DE1209204B

DE1209204B - Magnetostrictive converter

Info

Publication number: DE1209204B
Application number: DEB69161A
Authority: DE
Inventors: Chang-Sun Chang
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1961-10-11
Filing date: 1962-10-09
Publication date: 1966-01-20
Also published as: US3207958A; GB948123A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21g-3German class: 21g-3

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

B 69161 VIIIc/21g
9. Oktober 1962
20. Januar 1966B 69161 VIIIc / 21g
October 9, 1962
20th January 1966

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetostriktiven Wandler zu schaffen, mit dessen Hilfe man sehr genaue und sehr kleine mechanische Verschiebungen vornehmen kann. Dieses Problem tritt beispielsweise bei der Bewegung eines Düsenrohres in einem Servoventil auf, bei welchem die Lage der Düse außerordentlich kritisch ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie einen magnetostriktiven Wandler schafft, der erfindungsgemäß aus zwei in sich geschlossenen Ringen aus einem magnetostriktiven Zweischichtenmetall mit einer inneren Schicht aus positiv- und einer äußeren Schicht aus negativ-magnetostriktivem Material besteht und bei welchem diese Ringe an zwei gegenüberliegenden Stellen ihres Umfanges miteinander durch zwei Permanentmagnete, an je einer der zwischenliegenden Stellen durch einen Elektromagneten und an je einer dieser gegenüberliegenden Stelle durch einen Weicheisenstab verbunden sind.The invention is based on the object of creating a magnetostrictive transducer with which Help you can make very precise and very small mechanical displacements. This problem occurs, for example, when a nozzle tube is moved in a servo valve, in which the The position of the nozzle is extremely critical. The invention solves this problem by providing a Magnetostrictive transducer creates the invention from two self-contained rings a magnetostrictive two-layer metal with an inner layer of positive and an outer layer Layer made of negative magnetostrictive material and in which these rings on two opposite one another Place their circumference together by two permanent magnets, each on one of the intermediate Set by an electromagnet and at one of these opposite positions connected by a soft iron rod.

Einen solchen Wandler bildet man in Fortentwicklung der Erfindung zum genauen Einstellen der Lage einer Düse od. dgl. derart aus, daß die Bimetallringe koaxial mit Abstand voneinander angeordnet sind, die Düse in radialer Richtung weisend am Umfang eines Ringes angeordnet ist und die Ringe an der der Düse gegenüberliegenden Seite nachgiebig gehaltert sind. Bei einer solchen Anordnung läßt sich die Düse durch entsprechende Erregung des Elektromagneten im wesentlichen in der Ebene desjenigen Ringes geringfügig bewegen und genau einstellen, durch welchen die Zuleitung in radialer Richtung führt.Such a transducer is formed in a further development of the invention for the precise setting of the position a nozzle or the like. In such a way that the bimetal rings are arranged coaxially at a distance from one another are, the nozzle is arranged pointing in the radial direction on the circumference of a ring and the rings the side opposite the nozzle are supported resiliently. With such an arrangement leaves the nozzle by appropriate excitation of the electromagnet is essentially in the plane of the person Move the ring slightly and adjust precisely, through which the supply line in radial Direction leads.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Elektromagnet im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, daß seine Schenkel parallel zu Radien der Ringe verlaufen und sein Mittelteil in der Achse der Bimetallringe liegt und daß die Erregerspule auf dem Mittelteil angeordnet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the electromagnet is essentially U-shaped so that its legs run parallel to the radii of the rings and its central part lies in the axis of the bimetal rings and that the excitation coil is on the central part is arranged.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. Es zeigtIn the following the invention is explained with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine schematische Ansicht, welche das Prinzip der Erfindung erläutert,Fig. 1 is a schematic view showing the Principle of the invention explained

F i g. 2 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,F i g. 2 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of the invention,

F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 2 veranschaulichten Ausführungsform undF i g. 3 is a side view of the FIG. 2 illustrated embodiment and

F i g. 4 eine graphische Darstellung in der der Eingangsstrom der Ausgangsbewegung gegenübergestellt wird, welche eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung hervorbringt.F i g. 4 is a graphic representation in which the input current is compared with the output movement which produces a device constructed according to the invention.

Die den prinzipiellen Gedanken der Erfindung Magnetostriktiver WandlerThe basic idea behind the invention of magnetostrictive transducers

Anmelder:Applicant:

The Bendix Corporation,The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)Detroit, me. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,Dipl.-Ing. K.-A. Brose, patent attorney,

Pullach (Isartal), Wiener Str. 2Pullach (Isar Valley), Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Chang-Sun Chang, Oak Park, Mich. (V. St. A.)Chang-Sun Chang, Oak Park, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 11. Oktober 1961
(144 510)Claimed priority:
V. St. ν. America October 11, 1961
(144 510)

darstellende F i g. 1 zeigt zwei Bimetallringe 20 und 22, die jeweils einen äußeren Belag oder eine Schicht aus Nickel 20« und 22 a oder einem anderen negativ magnetostriktiven Material und einem inneren Belag 20b und 22b aus Invar, Nickel-Eisen-Legierung mit 36% Nickel oder einem anderen positiv magnetostriktiven Material aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform sind diese Ringe 0,25 mm dick, 2,5 mm breit und haben einen Ringdurchmesser von 50 mm. Die oben gelegenen Punkte dieser Ringe sind mit einem Permanentmagneten 24 verbunden, dessen Nordpol am linken Ende liegt, während die unteren Punkte der Ringe über einen Permanentmagneten 26 verbunden sind, dessen Nordpol am rechten Ende ist. Dadurch wird ein konstanter Vorspannungspegel des Flusses in den Ringen geschaffen, der am Nordpol der Permanentmagnete beginnt und an deren Südpol endigt, so daß der Fluß im Ring 22 an dessen Unterseite beginnt und beidseitig zur Oberseite verläuft, wie durch die Pfeile A und B angegeben ist. Im Ring 20 beginnt umgekehrt der Vorspannungsfluß an der Oberseite des Rings und endet an der Unterseite (siehe Pfeil A' und B'). illustrative FIG. 1 shows two Bimetallringe 20 and 22 each having an outer covering or a layer of nickel 20 "and 22 a or other negative magnetostrictive material and an inner lining 20 b and 22b made of invar, nickel-iron alloy with 36% nickel or have another positive magnetostrictive material. In the preferred embodiment, these rings are 0.25 mm thick, 2.5 mm wide and have a ring diameter of 50 mm. The upper points of these rings are connected to a permanent magnet 24 whose north pole is at the left end, while the lower points of the rings are connected via a permanent magnet 26 whose north pole is at the right end. This creates a constant bias level of the flux in the rings, beginning at the north pole of the permanent magnets and ending at their south pole, so that the flux in ring 22 begins at the bottom and runs to the top on both sides, as indicated by arrows A and B. . Conversely, in ring 20, the flow of bias begins at the top of the ring and ends at the bottom (see arrows A ' and B').

Mit den außen gelegenen Seiten der Ringe 20 und 22 ist ein Elektromagnet 28 verbunden, der eine von einer veränderbaren Spannungsquelle 29 α erregte Erregerwicklung 29 aufweist. Zwischen die inneren Seiten der Ringe 20 und 22 ist ein Weicheisenstab 30An electromagnet 28 is connected to the outer sides of the rings 20 and 22 and has an excitation winding 29 excited by a variable voltage source 29 α. Between the inner sides of the rings 20 and 22 is a soft iron rod 30

S09 779/321S09 779/321

angeordnet, der ein magnetisches Feld schafft, das von einer Seite längs der oberen und unteren Abschnitte zur anderen Seite verläuft, wie durch die Pfeile C und D angegeben. Entsprechend der Darstellung ist der Ring 22 in vier Viertel E, F, G und H eingeteilt. Der magnetische Fluß in dem Viertelt wird vermindert, da die Pfeile C und B oder die vom Elektromagneten und von dem Permanentmagneten kommenden Felder in diesem Bereich entgegengesetzt gerichtet sind. Dies trifft auch für das Viertel G zu, in dem die Pfeile D und A einander entgegengesetzte Richtungen einnehmen. In den Vierteln F und H verstärken sich jedoch die vom Elektromagneten und von den Permanentmagneten kommenden Felder. Dadurch wird der Ring 22 zu der in gestrichelten Linien 22' angegeben elliptischen Form verzerrt. Die Ellipse würde natürlich um 90° verdreht werden, wenn die Pfeile C und D entgegengesetzte Richtungen aufweisen, was dann der Fall wäre, wenn man den die Wicklung des Elektromagneten 28 durchlaufenden Steuerstrom umpolt.which creates a magnetic field that extends from one side along the top and bottom portions to the other side as indicated by arrows C and D. As shown, the ring 22 is divided into four quarters E, F, G and H. The magnetic flux in the quarter is reduced because the arrows C and B or the fields coming from the electromagnet and the permanent magnet are directed in opposite directions in this area. This also applies to quarter G , in which arrows D and A are in opposite directions. In the quarters F and H , however, the fields coming from the electromagnet and from the permanent magnets increase. As a result, the ring 22 is distorted to the elliptical shape indicated in dashed lines 22 '. The ellipse would of course be rotated by 90 ° if the arrows C and D have opposite directions, which would be the case if the polarity of the control current flowing through the winding of the electromagnet 28 is reversed.

Da sich die Ringe 20 und 22 gemeinsam verzerren, wird der Stab 30 um einen bestimmten kleinen, vom Steuerstrom in der Wicklung des Elektromagneten 28 abhängigen Betrag nach rechts verschoben. Durch eine Umkehrung der Felder oder des Stromes in der Wicklung des Elektromagneten 28 ist es möglich, den Stab nach links zu verschieben. Die F i g. 4 zeigt eine Gegenüberstellung der Ausgangsbewegung in Millimeter zum Eingangsstrom in Milliamperes, wie sie bei einer Ausführung der Erfindung auftritt.Since the rings 20 and 22 distort together, the rod 30 is a certain small, shifted to the right depending on the control current in the winding of the electromagnet 28. By reversing the fields or the current in the winding of the electromagnet 28, it is possible move the stick to the left. The F i g. 4 shows a comparison of the initial movement in millimeters to the input current in milliamperes, as occurs in an embodiment of the invention.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, mit der ein Düsenrohrventil eingestellt werden kann. Die Ringe 30 und 32 sind hier koaxial angeordnet und haben einen Abstand von 20 mm. Die Ringe werden an ihren unteren Teilen von den Enden 34, 36 eines Weicheisenteiles 38 von umgekehrter U-Form gehalten, das wiederum bei 34 a bzw. 36 α durch ein nichtmagnetisches Gehäuse 40 gehaltert ist. Das Teil 38 weist eine Wicklung 44 auf, die an eine veränderbare Gleichspannungsquelle 46 angeschlossen ist.FIGS. 2 and 3 show a preferred embodiment with which a nozzle tube valve can be adjusted. The rings 30 and 32 are arranged coaxially here and are spaced 20 mm apart. The rings are held at their lower parts by the ends 34, 36 of a soft iron part 38 of inverted U-shape, which in turn is held at 34 a and 36 α by a non-magnetic housing 40. The part 38 has a winding 44 which is connected to a variable direct voltage source 46.

Durch die Mitte des Kerns 38 verläuft eine Leitung 42, die nahe dem Mittelpunkt des Ringes 32 im rechten Winkel umgebogen ist und sich radial bezüglich des Ringes 32 fortsetzt. Diese Leitung erstreckt sich über den Außenumfang des Ringes 32 hinaus und trägt am äußeren Ende eine Düse 48, die mit Hilfe des Wandlers genau und um sehr kleine Strecken verschwenkbar ist.A line 42 runs through the center of the core 38 and is bent at right angles near the center of the ring 32 and continues radially with respect to the ring 32. This line extends beyond the outer circumference of the ring 32 and carries at the outer end a nozzle 48 which, with the aid of the transducer, can be pivoted precisely and by very small distances.

Zwischen den beiden an der Oberseite der Ringe 30 und 32 gelegenen Punkten ist der WeicheisenstabThe soft iron rod is located between the two points located on the upper side of the rings 30 and 32

angebracht, der einen Pfad in dem magnetischen Kreis bildet, welcher bei Erregung der Spule 44 entsteht. An der linken Seite (Fig. 3) verbindet ein Permanentmagnet 52 die Ringe 30 und 32, wobei derattached, which forms a path in the magnetic circuit which is created when the coil 44 is energized. On the left side (Fig. 3) a permanent magnet 52 connects the rings 30 and 32, the

Nordpol mit dem Ring 32 in Verbindung steht. An der rechten Seite werden die Ringe durch einen Permanentmagneten 54 verbunden, dessen Südpol an den Ring 32 angeschlossen ist. Dadurch wird der konstante Vorspannungspegel des magnetischenNorth Pole with the ring 32 is in connection. On the right, the rings are held by a permanent magnet 54 connected, the south pole of which is connected to the ring 32. This will keep the constant bias level of the magnetic

ίο Flusses durch die Ringe geschaffen.ίο the river created by the rings.

Nach Erregung der Spule 44 werden sich gegenseitig verstärkende und einander entgegengesetzt gerichtete Flüsse in den Ringen 30 und 32 so ausgebildet, wie es für den Fall der Ringe 20 und 22 in Fig. 1 beschrieben wurde, wobei, abhängig von der Richtung der Erregung der Spule 44, die Düse 48 nach rechts oder links bewegt wird (s. Fig. 3), und zwar um einen Betrag, der dem Betrag der Erregung der Spule 44 entspricht.After the coil 44 is energized, mutually reinforcing and oppositely directed Flows in rings 30 and 32 are formed as is the case for rings 20 and 22 in FIG Fig. 1 has been described, wherein, depending on the Direction of energization of the coil 44, the nozzle 48 is moved to the right or left (see Fig. 3), and by an amount which corresponds to the amount of excitation of the coil 44.

Claims

Patent claims:

1. Magnetostrictive converter, in particular for generating small adjustment movements, thereby characterized in that it consists of two self-contained rings (20, 22) made of a magnetostrictive two-layer metal with a inner layer made of positive and an outer layer made of negative magnetostrictive material exists, and that these rings with one another at two opposite points of their circumference by two permanent magnets (24, 26), at one point in between each by one Electromagnet (28) and at one of these opposite points by a soft iron rod (30) are connected.

2. Magnetostrictive transducer according to claim 1, characterized in that the bimetal rings (30, 32; Fig. 2, 3) are arranged coaxially at a distance from one another that on the circumference of a ring (32) pointing outward in the radial direction, a member to be pivoted, for example a nozzle (48), is arranged, and that the rings on the opposite of the member to be pivoted Side are held.

3. Magnetostrictive transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the electromagnet is essentially U-shaped with its legs parallel to The radii of the rings run and its central part (38) lies in the axis of the bimetal rings (30, 32) and that the excitation coil (44) is arranged on the central part (38).

1 sheet of drawings