Магнитострикционный шаговый двигатель угловых перемещений

(51) Т ОЮЗ СО 8 ЕТСКИХОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Михайлов О.П. "Теория и расчетмагнитострикционных устройств авто"матизации станков"диссертация насоискание ученой степени д,т.н. Москва, 1974, с. 300-346,Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3238157/18-25,кл, Н 01 1, 41/12, Н 02 И 11/00, 981,(54)(57) ИАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙДВИГАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕНЕЦЕНИЙ, со"держащий основание, закрепленный наосновании цилиндрический. замыкающийкожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого жестко связан с кожухом, а Изобретение относится к области электротехники, более конкретно к магнитострикционным устройствам малых угловых перемещений, и может быть использовано как исполнительный элемент различных устройств и систем в станкостроении, оптикомеханической промышленности и в других областях техники, где необходимо осуществлять точные угловые шаговые микроперемеще" ния.Известен магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, полый цилиндрический магнитострикци 5 Ц 1 О 91792 А 1 другой сопряжен с одним из торцовфланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному зле:менту, зажим, установленный на. основании с возможностью Фиксации углового положения вала, обмотки продольного и циркулярного намагничивания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродей-.ствия, точности и нагрузочной способности, замыкающий кожух выполнен изматериала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чему материала магнитострикционного элемента, и жестко связан с основаниемсо стороны крепления магнитострикционного элемента, причем свободныйторец кожуха сопряжен с другим торцом фланца выходного вала, а обмотка циркулярного намагничивания охватывает кожух и магнитострикционныйэлемент. онный элемент, обмотки продольного циркулярного намагничивания, замыкающий кожух, два электромагнитных зажима, контактный узел.Недостатком известного двигателя является наличие линейных перемещений выходного конца магнитострикционного элемента, что приводит к снижению точности выполнения перемещений устройством, в котором используется данный привод.Кроме того, применение двух электромагнитных зажимов снижает быстродействие привода, а необходимость использования контактного узла уменьшает надежность работы устройства.Известен также магнитострикционный шаговый двигатель угловых перемещений, содержащич основание, закрепленный на основании замыкающий кожух,полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которогосвязан с кожухом, а другой сопряженс одним из торцов Фланца выходноговала, расположенного соосно магнитострикционному элементу, зажим, уста"новленный на основании с возможностью Фиксации углового положения вала, обмотки продольного и циркулярного намагничивания.В известном двигателе для устранения линейных перемещений имеется упорный подшипник, установленный на торце щвала, либо на торце Фланца вала.В данном устройстве отсутствуютлинейные перемещения выходного конца,однако его слабым местом является наличие упорного подшипника, Трение и 25люФты в подшипниковом узле снижаютбыстродействие и точность работы двигателя. Недостаточна также нагрузоч ная способность, что отрицательносказывается на точности осуществления 3 Омикроперемещений при больших нагрузках и ограничивает область применения двигателя.Целью изобретения является повышение эФФективности работы двигателя за З 5счет повышения точности, быстродействия и нагрузочной способности устройства.Поставленная цель достигается тем,что замыкающий кожух выполнен из ма"териала с коэФФициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элементаи жестко связан с основанием со сто"роны крепления магнитострикциьнного 45элемента, причем свободный торец ко"жуха сопряжен с другим торцом Фланцавыходного вала, а обмотка циркулярного намагничивания при этом охватыва"ет кожух и магнитострикционный эле"мент,Это позволяет использовать кожухсовместно с магнитострикционным элементом для Фиксации вала при подаченапряжения на обмотку продольногонамагничивания и для поворота валапри подаче напряжения на .обмотку цир"кулярного намагничивания, Таким образом отпадает необходимость в уста" новке упорного подшипника, за счет чего повышаются быстродействие, точность и надежность работы устройства. Возрастает нагрузочная способность, так как увеличивается сила Фиксации вала, а вращающий момент создается, кроме того, и кожухом устройства,На Фиг.1 схематично изображен предлагаемый двигатель, магнитострик" ционный элемент которого выполнен из материала с положительным коэФФициентом магнитострикции, а кожух - из материала с отрицательным коэФФициентлм магнитострикции, разрез; на фиг.2 - вариант исполнения двигателя, магнитострикционный элемент которого выполнен из материала с отрицательным коэФФициентом магнитострикции, а кожух - из материала с поло-. жительным коэФФициентом магнитострикции.Магнитострикционный шаговый двигатель содержит основание 1, полый цилиндрический магнитострикционный элемент 2, обмотку продольного намагничивания 3, закрепленную в кожухе 4, который жестко закреплен на основании 1, а также жестко связан с магнитострикционным элементом 2, Обмотка циркулярного намагничивания 5 охватывает кожух 4 и магнитострикционный элемент 2. Выходной вал 6, выполненный с Фланцем, установлен соосно магнитострикционному элементу 2 и кожуху 4 с возможностью Фрикционной связи с ними. Зажим 7 установлен на основании с возможностью Фиксации углового положения выходного вала 6. Для усиления Фрикционной связи на свободный конец магнитострикционного элемента 2 и торец кожуха 4, сопряженный с валом 6, а также на взаимо" действующие с ними торцы Фланца выходного вала 6 нанесено покрытие 8. с большим коэФФициентом трения, Кожух 4 выполнен из материала с отрицательным коэФФициентом магнитострик" ции, а магнитострикционный элемент 2 - из материала с положительным коэФФициентом магнитострикции. В варианте исполнения магнитострикционного шагового двигателя, изображенного на Фиг.2, кожух 4 выполнен из материала с положительным коэФФициентом магнитострикции, а магнитострикционный элемент 2 - из материала с отрицательным коэФФициентом5 1 О магнитострикции. Несмотря на некото- " рую сложность изготовления и установки выходного вала 6 в этом случае рациональней используются возможности магнитострикционных материалов, так как коэФФициент магнитострикции наиболее распространненного и применяемого материала с отрицательной магнитострикцией - никеля - примерно в 2-3 раза меньше коэФФициента магнитострикции пермендюра К 65 - материала с положительной магнитострикцией. Угол закручивания магнитострик" ционного стержня уменьшается обратно пропорционально увеличению его радиуса, а так как радиус кожуха больше радиусамагнитострикционного элемента, то для более эФФективной работы устройства в приведенном варианте кожух изготовлен из пермендюра а магнитострикционный элемент - из никеля,Двигатель работает следующим об" разом.В первый момент времени обмотки продольного и циркулярного намагничивания 3 и 5 и зажим 7 обесточены. При этом зажим 7 Фиксирует определенное угловое положение выходного вала 6, Затем обмотка продольного намагничивания 3 подключается к источнику питания. При этом вследствие линейного магнитострикционного эФФекта происходят удлинение магнитострикционного элемента и укорочение кожуха (в случае двигателя, показанного на 91792 бФиг,2, происходят удлинение кожухаи укорочение магнитострикционногоэлемента), и они Фиксируют Фланецвыходного вала. На зажим 7 подаетсяпитание, и он освобождает выходнойвал 6, атем питание подается на обмотку циркулярного намагничивания 5,и вследствие эФФекта угловой магнитострикции происходит закручивание свободного конца магнитострикционногоэлемента 2, свободного конца кожуха4 и Фрикционно связанного с ними вала 6, Зажим обесточивается и Фиксирует новое угловое положение выходного вала 6. Обмотки продольного и циркулярного намагничивания 3 и 5 обесточиваются, магнитострикционный элемент 2 и кожух 4 под действием упру 20 гих сил принимают исходное состояние,и Фрикционная связь разрывается. Двигатель приходит в исходное состояние,а выходной вал 6 и нагрузка при этомповернулись на некоторый угол. Лалее25 цикл повторяется, и за каждый циклвыходной вал 6. будет. поворачиватьсяна некоторый угол вокруг оси, т.е.будет совершать шаговые угловые перемещения. Реверсирование двигателяЗО осуществляется изменением направлениятока питания обмотки циркулярногонамагничивания,Исключение упорного подшипникапозволяет повысить точность, быстро 5 действие, нагрузочную способностьпримерно в два раза и расширить область применения двигателя.1091702 Составительедактор О,филиппова Техред М,Моргентал Корректор С,Юско ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг ул. Гагарина, 1 Заказ 2827ВНИИПИ Государствен11 Тиражго комитета по изобрете 35, Москва, Ж, Раушс одписное ям и открытиям я наб., д. 4/5