой, как ранее указывалось, и обеспечивается возможность отражения прямых или косвенных результатов измерений по величине силы тока в измерительной диагонали упомянутого моста, отражаемых на шкале соответствующего измерительного прибора посредством перемещения указателя, например стрелки, эквивалентной ведомому звену (см. "Механизмы", справочное пособие под ред. чл.кор. АН УССР С.Н.Кожевникова, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 635-636, рис. 10.129).

К основным недостаткам данного известного способа измерения больших давлений, как и в ранее описанном случае, следует отнести ограниченные функциональные возможности ввиду обеспечения возможности измерения исключительно с использованием источников тока.

К основным недостаткам известного емкостного датчика для реализации вышеописанного способа измерения больших давлений следует отнести сложность его конструкции и, как следствие, ограниченную надежность, регламентируемую большим количеством механических и электрических звеньев (а также связей между ними), совокупность которых обеспечивает промышленную применимость этого известного датчика.

Кроме того, известное устройство, реализующее вышеописанный способ измерения больших давлений (основанный на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения), обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку может быть использовано исключительно по своему прямому назначению и не может, например, выполнять функцию двигателя вращения или двигателя поступательного перемещения (линейного двигателя).

Известны также способы измерения больших усилий (основанные на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения посредством магнитоупругих силоизмерителей), включающие квазиупругое нагружение ведущего звена (элемента из магнитоупругого материала) и последующее трансформирование энергии упомянутого квазиупругого нагружения в электрическую энергию средств измерения, которая (т.е. электрическая энергия) далее преобразуется в энергию перемещения (работу) измерительного указателя (например, стрелки, эквивалентной ведомому звену) соответствующего средства измерения (см. М.Н.Гуманюк, "Магнитоупругие силоизмерители", Киев, "Техника", стр. 35-65, 1981 г.).

К недостаткам данных известных технических решений можно также отнести практически все вышеописанные недостатки ранее приведенных способов измерения неэлектрических величин (основанных на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения) и устройств для реализации этих способов.

Известен способ преобразования энергии динамического нагружения ведущего звена (системы поршень-шатун) в энергию вращательного движения ведомого (коленчатого вала), согласно которому динамическое нагружение ведущего звена осуществляют вдоль плоскости, перпендикулярной оси вращения ведомого звена, а преобразование энергии динамического нагружения ведущего звена обеспечивают посредством его кинематического (механического) взаимодействия с ведомым звеном (т.е. кинематического взаимодействия головок шатунов с соответствующими шейками коленчатого вала).

Известно устройство для преобразования энергии динамического нагружения ведущего звена (т.е. системы поршень-шатун) в энергию вращательного движения ведомого звена (коленчатого вала), согласно которому упомянутое преобразование энергии осуществляется посредством кривошипно-ползунного механизма, образованного посредством кинематической связи шатунов ведущего звена с соответствующими кривошипами ведомого (т.е. с соответствующими шейками коленчатого вала).

При этом средство динамического нагружения ведущего звена (в качестве которого используется поршневой цилиндр со сжатой газовой смесью) расположено таким образом, что обеспечивает динамическое нагружение ведущего звена вдоль плоскости, перпендикулярной оси вращения ведомого звена, т.е. коленчатого вала (см. "Механизмы", справочное пособие под ред. чл.кор. АН УССР С.Н. Кожевникова, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 78, 81, рис. 2.77).

К основным недостаткам известного способа преобразования энергии динамического нагружения ведущего звена в энергию вращательного движения ведомого следует отнести возникновение в процессе эксплуатации динамических знакопеременных нагрузок как в кинематических парах ведомого и ведущего звеньев, так и в опасных сечениях ведомого звена (сопряжения шейки коленчатого вала со щекой) вследствие наличия механических связей между упомянутыми звеньями. А это влечет за собой ограничение эксплуатационных возможностей, в частности значительное ограничение по скорости вращения, которое, помимо всего прочего, лимитируется еще и сложностью динамической балансировки (уравновешивания) звеньев в процессе эксплуатации.

К основным недостаткам известного устройства, предназначенного для реализации вышеописанного способа преобразования энергии, следует отнести сложность его конструкции, высокую металлоемкость, низкие технологичность конструкции и надежность.

Последнее, т. е. низкая надежность, вызвано в первую очередь тем, что непосредственно конструктивные особенности известного устройства вызывают значительные знакопеременные динамические нагрузки в кинематических парах и опасных сечениях звеньев в процессе эксплуатации вследствие недостаточной уравновешенности всей системы звеньев в целом.

Кроме того, известное устройство, реализующее вышеописанный способ, основанный на преобразовании энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения, обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку может быть использовано исключительно по своему прямому назначению и не может, например, выполнять функцию измерителя неэлектрических величин (например, измерителя нагрузки преимущественно больших значений), функцию вибрационных или позиционирующих устройств различного назначения или функцию линейного двигателя.

В основу настоящего изобретения была положена задача создания такого способа преобразования энергии механического нагружения ведущего звена в энергию относительного циклического перемещения ведомого и ведущего звеньев, а также такого устройства для осуществления упомянутого способа, посредством которых обеспечивалась бы возможность указанного преобразования энергии при полном исключении механического и/или электромагнитного взаимодействия упомянутых звеньев между собой и соответственно обеспечивались бы повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей устройства для реализации патентуемого способа, вследствие упомянутого исключения механического и/или электромагнитного взаимодействия между звеньями этого устройства, при обеспечении его многофункциональности.

Решение поставленной задачи согласно изобретению достигается посредством того, что: - в отношении объекта изобретения "Способ": в способе преобразования энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения, согласно которому, по меньшей мере, однократно осуществляют механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена до заданной возможности обеспечения относительного перемещения ведомого и ведущего звеньев, а преобразование энергии механического нагружения ведущего звена в энергию циклического перемещения ведомого обеспечивают посредством их взаимосвязи, согласно изобретению взаимосвязь ведущего звена с ведомым осуществляют посредством магнитного взаимодействия путем использования в качестве ведомого звена магнитной системы с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, а в качестве ведущего звена - звено включающее, по меньшей мере, один элемент из магнитострикционного материала, который располагают в зоне магнитного поля упомянутой магнитной системы, при этом обеспечивают механическое нагружение того, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена, который выполнен из магнитострикционного материала, а возможность относительного перемещения ведомого и ведущего звеньев обеспечивают посредством изменения направления и/или величины вектора намагниченности, по меньшей мере, одного упомянутого элемента из магнитострикционного материала в процессе его механического нагружения нагрузкой заданной величины.

Возможно циклическое перемещение ведомого звена реализовывать в виде поступательного перемещения.

Возможно также циклическое перемещение ведомого звена реализовывать в виде вращательного перемещения.

Наиболее оптимально изменение направления и/или величины вектора намагниченности, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена осуществлять посредством нагрузки, приложенной в плоскости нагружения, которая ориентированна неперпендикулярно вектору намагниченности упомянутого элемента из магнитострикционного материала.

В ряде случаев целесообразно каждое последующее механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена до заданной величины нагрузки начинать осуществлять не ранее начала осуществления процесса снижения величины нагрузки от предыдущего механического нагружения этого элемента.

В одних случаях конкретной реализации целесообразно механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена осуществлять вдоль одной линии нагружения, а перед началом осуществления первого и каждого последующего механического нагружения этого элемента ведомое звено необходимо перемещать в одно из положений, при котором угол между упомянутой линией нагружения и направлением вектора намагниченности, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена в плоскости нагружения отличен от 0^o и углов, кратных 90^o.

В других случаях конкретной реализации целесообразно механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена осуществлять, например, последовательно вдоль двух непараллельных между собой линий нагружения, а перед началом осуществления процесса механического нагружения этого элемента вдоль любой из упомянутых линий нагружения ведомое звено необходимо перемещать в одно из положений, при котором угол между соответствующей линией (т.е. той линией, вдоль которой в данный момент предполагают осуществлять нагружение) нагружения и направлением вектора намагниченности, по меньшей мере, одного элемента их магнитострикционного материала ведущего звена в плоскости нагружения отличен от 0^o и углов, кратных 90^o.

В третьих случаях конкретной реализации целесообразно механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена осуществлять, например, последовательно вдоль, по меньшей мере, трех непараллельных между собой линий нагружения, которые повернуты одна относительно другой на близкие или равные по величине углы в плоскости нагружения.

- В отношении объекта "Устройство": в устройстве для преобразования энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения, включающем ведущее и ведомое звенья со средством преобразования энергии механического нагружения ведущего звена в энергию относительного циклического перемещения упомянутых звеньев, а также средство, по меньшей мере, однократного механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена, согласно изобретению ведомое звено выполнено в виде магнитной системы с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, ведущее звено включает, по меньшей мере, один элемент, выполненный из магнитострикционного материала, который расположен в зоне магнитного поля магнитной системы с возможностью обеспечения магнитной взаимосвязи между звеньями, которая функционально является средством преобразования энергии механического нагружения ведущего звена в энергию относительного циклического перемещения звеньев, а средство механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена расположено относительно этого звена с возможностью изменения в упомянутом, по меньшей мере, одном элементе из магнитострикционного материала ведущего звена направления и/или величины вектора намагниченности в процессе механического нагружения этого, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала.

В одних случаях ведомое звено может быть установлено с возможностью поступательного перемещения.

В других случаях ведомое звено может быть установлено с возможностью вращательного перемещения.

Целесообразно средство механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена располагать относительно этого звена с возможностью нагружения упомянутого элемента вдоль плоскости нагружения, расположенной неперпендикулярно по отношению к вектору намагниченности, по меньшей мере, одного упомянутого элемента из магнитострикционного материала ведущего звена.

В одних случаях конкретной реализации средство механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена может включать один нагружающий узел, который, в исходном положении ведомого и ведущего звеньев, расположен с возможностью нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена вдоль одной линии нагружения, ориентированной в плоскости нагружения под углом, отличным от 0^o и от углов, кратных 90^o по отношению к вектору намагниченности упомянутого, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена, а также должно быть снабжено средством перемещения ведомого звена, перед каждым повторным механическим нагружением ведущего, в положение, эквивалентное исходному (т.е. в положение, из которого гарантированно обеспечивается возможность относительного перемещения упомянутых звеньев в случае приложения механической нагрузки к, по меньшей мере, одному элементу из магнитострикционного материала ведущего звена, согласно изобретению).

В других случаях конкретной реализации средство механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена может включать два нагружающих узла, которые расположены один относительно другого таким образом, что линии приложения механической нагрузки расположены в плоскости нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена непараллельно друг другу, при этом каждый из нагружающих узлов в исходном положении ведомого и ведущего звеньев расположен с возможностью нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена вдоль линии нагружения, ориентированной в плоскости нагружения под углом, отличным от 0^o и углов, кратных 90^o по отношению к вектору намагниченности упомянутого, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена, и также должно быть снабжено средством перемещения ведомого звена, перед каждым повторным механическим нагружением ведущего, в положение, эквивалентное исходному.

В третьих случаях конкретной реализации средство механического нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена включает, по меньшей мере, три нагружающих узла, которые расположены один относительно другого таким образом, что линии приложения механической нагрузки расположены в плоскости нагружения, по меньшей мере, одного элемента из магнитострикционного материала ведущего звена непараллельно друг другу и смещены одна относительно другой на близкие или равные углы.

Оптимально средство механического нагружения ведущего звена снабжать источником тока, а нагружающие узлы при этом выполнять в виде, по меньшей мере, одного пакета пьезоэлементов (пьезостолба), электрически соединенных с источником тока с возможностью циклического и/или поочередного их подключения к упомянутому источнику тока.

Проведенный анализ уровня техники (как в отношении объекта изобретения "устройство", так и в отношении объекта изобретения "способ"), включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных объектов изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленных объектов изобретения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленных объектах изобретения, изложенных в основных пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ был проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленных объектов изобретения, результаты которого показывают, что заявленные объекты изобретения не следуют для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленных объектов изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, заявленными объектами изобретения не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа (как в отношении объекта изобретения "способ", так и в отношении объекта изобретения "устройство"): - дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединенным к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения; - замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; - исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом известного (из уровня техники) для такого исключения результата; - увеличение количества однотипных признаков в патентуемом объекте изобретения по отношению к известному для усиления технического результата, обусловленного наличием в известных (из уровня техники) объектах именно таких признаков; - выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; - создание объекта, включающего в себя известные (из уровня техники) признаки, выбор которых и связи между которыми осуществлены на основании известных (из уровня техники) правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами известных (из уровня техники) признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ по действующему законодательству.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных объектов изобретения следующей совокупности условий: - промышленные объекты, практически воплощающие заявленные технические решения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в области приборо-, машиностроения и измерительной техники; - для заявленных объектов изобретения (в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы изобретения) подтверждена возможность их практического осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных на дату приоритета средств и методов; - объекты, воплощающие заявленные изобретения при их промышленном осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленные объекты изобретения соответствуют требованию критерия патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ по действующему законодательству.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - принципиальная схема устройства для реализации патентуемого способа.

Фиг. 2 - фиг. 7 - принципиальные схемы возможной реализации способа согласно изобретению при различных направлениях механического нагружения ведущего звена (т.е. графическая иллюстрация последовательности динамического нагружения ведущего звена в пределах одного полного (замкнутого) цикла нагружения и угловое положение ведомого звена при последовательном нагружении ведущего звена вдоль каждой из трех обозначенных линий нагружения).

Фиг. 8 - общая схема устройства (выполненного в виде двигателя вращения) для реализации патентуемого способа с тремя парами нагружающих узлов в виде пакетов пьезоэлементов (пьезостолбов), электрически соединенных с (условно не показанным) источником тока.

Фиг. 9 - разрез по А-А на фиг. 8.

Фиг. 10 - общая схема устройства в статическом состоянии (выполненного в виде измерителя неэлектрических величин, в частности нагрузки) для реализации патентуемого способа, в котором нагружение ведущего звена осуществляется непосредственно под действием нагрузки со стороны контролируемого объекта измерения.

Фиг. 11 - разрез по Б-Б на фиг. 10.

Фиг. 12 - вид В по фиг. 10.

Фиг. 13 - общая схема устройства (выполненного в виде вибрационного или позиционирующего устройства) для реализации патентуемого способа, в котором перемещение ведомого звена осуществляется возвратно-поступательно (исходное положение, то есть положение, согласно которому ведущее звено находится в ненагруженном состоянии).

Фиг. 14 - общая схема устройства по фиг. 13, на которой положение ведомого звена устройства показано после приложения нагрузки к ведущему звену.

Фиг. 15 - общая схема устройства (выполненного в виде линейного двигателя) для реализации патентуемого способа, в котором перемещение ведомого звена осуществляется возвратно-поступательно (исходное положение, то есть положение, согласно которому ведущее звено находится в ненагруженном сосредоточенной нагрузкой состоянии).

Фиг. 16 - сечение Г-Г по фиг. 15.

Фиг. 17 - разрез по Д-Д на фиг. 15 при положении ведомого звена устройства после приложения сосредоточенной нагрузки к соответствующему участку (участкам) ведущего звена.

Фиг. 18 - схема намагниченности участка ведущего звена (расположенного в зоне ведомого звена по фиг. 15) до начала его нагружения сосредоточенной нагрузкой посредством нагружающего узла.

Фиг. 19 - схема намагниченности участка ведущего звена (расположенного в зоне ведомого звена согласно фиг. 15) после его нагружения сосредоточенной нагрузкой посредством нагружающего узла.

Фиг. 20 - другая общая схема устройства (выполненного в виде линейного двигателя) для реализации патентуемого способа, в котором возвратно-поступательно перемещается ведущее звено, а ведомое звено установлено неподвижно относительно корпуса (исходное положение, то есть положение, согласно которому ведущее звено находится в ненагруженном сосредоточенной нагрузкой "P" состоянии).

Фиг. 21 - сечение Е-Е по фиг. 20.

Фиг. 22 - то же, что и на фиг. 20, но положение ведущего звена устройства показано после приложения сосредоточенной нагрузки "P" к соответствующему участку (элементу из магнитострикционного материала) ведущего звена (т.е. нагрузка "P" приложена в соответствии с фрагментом "Д" по фиг. 23).

Фиг. 23 - стилизовано показан последовательный цикл приложения сосредоточенной нагрузки "P" к соответствующим элементам из магнитострикционного материала ведущего звена, который обеспечивает поступательное перемещение этого звена в направлении стрелки "S", а также схемы намагниченности магнитострикционных элементов ведущего звена вследствие их нагружения сосредоточенной нагрузкой посредством нагружающего узла по заданному последовательному циклу нагружения.

Для более полного понимания сущности заявленного изобретения целесообразно раскрыть в общем виде физические процессы (явления), происходящие в магнитострикционном материале (в данном случае - ведущего звена) под воздействием механических упругих деформаций этого материала, в частности явление магнитной упругости.

Во-первых, явление магнитной упругости состоит в изменении намагниченности (как по величине, так и по направлению) магнитострикционного материала под воздействием механических упругих деформаций.

Магнитная упругость иногда называется обратным магнитострикционным эффектом в отличие от прямого магнитострикционного эффекта, состоящего в возникновении механических деформаций или напряжений в упомянутом материале при изменении величины напряженности магнитного поля, воздействующего на этот материал.

Магнитная упругость характерна для материалов, обладающих магнитострикционными свойствами.

Во-вторых, в применяемых в технике устройствах, реализующих свои функции посредством использования в них элементов с магнитоупругими свойствами, магнитострикционные материалы используются при напряженностях магнитного поля, далеких от технического насыщения, и при величинах механических напряжений, значительно меньших предела упругости материала.

В этих условиях все изменения в состоянии магнитного материала определяются главным образом процессами обратимых смещений границ между соседними доменами с различной ориентацией векторов самопроизвольной намагниченности и поглощения одних доменов другими.

Общие свойства магнитных материалов в области слабых полей с учетом упругого воздействия в настоящее время достаточно хорошо исследованы. В соответствии с этими исследованиями в области слабых магнитных полей или при малых изменениях величины намагничивающего поля процесс намагничивания осуществляется путем обратимых смещений границ между соседними доменами с различной ориентацией векторов самопроизвольной намагниченности.

Аналогичные процессы имеют место и при наложении на магнитострикционный материал (например, с гигантской магнитострикцией) упругих напряжений.

Расположения границ между доменами определяются из условия минимума поверхностной энергии этих границ, магнитоупругой энергии доменов и энергии внутренних полей рассеяния.

В упомянутых исследованиях показано, что для гомогенных, т.е. однородных, не имеющих включений, материалов процесс смещения границ практически полностью определяется локальными изменениями плотности свободной и граничной энергий. В силу четности характера эффекта механических напряжений он не вызывает смещения 180-градуснных границ доменов. Изменение объема некоторого домена происходит лишь за счет его 90-градуснных границ с соседними доменами (см. М. Н. Гуманюк, "Магнитоупругие силоизмерители", Киев, изд. "Техника", стр. 7-8, 1981 г.).

С учетом вышеизложенного способ преобразования энергии механического нагружения в энергию циклического перемещения согласно изобретению состоит в следующем.

Согласно упомянутому способу, по меньшей мере, однократно осуществляют механическое нагружение, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена до заданной величины нагрузки. Эта заданная величина нагрузки является расчетной величиной, которую выбирают (рассчитывают) исходя из условия возможности обеспечения относительного перемещения звеньев (например, ведомого звена относительно неподвижного ведущего звена) в процессе механического нагружения упомянутого, по меньшей мере, одного элемента ведущего звена нагрузкой этой заданной величины.

Например, в случае необходимости задания ведомому звену перемещения в виде вращательного движения эту заданную величину нагрузки выбирают (рассчитывают) исходя из условия возможности возникновения на ведомом звене крутящего момента такой величины, которая превышает величину реактивного момента со стороны ведомого звена.

Преобразование энергии механического нагружения ведущего звена в энергию относительного циклического перемещения ведомого и ведущего звеньев осуществляют посредством обеспечения между звеньями магнитного взаимодействия.

Для этого используют в качестве ведомого звена магнитную систему с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, а в качестве ведущего звена звено, включающее, по меньшей мере, один элемент, выполненный из магнитострикционного материала. Упомянутый, по меньшей мере, один элемент из магнитострикционного материала ведущего звена располагают в зоне магнитного поля упомянутой магнитной системы.

При этом обеспечивают механическ