Магнитопровод магнитострикционного преобразователя

(51)5 Н 04 й 15/00 ЕИ ОПИСАН К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЪСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельстЬо СССР М 839071, кл. Н 04 Я 15/00, 1979.Авторское свидетельство СССР М 884747, кл. В 06 В 1/08, 1978.(54) МАГНИТОПРОВОД МАГНИТОСТРИКЦИОН НОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Использование: ультразвуковая техника, в частности магнитострикционные преИзобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к устройствам, преобразующим электрическую энергию в механические колебания высокой частоты.Известен магнитострикционный преобразователь, магнитопровод которого имеет форму усеченного эллипса и набран иэ пластин, каждая из которых состоит из двух полуволновых стержней и двух накладок.Ограниченные технологические возможности, обусловленные тем, что излучение колебаний данным преобразователем осуществляется с двух поверхностей и в направлении только по одной оси, являются основным недостатком его магнитопровоКроме этого, известен магнитострикциный преобразователь, обеспечивающи иЫлп 1771084 А 1 образователи, Сущность изобретения; устройство содержит монолитно соединенные стержни, в количестве не менее трех, которые симметрично расположены относительно геометрического центра магнитопровода. Каждый стержень выполнен в виде пакета пластин. Стержни выполнены изогнутыми и направлены выпуклыми сторонами к геометрическому центру магнитопровода. Средний радиус кривизны стержня составляет 12,5 - 37,50 от длины продольной звуковой волны в материале магнитопровода. 4 ил,излучение колебании, например, с четырех поверхностей и в направлении по двум осям, пересекающимся под углом 90, что характеризует его магнитопровод, в сравнении с вышеуказанным, как обладающий более широкими технологическими возможностями.Магнитопровод этого преобразователя образован монолитными магнитострикционными пластинами, каждая из которых состоит из центральной накладки, выполненной в виде кольца; восьми полуволновых стержней, расположенных парами по окружности центральной накладки; и четырех периферийных накладок, каждая из которых выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, объединяет торцы двух рядом размещенных стержней и располо 1771084жена так, что ее излучающающая поверхность с На фиг. 1 - 4 представлены некоторые изизлучающей поверхностьстью соседней ей пе- возможных вариантов выполнения пластинриферийной накладки образует угол, рав- магнитопровода.900 Предлагаемый магнитопровод (см. фиг.ный 90 .Обмотка возбуждения этого преобразо 1 - 4) магнитострикционного преобразоватевателя уложена на стержержни и проходит че- ля набирается из монолитных пластин 1.рез четыре окна магнитоп овод . Каждая пластина магнитопровода состоитопровод данного магни- из стержней 2 и накладок 3, соединяющихОднако магнитопров дтострикционного преоеобразователя имеет торцы стержней, и образована по меньшейряд существенных недостатков. 10 мере тремя стержнями, Каждый стержень,Во-первых, это строго симметричное количество которых в пластине не превышае о излучающих поверхно- ет восьми, выполнен изогнутым на всей егостей как по отношению друг к другу, так и длине или на участке его длины и внешнейотносительно геометрического центра. радиусной поверхностью направлен к геоВо-вторых, это практическое отсутствие 15 метрическому центру магнитопровода. ридиапазона резонансных частот, поскольку чем величина среднего радиуса изгибавсе стержни магнитопровода при любой из стержня составляет 12,5 - 37, от длинывозможных его конструкций имеют одина- продольной звуковой волны в материалековую длину. магнитопровода (пластины),В-третьих, это направление излучения 20 В предлагаемом магнитопроводе всеколебаний по осям, которые обязательно стержни или по меньшей мере два из нихпересекаются междуу собой и пересекаются могут быть выполнены с одинаковыми илитолько под одинаковыми углами. разными средними радиусами и с одинакоКроме того, данный магнитопровод, выми или разнымилинами.вследствие своей конструкции, имеет боль Обмотка возбуждения 4 магнитопровошие габаритные размеры, что приводит не да(условно показана на одном из стержнейтолько к неоправданному расходу дорого- на фиг, 1) уложена на его стержни и пропустоящего материала при его изготовлении, щена через окно 5, образованное стержняно и к ограничению его сферы использова- ми и накладками, излучающие поверхности30 которых расположены в плоскостях, ориенния,Вместе с этим, обмотка возбуждения тированных одна относительно другой подданного преобразователя, охватывающая углом в 360/й градусов (М - количествоего стержни по всей длине, уложена так, что стержней в пластине).ее соседние витки соприкасаются один с Предлагаемый (см. фиг. 1) магнитопродругим и не оставляс авляют зазоров между со вод магнитострикционного преобразоватебой, чем препятствуют свободному доступу ля работает следующим образом.охладителя (воды) к поверхностям стерж- При подключении обмотки возбужденей. В результате этого эффективность ох- ния 5 к источнику питания, например к ульлаждения магнитопровода, прямо тразвуковому генератору УЗГ-10 (напропорциональноопределяющая энергети чертежах не показан), в нее поступают печеские потери ультразвукового перобразо- ременный и постоянный токи, приводящиевателя и, следоват ловательно интенсивность его к возникновению соответственно переменизлучения, может быть охарактеризована ного и постоянного магнитных полей. Подкак не достигающая своих максимальных воздействием переменного магнитного повозможностей. 45 ля в стержнях 2 в направлении по их радиусной оси симметрии возникают упругиеСледует также отметить и то обстоя- напряжения и деформации, изменяющиесятельство, что в известном магнитопроводе в синхронно в соответствии с изменением вепроцессе его работы создается не один, а личины данного поля, В результате этогонесколько магнитных потоков (по меньшей 50 стержни 2 начинают совершать продольныемере в каждом ииз четырех полуволновых механическиеколебания, которыеи передаэлементов), что отрицательно сказывается ются от них излучающим поверхностям нана интенсивности излучения. кладок 3. Воздействие же на стержнипостоянного магнитного поля обусловливаЦелью изобретения является повыше ет смещение рабочей точки в область с наиние КПД и сокращение материалоемкости. лучшей магнитострикцией, увеличениеПоставленная цель достигается путем амплитуды возникающих колебаний и соввыполнения стержней мержней магнитопровода изо- падение их частоты с частотой переменногогнутыми и соответствующим их расположе- магнитного поля, При настройке частотывозбуждающего тока в резонанс с собственнием, 1771084ной частотой магнитопровода его излучающие поверхности совершают колебания симметрично по отношению к геометрическому центру, а амплитуда их колебаний, излучаемых во все стороны с одинаковой интенсивностью, становится максимальной.Для поддержания соответствующего теплового режима работы магнитопровода, при котором температура на его поверхности не должна превышать определенных значений, например 70 для сплава К, его помещают в герметичный корпус (на чертежах не показан) и охлаждают проточной водой. При этом за счет того, что сечение окна 5 магнитопровода в направлении от его излучающих поверхностей к геометрическому центру постоянно увеличивается, а между витками обмотки возбуждения 5 существуют зазоры, что обусловлено кольцеобразной формой стержней, вода, охлаждающая поверхности стержней магнитопровода, имеет одинаково хороший доступ как к внешним, так и к внутренним их поверхностям,Оптимальные условия работы магнитопровода предлагаемой конструкции зависят от величины среднего радиуса стержней 2 и создаются тогда, когда условные продолжения (на фиг. 1 покзаны пунктиром) средних радиусов (показаны штрих-пунктирной линией) двух стержней, замыкаемых общей для них накладкой 3, в данной накладке являются параллельными между собой. При таком расположении условных продолжений средних радиусов, соответствующем выполнению стержня со средним радиусом, равным 12,5 - 37,5 длины продольной звуковой волны в материале магнитопровода (далее ДПЗВ), колебания двух стержней суммируются в общей для них накладке. Если же продолжения средних радиусов располагаются в накладке под некоторым углом у, т,е. если средний радиус стержня в своих значениях превышает 37,5ДПЗВ, то колебания стержней начинаютт демпфировать друг друга, в результате чего как амплитуда колебаний, так и интенсивность излучения магнитопровода снижаются. Наибольшее демпфирование колебаний стержней наступает при значениях у, превышающих 60, а при р, равном или же превышающем 120, колебания стержней полностью демпфируются. Выполнение же стержней со средним радиусом менее 12,5 ДПЗВ нецелесообразно, так как это будет приводить к возникновению в стержнях колебаний различной направленности, в том числе и не по оси 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55(среднему радиусу) стержня, и, следовател ьно, к снижению амплитуды колебаний и интенсивности излучения,К другим примерам конкретной реализации предлагаемого магнитопровода (см. фиг, 2-4) следует отнести выполнение магнитопровода с количеством стержней, отличающимся от четырех, т.е. с тремя или 5 - 8 стержнями, а также и выполнение стержней одного магнитопровода с разными средними радиусами и изогнутыми на участке их длины.Выполнение магнитопровода с тремя или с 5 - 8 стержнями позволяет обеспечить не только необходимое количество излучающих поверхностей, например шесть (фиг, 2), но и предопределяет возможность их расположения в плоскостях, ориентированных одна относительно другой под требуемым углом, например в 120 (фиг. 3) или же в 30, 60 и 90. Однако при этом необходимо учитывать, что увеличение числа стержней, обусловливающее количество излучающих поверхностей магнитопровода и необходимое количество осей, в направлении по которым распространяются колебания, не безгранично. В ы пол нение магнитопровода с 6-8 стержнями обеспечивает еще достаточную эффективность в его работе, в то время как выполнение магнитопровода с числом стержней более восьми, что в зависимости от его конструкции может быть эквивалентно выполнению стержней со средним радиусом меее 12,5 ДПЗВ или расположению продолжений средних радиусов стержней в накладке под углом более 60, по вышеуказанным причинам представляется нецелесообразным.Выполнение стержней одного магнитопровода с разными средними радиусами (интервал 12,5 - 37,5 ДПЗВ) позволяет располагать его излучающие поверхности на разных расстояниях от геометрического центра.Выполнение же магнитопровода со стержнями, часть из которых изогнута на всей их длине, а другая часть - на участке длины (см. фиг,4), предопределяет возможность получения колебаний в направлениях, оси которых (ВВ и СС) параллельны между собой.Крометого, кдругим примерам конкретного выполнения предлагаемого магнитопровода, расширяющим его технологические возможности в сравнении с известным магнитопроводом, следует отнести также и выполнение (на чертежах не представлено) стержней одного магнитопровода одновременно с разными средни 1771084ми радиусами и изогнутыми как на всей их длине, так и на определенном ее участке.Сопоставительный анализ известного и предлагаемого магнитопроводов показывает значительные преимущества последнего 5 из них,Выполнение стержней магнитопровода с разными средними радиусами или же с изгибом части стержней на всей их длине, а другой части - на определенном участке их 10 длины позволяет не только располагать излучающие поверхности магнитопровода под разными углами одна относительнодругой и на разном расстоянии от его геометрического центра, но и позволяет 15 направлять колебания по осям, которые между собой вообще не пересекаются или же пересекаются под разными углами.Выполнение стержней изогнутыми позволяет создавать магнитопровод, который 20 имеет не только нечетное количество излучающих поверхностей, что в значительной степени отличает его от всех известных стержневых магнитострикционных преобразователей, но и обладает в ряде случаев 25 диапазоном резонансных частот, так как стержни в этом случае могут быть выполнены изогнутыми с разными радиусами и иметь длины, отличающиеся одна от другой по своим численным значениям. 30Вместе с этим выполнение стержней магнитопровода изогнутыми позволяет создавать магнитострикционные преобразо 1 ь ватели меньших размеров (у известноп преобразователя расстояние между излуча ющими поверхностями составляет 259 мм,; у предлагаемогомм), что благоприятн сказывается на их материалоемкости.Все это свидетельствует о том, что пред лагаемый магнитопровод, в сравнении с из вестным, обладает более широким технологическими возможностями, характе ризуется меньшей материалоемкостьюимеет больший КПД, чему способствует так. же и то обстоятельство, что в предлагаемом магнитопроводе при его работе создается один замкнутый магнитный поток, а не несколько, как это имеет место в известном магнитопроводе. Формула изобретения Магнитопровод магнитострикционного преобразователя, содержащий монолитно соединенные стержни, симметрично расположенные относительно геометрического центра магнитопровода, каждый из которых выполнен в виде пакета пластин, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и сокращения материалоемкости, стержни выполнены изогнутыми и направлены выпуклыми сторонами к геометрическому центру магнитопровода, причем средний радиус кривизны стержня составляет 12,5- 37,5 оотдлины продольной звуковой волны в материале магнитопровода, а количество стержней в нем не менее трех.1771084 С С едакт апп аказ 37% Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Составитель А.СучковТехред М. Моргентал Корре КЛ