Магнитомеханический преобразователь и способ управления магнитомеханическим преобразователем

 

Изобретение относится к области электротехники и средствам автоматики и может быть использовано в качестве задатчика регулируемых перемещений. Магнитомеханический преобразователь (МП) содержит магнитную систему с основным управляемым источником (УИ) магнитного поля, сердечник из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент (ИЭ), кинематически связанный с сердечником. Основной УИ расположен с возможностью создания в зоне сердечника импульсов магнитных полей, вектора напряженности которых непараллельны по отношению один к другому. Материал сердечника обладает остаточной магнитострикцией. Способ управления МП заключается в том, что осуществляют процесс изменения координаты центра масс ИЭ посредством создания в зоне сердечника основного магнитного поля и по меньшей мере однократного изменения величины напряженности этого магнитного поля в пределах от нулевого значения до значения напряженности, обеспечивающей магнитострикцию технического насыщения материала сердечника, и сохраняют во времени заданное положение центра масс ИЭ. При этом основное магнитное поле создают в виде не совмещенных во времени импульсов не параллельных между собой магнитных полей. Сохранение во времени заданной координаты положения центра масс ИЭ осуществляют при нулевом значении напряженности основного магнитного поля в зоне сердечника в период времени между упомянутыми импульсами магнитных полей и в пределах величины Δ²L_{x max} или Δ²L¹_{x max} максимального остаточного изменения линейного размера сердечника. Изобретение позволяет снизить энергопотребление. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области электротехники и средствам автоматики и может быть использовано в качестве задатчика регулируемых перемещений, преимущественно, для прецизионного позиционирования исполнительных элементов приборов, машин и механизмов.

Известен магнитомеханический преобразователь, содержащий магнитную систему с электрически соединенным с источником тока управляемым источником магнитного поля, выполненным в виде обмотки возбуждения, и сердечник, выполненный из магнитострикционного материала, а именно, из соединения редкоземельный металл - железо, который кинематически связан с исполнительным элементом. При этом источник магнитного поля магнитной системы расположен с возможностью создания магнитного поля в зоне сердечника (см. "Исследование высокомагнитострикционных материалов на основе РЗМ", отчет физического факультета МГУ, тема 46/75, опублик. 1977, с. 3).

Использование в известном магнитомеханическом преобразователе источника магнитного поля в виде электрической обмотки возбуждения требует постоянного электропотребления не только для осуществления процесса изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента, но и для сохранения во времени заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента, что в значительной мере повышает расход электроэнергии в процессе эксплуатации. Наиболее явно указанный недостаток проявляется в тех, наиболее часто встречающихся условиях эксплуатации, где временной период процесса сохранения заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента в десятки раз превышает временной период процесса технологического изменения координаты положения упомянутого центра масс, так как в этом случае основная часть энергозатрат приходится именно на первый из упомянутых процессов, т.е. процесс сохранения во времени координаты технологически заданного положения центра масс исполнительного элемента.

Известен магнитомеханический преобразователь, содержащий установленные в корпусе магнитную систему с электрически соединенным с источником тока основным управляемым источником магнитного поля, сердечник, состоящий по меньшей мере из одной части, выполненной из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, кинематически связанный с сердечником с возможностью перемещения относительно корпуса. При этом основной управляемый источник магнитного поля магнитной системы расположен с возможностью создания магнитного поля в зоне сердечника (см. авт. св. СССР N 765913, кл. H 01 L 41/12, 1980) Способ управления данным известным магнитомеханическим преобразователем, включающим магнитную систему, сердечник, выполненный из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, заключается в осуществлении процесса изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента посредством создания в зоне сердечника основного магнитного поля и по меньшей мере однократного изменения величины напряженности этого магнитного поля в пределах от нулевого значения до значения напряженности, обеспечивающей магнитострикцию технического насыщения материала сердечника в направлении этого основного магнитного поля, и последующем сохранении во времени технологически заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента.

К основным недостаткам, известным из авт. св. N 765913, технических решений как в части устройства, так и в части способа управления данным устройством следует отнести высокое энергопотребление в процессе эксплуатации. Объясняется это тем, что использование в известном магнитомеханическом преобразователе источника магнитного поля в виде электрической обмотки возбуждения требует постоянного электропотребления не только для осуществления процесса изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента, но и для сохранения во времени технологически заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента, что в значительной мере повышает расход электроэнергии в процессе эксплуатации. Наиболее явно указанный недостаток проявляется в тех наиболее часто встречающихся условиях эксплуатации, где временной период процесса сохранения технологически заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента в десятки раз превышает временной период процесса технологического изменения координаты положения упомянутого центра масс, так как в этом случае основная часть энергозатрат приходится именно на первый из упомянутых процессов, т.е. процесс сохранения во времени координаты технологически заданного положения центра масс исполнительного элемента.

Более того, для упомянутых 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 известных магнитомеханических преобразователей в системах прецизионного позиционирования.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого магнитомеханического преобразователя, принципиальные конструктивные особенности которого позволили бы осуществлять управление данным магнитомеханическим преобразователем с минимальными энергозатратами за счет снижения энергопотребления в процессе изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента и полного исключения энергопотребления в процессе сохранения во времени технологически заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что: - В отношении объекта "Устройство": В магнитомеханическом преобразователе, содержащем магнитную систему с основным управляемым источником магнитного поля и установленные в корпусе сердечник, состоящий по меньшей мере из одной части, выполненной из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, кинематически связанный с сердечником с возможностью перемещения относительно корпуса, при этом основной управляемый источник магнитного поля магнитной системы расположен с возможностью создания магнитного поля в зоне сердечника, согласно изобретению основной управляемый источник магнитного поля включает по меньшей мере один постоянный магнит и установлен с возможностью создания в зоне сердечника не совмещенных во времени импульсов магнитного поля с различным относительно направления перемещения исполнительного элемента направлением вектора напряженности магнитного поля в этих импульсах посредством возвратно-поступательного перемещения и/или поворота относительно сердечника этого основного управляемого источника магнитного поля, а по меньшей мере одна часть сердечника выполнена из магнитострикционного материала с остаточной магнитострикцией.

Допустимо магнитную систему снабжать вспомогательным источником постоянного магнитного поля, расположенным с возможностью создания в зоне сердечника постоянного магнитного поля со значением напряженности, меньшим напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника в направлении упомянутого постоянного магнитного поля.

Оптимально вспомогательный источник постоянного магнитного поля выполнять в виде по меньшей мере одного постоянного магнита.

Наиболее эффективно вспомогательный источник постоянного магнитного поля, выполненный в виде по меньшей мере одного постоянного магнита, снабжать магнитопроводом и устанавливать на последнем упомянутый источник постоянного магнитного поля со стороны расположения сердечника.

Целесообразно по меньшей мере одну часть сердечника выполнять из материала с магнитной текстурой и/или магнитной анизотропией.

Наиболее оптимально сердечник устанавливать в корпусе с возможностью фиксированного поворота относительно его геометрической оси, совпадающей с направлением перемещения исполнительного элемента.

В ряде конкретных условий эксплуатации необходимо чтобы сердечник состоял, преимущественно, из двух частей, которые, в этом случае, выполняют из магнитострикционных материалов с противоположной по знаку и различной по величине магнитострикцией, при этом длины частей сердечника выбирают из следующих условий: а магнитострикционные материалы упомянутых частей сердечника должны удовлетворять следующим условиям: |Λ_r1/Λ₁(H_x)| ≥ |Λ_r2/Λ₂(H_x)|, при 0<H≅H_{x max}, |Λ_r1/Λ₁(H_y)| ≥ |Λ_r2/Λ₂(H_y)|, при 0≅H_y≅H_{y max}, где
L₁, L₂ - длины частей сердечника;
Λ_r1, Λ_r2, Λ₁, Λ₂ - остаточные магнитострикции первой и второй частей сердечника, магнитострикции первой и второй частей сердечника соответственно;
H_x, H_y - напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитного поля;
H_{x max}, H_{y max} - максимальные значения напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитного поля.

Целесообразно в качестве магнитострикционного материала, по меньшей мере одного элемента сердечника использовать сплав с гигантской магнитострикцией, например, сплав TbFe₂ и/или SmFe₂.

Оптимально, чтобы геометрическая ось по меньшей мере одной части сердечника, совпадающая с направлением перемещения исполнительного элемента, была расположена вдоль оси легчайшего намагничивания материала этой по меньшей мере одной части сердечника.

- В отношении объекта "Способ":
В способе управления магнитомеханическим преобразователем, включающем магнитную систему, сердечник, выполненный из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, согласно которому осуществляют процесс изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента посредством создания в зоне сердечника основного магнитного поля и по меньшей мере однократного изменения величины напряженности этого магнитного поля в пределах от нулевого значения до значения напряженности, обеспечивающей магнитострикцию технического насыщения материала сердечника в направлении этого основного магнитного поля, и сохраняют во времени заданное положение координаты центра масс исполнительного элемента, согласно изобретению основное магнитное поле в зоне сердечника создают в виде не совмещенных во времени импульсов не параллельных между собой магнитных полей, а сохранение во времени заданных положений центра масс исполнительного элемента осуществляют при нулевой напряженности основного магнитного поля в зоне сердечника в период времени между упомянутыми импульсами не параллельных магнитных полей и в пределах максимального остаточного изменения линейного размера сердечника, возникающего вследствие наличия в материале сердечника гистерезиса магнитострикции.

Для конкретных магнитострикционных материалов сердечника, обладающих малой величиной остаточной магнитострикции, целесообразно в зоне сердечника создавать вспомогательное постоянное магнитное поле со значением напряженности, меньшим напряженности магнитного поля технического насыщения данного конкретного материала сердечника в направлении этого вспомогательного магнитного поля, при этом сохранение во времени координаты заданного положения центра масс исполнительного элемента осуществляют в пределах максимального остаточного изменения линейного размера сердечника, возникающего вследствие наличия в материале сердечника гистерезиса магнитострикции, лимитируемого напряженностью вспомогательного постоянного магнитного поля.

Проведенный анализ уровня техники (как в отношении объекта изобретения "устройство", так и в отношении объекта изобретения "способ"), включающий поиск по патентным и научно-техническим источником 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 для патентуемых объектов изобретения, 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 "устройство", так и в отношении объекта изобретения "способ"):
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединенным к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- 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 (исключительно для объекта патентования "устройство");
- создание объекта, включающего в себя известные (из уровня техники) признаки, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных (из уровня техники) правил, а 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 промышленном использовании заявленных объектов изобретения следующей совокупности условий:
- промышленные объекты, практически воплощающие заявленные технические решения при их осуществлении, предназначены для использования, преимущественно, в области электротехники и средств автоматики.

- 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 практическом (промышленном) осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого технического результата.

Следовательно, заявленные объекты изобретения соответствуют требованию критерия патентоспособности Промышленная Применимость по действующему занокодательству.

На фиг. 1 изображен один из возможных (согласно общей принципиальной конструкции по п.1 формулы изобретения) вариантов конструктивного выполнения магнитомеханического преобразователя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - другой возможный вариант конструктивного выполнения магнитомеханического преобразователя, в котором магнитная система снабжена вспомогательным источником постоянного магнитного поля; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 изображен еще один возможный вариант конструктивного выполнения магнитомеханического преобразователя, в котором сердечник состоит из двух частей, выполненных из магнитострикционных материалов с противоположной по знаку и различной по величине магнитострикцией; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 изображен в аксонометрии один из возможных вариантов конструктивного выполнения вспомогательного источника постоянного магнитного поля в соответствии с фиг. 3, 4, 5, 6; на фиг. 8, 9, 10, 11 и 12 графически показаны петли гистерезиса зависимости магнитострикционного изменения длины сердечника или, что равнозначно, изменения координаты центра масс исполнительного элемента от напряженности основного магнитного поля в зоне сердечника в отсутствие (фиг. 8, 9 и 12 ) и при наличии (фиг. 10 и 11) вспомогательного магнитного поля для некоторых возможных (согласно общему принципу управления в соответствии с п.12 формулы изобретения) вариантов осуществления управления патентуемым магнитомеханическим преобразователем (ортогональные оси H_x, H_y и ΔL_x на всех фигурах, за исключением фиг. 10, для лучшего зрительного восприятия условно показаны в одной плоскости); фиг. 13 - графически иллюстрирует изменение крутизны петли гистерезиса зависимости магнитострикционного изменения длины сердечника, который находится в предварительно напряженном (сжатом или растянутом) состоянии по отношению к ненапряженному состоянию сердечника, от напряженности основного магнитного поля в сердечнике.

Величина магнитострикционного изменения длины сердечника вдоль оси X, совпадающей с направлением перемещения исполнительного элемента, строго соответствует изменению координаты центра масс исполнительного элемента вследствие наличия между сердечником и исполнительным элементом жесткой кинематической связи. На основании этого все дальнейшие рассуждения в части осуществления способов управления магнитомеханическим преобразователем целесообразно производить применительно к изменению координаты положения центра масс исполнительного элемента.

Магнитомеханический преобразователь (см. фиг. 1 и фиг. 2) содержит корпус 1, состоящий, преимущественно, из двух частей 2 и 3, которые связаны между собой посредством разъемного соединения 4 (например, типа "ласточкин хвост"), установленные в корпусе 1 магнитную систему с основным управляемым источником магнитного поля, сердечник 5, а также исполнительный элемент 6, выполненный, преимущественно, из магнитного материала и кинематически связанный с сердечником 5 с возможностью перемещения относительно корпуса 1 и подпружиненный относительно корпуса 1 посредством упругого элемента 7.

Основной управляемый источник магнитного поля включает в себя постоянные магниты 8 и 9, установленные на магнитопроводе 10, который изолирован от корпуса 1 посредством прокладки 11 из немагнитного материала. Вектора 12 намагниченности постоянных магнитов условно обозначены стрелками (фиг. 1) и окружностями с точкой или крестиком в центре (фиг. 2).

Основной управляемый источник магнитного поля магнитной системы размещен в части 2 корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения (по стрелке "S" при воздействии силы "F" и упругого элемента 13) и поворота (по стрелке "M") относительно сердечника 5, в результате чего обеспечивается возможность создания в зоне сердечника 5 не совмещенных во времени импульсов магнитного поля с различным (относительно направления перемещения исполнительного элемента 6) направлением вектора напряженности, а также различной величиной напряженности магнитного поля в этих импульсах.

Основной управляемый источник магнитного поля закреплен на валу 14, который снабжен регулировочным резьбовым элементом 15 и шкалой 16, посредством которых обеспечивается регламентированное изменение величины воздушного зазора между сердечником 5 и постоянными магнитами 8 и 9 основного управляемого источника магнитного поля при контакте резьбового элемента 15 с соответствующей поверхностью части 2 корпуса 1.

Регламентированное изменение величины вышеупомянутого воздушного зазора, в свою очередь, обеспечивает соответствующее (регламентированное) изменение величины намагниченности магнитострикционного материала сердечника 5.

Здесь необходимо отметить, что в положении основного управляемого источника магнитного поля согласно фиг. 1 воздушный зазор между сердечником 5 и постоянными магнитами 8 и 9 основного управляемого источника магнитного поля выбирается с таким расчетом, чтобы величина напряженности основного магнитного поля (создаваемого основным управляемым источником магнитного поля) в зоне сердечника 5 была бы равна нулю (т.е. магнитное поле в зоне сердечника 5 должно практически отсутствовать).

Упругий элемент 13 одним из своих торцов зафиксирован на выступе 17 корпуса 1, а вторым торцом опирается на упорный подшипник 18, установленный на валу 14.

Сердечник 5 согласно этому варианту конструктивного исполнения состоит по меньшей мере из одной части 19, выполненной из магнитострикционного материла обладающего остаточной магнитострикцией.

Магнитомеханический преобразователь согласно варианту конструктивного исполнения по фиг. 3 и 4 отличается от ранее описанного варианта конструктивного исполнения по фиг. 1 и фиг. 2 тем, что магнитная система снабжена вспомогательным источником 20 постоянного магнитного поля, который расположен с возможностью создания в зоне сердечника 5 постоянного магнитного поля со значением напряженности, меньшим напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5 в направлении упомянутого постоянного магнитного поля. Это обеспечивает возможность максимального увеличения диапазона перемещения центра масс исполнительного элемента 6, вследствие создания в зоне сердечника 5 постоянного магнитного поля с напряженностью H_xp, соответствующего наибольшему значению гистерезиса магнитострикционного остаточного изменения линейного размера (длины) сердечника 5.

Вспомогательный источник 20 постоянного магнитного поля может быть выполнен, например, в виде одного или нескольких постоянных магнитов 21 и 22, установленных на магнитопроводе 23 со стороны расположения сердечника 5. Это позволяет снизить энергозатраты при эксплуатации за счет исключения использования электроэнергии от внешнего источника поскольку постоянные магниты являются автономными источниками постоянного магнитного поля.

Магнитомеханический преобразователь согласно варианту конструктивного исполнения по фиг. 5 и 6 отличается от ранее описанного варианта конструктивного исполнения по фиг. 3 и фиг. 4 тем, что сердечник 5 состоит из двух частей 24 и 25, которые выполнены из магнитострикционных материалов с противоположной по знаку и различной по величине магнитострикцией.

В этом случае длины частей 24 и 25 сердечника 5 должны быть выбраны из следующих условий:


а магнитострикционные материалы упомянутых частей 24 и 25 сердечника 5 должны удовлетворять следующим условиям:
|Λ_r1/Λ₁(H_x)| ≥ |Λ_r2/Λ₂(H_x)|, при 0≅H_x≅H_{x max},
|Λ_r1/Λ₁(H_y)| ≥ |Λ_r2/Λ₂(H_y)|, при 0≅H_y≅H_{y max},
где
L₁, L₂ - длины частей 24 и 25 сердечника 5;
Λ_r1, Λ_r2, Λ₁, Λ₂ - - остаточные магнитострикции частей 24 и 25 сердечника 5, магнитострикции частей 24 и 25 сердечника 5 соответственно;
H_x, H_y - напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитного поля;
H_{x max}, H_{y max} - максимальные значения напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитного поля.

Соблюдение вышеупомянутых условий позволяет обеспечить монотонное перемещение исполнительного элемента 6 при создании в зоне сердечника 5 импульсов основного магнитного поля, т.е. позволяет обеспечить нахождение центра масс исполнительного элемента 6 во время упомянутых импульсов магнитного поля в диапазоне, ограниченном положениями центра масс исполнительного элемента 6 до и после упомянутых импульсов основного магнитного поля, генерируемых основным источником магнитного поля.

Кроме того, для всех возможных вариантах конструктивного выполнения патентуемого магнитомеханического преобразователя целесообразно выполнение следующих условий.

Сердечник 5 устанавливается в корпусе 1 с возможностью фиксированного поворота относительно его геометрической оси, совпадающей с направлением перемещения исполнительного элемента 6. За счет этого обеспечивается максимальное увеличение диапазона допустимых перемещений исполнительного элемента 6.

В качестве магнитострикционного материала по меньшей мере одной части 19, 24 и 25 сердечника 5 используется сплав с гигантской магнитострикцией, например сплав TbFe₂ и/или SmFe₂. За счет этого обеспечивается увеличение диапазона перемещений исполнительного элемента 6 по сравнению с использованием традиционных магнитострикционных материалов, таких как никель, пермендюр, альфер и т.д.

Сердечник выполняется из материала с магнитной текстурой и/или магнитной анизотропией, а геометрическую ось по меньшей мере одной части 19, 24 и 25 сердечника 5, совпадающую с направлением перемещения исполнительного элемента 6, располагают вдоль оси легчайшего намагничивания материала этой, по меньшей мере, одной части 19, 24 и 25 сердечника 5. Это обеспечивает максимальное увеличение диапазона возможных перемещений центра масс исполнительного элемента 6.

Кроме того, на фиг. 7 вектора 12 намагниченности постоянных магнитов 21 и 22 и линии 26 магнитной индукции магнитного поля, генерируемого вспомогательным источником 20 постоянного магнитного поля, условно показаны сплошными и штрих-пунктирными соответственно стрелками.

Принцип работы патентуемого магнитомеханического преобразователя раскрывается ниже совместно с конкретным описанием способа управления данным магнитомеханическим преобразователем и с подробным раскрытием некоторых технологических особенностей патентуемого способа управления (регламентируемых конструктивными особенностями патентуемого магнитомеханического преобразователя), подтверждающих промышленную применимость патентуемых объектов изобретения (как в отношении объекта "устройство", так и в отношении объекта "способ").

До начала осуществления способа управления магнитомеханическим преобразователем согласно настоящему изобретению целесообразно предварительно (т.е. перед началом эксплуатации) экспериментальным путем определить оптимальное (для конкретных условий эксплуатации) положение сердечника 5 в окружном направлении относительно его продольной геометрической оси, совпадающей с направлением перемещения исполнительного элемента 6, и закрепить сердечник 5 в искомом, оптимальном положении перед началом реализации патентуемого способа управления магнитомеханическим преобразователем.

Это позволяет обеспечить максимальную величину диапазона возможных перемещений центра масс исполнительного элемента 6.

Непосредственно способ управления магнитомеханическим преобразователем, согласно настоящему изобретению (в соответствии с общими физическими принципами его осуществления) заключается в следующем.

В магнитомеханическом преобразователе, включающем магнитную систему, сердечник 5, выполненный из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент 6, осуществляют процесс изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента 6 посредством создания в зоне сердечника 5 основного магнитного поля по меньшей мере однократного изменения величины напряженности этого, основного, магнитного поля в пределах от нулевого значения до значения напряженности, обеспечивающей магнитострикцию технического насыщения материала сердечника 5 в направлении этого основного магнитного поля, и сохраняют во времени заданное положение координаты центра масс исполнительного элемента 6.

При этом основное магнитное поле в зоне сердечника 5 создают (посредством управляемого основного источника магнитного поля) в виде не совмещенных во времени импульсов не параллельных между собой магнитных полей, а сохранение во времени заданных положений центра масс исполнительного элемента 6 осуществляют при нулевой напряженности основного магнитного поля в зоне сердечника 5 в период времени между упомянутыми импульсами не параллельных магнитных полей (создаваемых основным источником магнитного поля) и в пределах величины Δ²L_{x max},соответствующей максимальному остаточному изменению линейного размера сердечника 5, возникающего вследствие наличия в материале сердечника 5 эффекта остаточной магнитострикции.

В случае выполнения сердечника 5 из материала с малой (т.е. недостаточной для конкретных условий эксплуатации) величиной Δ²L¹_{x max}, соответствующей максимальному остаточному изменению линейного размера сердечника 5, целесообразно в зоне сердечника 5 создавать вспомогательное постоянное магнитное поле (посредством вспомогательного источника 20 постоянного магнитного поля) со значением напряженности, меньшим напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5 в направлении этого вспомогательного магнитного поля.

При этом сохранение во времени координаты заданного положения центра масс исполнительного элемента 6 осуществляют в пределах величины Δ²L_{x max}, соответствующей искусственно созданному максимальному остаточному изменению линейного размера сердечника 5, возникающему вследствие наличия в материале сердечника эффекта остаточной магнитострикции, и лимитируемой напряженностью вспомогательного постоянного магнитного поля, генерируемого вспомогательным источником 20 постоянного магнитного поля.

Более подробное описание работы патентуемого магнитомеханического преобразователя и различных типовых способов управления данным магнитомеханическим преобразователем рассматривается ниже с отсылками на конкретные конструктивные исполнения магнитомеханического преобразователя.

Магнитомеханический преобразователь согласно варианту конструктивного исполнения по фиг. 1 и 2 работает следующим образом.

В исходном состоянии центр масс исполнительного элемента 6 находится в неопределенном положении, т. е. его координата может соответствовать любой произвольной точке в пределах отрезка, ограниченного точками 1-10 (см. фиг. 8), соответствующей максимальной величине Δ²L_{x max} остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 (т.е. соответствующего диапазону сохраняемых во времени заданных положений центра масс исполнительного элемента 6).

Например, центр масс сердечника 5 находится в положении, соответствующем точке 10. Для осуществления перемещения центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 10, в положение, соответствующее точке 1, в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля (за счет его поворота на 90^o и поступательного перемещения в сторону сердечника 5 на заданную величину) создают импульс магнитного поля с величиной напряженности H_{y 4}, не меньшей значения напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5.

При данном значении напряженности (H_{y 4}) магнитного поля центр масс исполнительного элемента 6 переместится в положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4 (фиг. 8).

После уменьшения в зоне сердечника 5 напряженности этого магнитного поля до нулевого значения (напряженность магнитного поля H_y=0) центр масс исполнительного элемента 6 самопроизвольно перемещается в положение, соответствующее точке 1, и будет находиться в этом фиксированном положении (т.е. в положении, соответствующем точке 1) неограниченно долгий промежуток времени. Уменьшение в зоне сердечника 5 напряженности основного магнитного поля до нулевого значения осуществляется посредством возврата основного управляемого источника магнитного поля (т.е. постоянных магнитов 8 и 9) в исходное положение, показанное на фиг. 1.

На фиг. 8 циклу перехода центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 10, в положение, соответствующее точке 1 (через точку 4 с координатой -ΔL_x4), соответствует криволинейный отрезок 10-4-1 петли гистерезиса.

Цикл перемещения центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 3, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника 2 магнитного поля, импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x2 (путем поступательного перемещения основного управляемого источника магнитного поля в сторону сердечника 5 на заданную величину), при этом вектора напряженности упомянутых выше импульсов магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитного поля, должны быть расположены в пространстве непараллельно, например взаимно перпендикулярно.

При данном значении напряженности (H_x2) магнитного поля центр масс исполнительного элемента 6 переместится в положение с координатой ΔL_x2 (фиг.8).
После снижения в зоне сердечника 5 напряженности этого магнитного поля до нулевого значения (напряженность магнитного поля H_x = 0) центр масс исполнительного элемента 6 самопроизвольно перемещается в положение, соответствующее точке 3, и будет находиться в этом фиксированном положении (т.е. в положении, соответствующем точке 3) неограниченно долгий промежуток времени.

На фиг. 8 циклу перехода центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 3 (через положение с координатой ΔL_x2, соответствующей точке 2), соответствует криволинейный отрезок 1-2-3 петли гистерезиса.

Процесс осуществления возврата центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 3, в положение, соответствующее точке 1 (исходное положение), осуществляется абсолютно идентично вышеописанному циклу перехода центра масс из положения, соответствующего точке 10, в положение, соответствующее точке 1 (т.е. через положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4, при создании в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля, импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_y4 и уменьшения этого значения напряженности до величины H_y = 0).

На фиг. 8 циклу перехода центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 3, в положение, соответствующее точке 1 (через положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4), соответствует криволинейный отрезок 3-4-1 петли гистерезиса.

Процессы перемещения центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положения, соответствующие точкам 6, 8, 10, а также возврат упомянутого центра масс в исходное положение (соответствующее точке 1) с физической точки зрения осуществляются аналогично вышеописанным циклам перемещения центра масс из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 3, и его возврата из положения, соответствующего точке 3, в исходное положение (соответствующее точке 1) соответственно. А именно:
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 6, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля, импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x5 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x5, соответствующей точке 5, и характеризуется криволинейным участком 1-5-6 петли гистерезиса; возврат центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 6, в положение, соответствующее точке 1, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_y4 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_y= 0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4, и характеризуется криволинейным участком 6-4-1 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 8, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x7 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x7, соответствующей точке 7, и характеризуется криволинейным участком 1-7-8 петли гистерезиса; возврат центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 8, в положение, соответствующее точке 1, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_y4 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_y= 0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4, и характеризуется криволинейным участком 8-4-1 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 10, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x9 (не меньшей величины напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5) и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x9, соответствующей точке 9, и характеризуется криволинейным участком 1-9-10 петли гистерезиса; возврат центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 10, в положение, соответствующее точке 1, описан выше.

Таким образом, полный цикл перемещения центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 10, в положение, соответствующее точке 1, и обратно завершается, после чего может быть осуществлен неограниченное число раз повторно, причем величина шага перемещения центра масс (в пределах величины Δ²L_{x max/} зоны максимального остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5) может быть неограниченно малой.

На фиг.9 показана еще одна схема управления конструктивным вариантом выполнения магнитомеханического преобразователя по фиг. 1 и фиг. 2, которая (с энергетической точки зрения) является более экономичной по сравнению со схемой управления по фиг. 8 и которая может быть использована в тех случаях, когда определяющим принципом работы магнитомеханического преобразователя является лишь величина перемещения центра масс исполнительного элемента 6 безотносительно к какому-либо начальному (исходному) положению центра масс.

То есть согласно данной схеме управления для осуществления перемещения центра масс исполнительного элемента 6 (в пределах зоны с величиной Δ²L_{x max}) не требуется циклический возврат центра масс в исходное положение (точку 1).

Управление магнитомеханическим преобразователем согласно схеме управления по фиг. 9 осуществляется следующим образом:
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 3, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x2 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x2, соответствующей точке 2, и характеризуется криволинейным участком 1-2-3 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 3, в положение, соответствующее точке 5, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля (того же направления, что и в предыдущем случае) с величиной напряженности H_x4 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой -ΔL_x4, соответствующей точке 4, и характеризуется криволинейным участком 3-2-4-5 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 5, в положение, соответствующее точке 7, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля (другого, в данном случае перпендикулярного по отношению к предыдущим случаям направления) с величиной напряженности H_y6 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_y= 0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x6, соответствующей точке 6, и характеризуется криволинейным участком 5-6-7 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 7, в положение, соответствующее точке 9, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_x8 (по меньшей величины напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 4) и уменьшения напряженности этого поля до величины H_x=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x8, соответствующей точке 8, и характеризуется криволинейным участком 7-2-4-8-9 петли гистерезиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 9, в положение, соответствующее точке 11, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_y10 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_y=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой ΔL_x10, соответствующей точке 10, и характеризуется криволинейным участком 9-10-11 петли гистеризиса;
- перемещение центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 11, в положение, соответствующее точке 1, осуществляется за счет создания в зоне сердечника 5 посредством основного управляемого источника магнитного поля импульса основного магнитного поля с величиной напряженности H_y12 и уменьшения напряженности этого поля до величины H_y=0; указанный цикл осуществляется через положение с координатой -ΔL_x12 и характеризуется криволинейным участком 11-10-12-1 петли гистерезиса.

Таким образом, полный цикл перемещения центра масс исполнительного элемента 6 из положения, соответствующего точке 1, в положение, соответствующее точке 9, и обратно завершается, после чего может быть осуществлен неограниченное число раз повторно. Причем величина шага перемещения центра масс (в пределах зоны с величиной Δ²L_{x max}) может быть неограниченно малой.

На фиг. 10 и 11 показана схема управления конструктивным вариантом выполнения магнитомеханического преобразователя по фиг. 3 и 4, которая может быть использована в тех случаях, когда величина Δ²L_{x max} зоны естественного остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 недостаточна (мала) для осуществления магнитомеханическим преобразователем своих технологических функций (в части величины перемещения исполнительного элемента 6).

В этом случае в зоне сердечника 5 создают посредством вспомогательного источника 20 постоянного магнитного поля вспомогательное постоянное магнитное поле (поле подмагничивания) с величиной напряженности, меньшей величины напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5 в направлении этого постоянного магнитного поля.

При этом обеспечивается возможность перемещения центра масс исполнительного элемента 6 магнитомеханического преобразователя в пределах величины Δ²L¹_{x max} зоны искусственно обеспечиваемого остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 (лимитируемой величиной напряженности упомянутого постоянного магнитного поля), которая может быть значительно больше величины Δ²L_{x max}. .

На фиг. 10 сплошной замкнутой линией показана предельная петля гистерезиса изменения линейного размера сердечника (соответствующая изменению координаты центра масс исполнительного элемента 6), аналогичная предельной петле гистерезиса, показанной на фиг.8, при отсутствии в зоне сердечника 5 постоянного магнитного поля подмагничивания.

На этой же фиг. 10 пунктирной линией показана часть предельной петли гистерезиса, лежащая в плоскости, проходящей через точку с координатой H_x= H_xp перпендикулярно оси H_x абсцисс, соответствующая наличию в зоне сердечника 5 постоянного поля подмагничивания с величиной напряженности H_x=H_xp (направление вектора напряженности которого совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля, генерируемого основным управляемым источником магнитного поля), созданного вспомогательным источником 20 магнитного поля, т.е. при изменении в зоне сердечника 5 напряженности магнитного поля с величины H_x=0 до величины H_x=H_xp.

Предельная петля гистерезиса, соответствующая наличию в зоне сердечника 5 вспомогательного постоянного магнитного поля (поля подмагничивания) с величиной H_xp напряженности, проходит через точки 1-9-10-4. Эта петля гистерезиса соответствует варианту выполнения магнитомеханического преобразователя, показанного на фиг. 3 и 4 графических материалов настоящей заявки.

Управление магнитомеханическим преобразователем, изображенным на фиг. 3 и 4 по схеме управления, показанной на фиг. 11 (т.е. в осях координат H¹_x, H¹_y, ΔL¹_x), осуществляется абсолютно идентично управлению магнитомеханическим преобразователем, изображенным на фиг. 1 и 2, по схеме управления, показанной на фиг. 8 и подробно описанной выше.

Управление конструктивным вариантом магнитомеханического преобразователя, изображенным на фиг. 5 и 6, может быть осуществлено согласно любой из вышеописанных схем управления без каких-либо изменений, в связи с чем подробно не раскрывается в настоящей заявке.

Однако следует отметить, что конструктивная особенность данного варианта выполнения магнитомеханического преобразователя (выполнение сердечника составным из двух частей) при использовании любой из ранее описанных схем управления гарантировано обеспечивает ограничение величины диапазона перемещения центра масс исполнительного элемента 6 в заданных пределах, что расширяет его эксплуатационные возможности.

Физический принцип ограничения величины диапазона перемещения центра масс исполнительного элемента 6 в заданных пределах в варианте исполнения магнитомеханического преобразователя по фиг. 5 и 6 графически проиллюстрирован на фиг. 12, где приведены зависимости изменения длины ΔL_x сердечника 5 от напряженности H_x и H_y магнитных полей, ориентированных соответственно вдоль продольной и поперечной осей сердечника 4, части 24 и 25 которого выполнены из сплавов системы (Tb, Dy, Er)Fe₂ и (Sm, Dy)Fe₂ с длинами 10 мм и 12 мм соответственно. Кривые I и II на фиг. 12 показывают зависимости _L_x от H_x и H_y для отдельных частей 24 и 25 сердечника 5 соответственно. Кривая III является результирующей от сложения магнитострикционных изменений длины обеих частей 24 и 25 сердечника 5 магнитомеханического преобразователя в процессе управления им согласно одной из вышеописанных схем управления.

Следует также отметить, что в вариантах конструктивного выполнения магнитомеханического преобразователя по фиг. 3, 4 и фиг. 5, 6, согласно которым в зоне сердечника 5 создается (посредством вспомогательного источника 20 постоянного магнитного поля) постоянное поле подмагничивания, целесообразно обеспечить (например, механическим путем) предварительно напряженное состояние в материале сердечника 5.

В этом случае появляется возможность увеличить величину Δ²L¹_{x max} зоны максимального остаточного магнитострикционного изменения линейного сердечника 5 до величины Δ²L¹_x¹_max (см. фиг. 13), уменьшив, при этом, величину напряженности вспомогательного постоянного магнитного поля (поля подмагничивания) и величину напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника 5, что наглядно показано на фиг. 13 графических материалов.

То есть, на фиг. 13 показаны петли IV и V гистерезиса магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 в ненапряженном и предварительно напряженном состояниях, соответственно величины Δ²L¹_{x max} и Δ²L¹_x¹_max зон максимального остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 и величины напряженностей вспомогательного постоянного магнитного поля (поля подмагничивания) для каждого из указанных случаев.

Из данной иллюстрации видно, что величина Δ²L¹_x¹_max (равная отрезку ΔL_x3 - ΔL_x4) искусственно увеличенной зоны максимального остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 для кривой V значительно больше величины Δ²L¹_{x max} (равной отрезку ΔL_x1- ΔL_x2) зоны максимального остаточного магнитострикционного изменения линейного размера сердечника 5 для кривой IV, при этом величина H¹¹_xp напряженности вспомогательного постоянного магнитного поля для кривой V меньше величины H¹_xp напряженности вспомогательного постоянного магнитного поля для кривой IV.

Однако необходимо учитывать, что при создании в сердечнике 5 предварительных напряжений должны быть соблюдены следующие условия:
- при выполнении сердечника 5 из материала с положительной магнитострикцией в нем создают предварительное напряжение растяжения;
- при выполнении сердечника 5 из материала с отрицательной магнитострикцией в нем создают предварительное напряжение сжатия.

Совершенно очевидно, что в любом из вышеописанных вариантов выполнения магнитомеханического преобразователя в процессе сохранения во времени заданного положения координаты центра масс исполнительного элемента 6 не требуется наличие основного магнитного поля в зоне сердечника 5. Следовательно в этот период времени, при необходимости, можно демонтировать основной источник магнитного поля, уменьшив, тем самым, габаритные размеры магнитомеханического преобразователя. Именно для этого случая целесообразно корпус 1 магнитомеханического преобразователя выполнять из двух частей 2 и 3, связанных между собой посредством разъемного соединения 4.

Таким образом, патентуемое изобретение может быть использовано в области электротехники и средств автоматики, а именно может быть использовано, например, в качестве задатчика регулируемых перемещений для прецизионного позиционирования исполнительных элементов приборов, машин и механизмов, в том числе 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, перемещения 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 прочих приборах, механизмах и устройствах, требующих обеспечения высокой точности позиционирования исполнительных органов.

Формула изобретения

1. Магнитомеханический преобразователь, содержащий магнитную систему с основным управляемым источником магнитного поля и установленные в корпусе сердечник, состоящий по меньшей мере из одной части, выполненной из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, кинематически связанный с сердечником с возможностью перемещения относительно корпуса, при этом основной управляемый источник магнитного поля магнитной системы расположен с возможностью создания магнитного поля в зоне сердечника, отличающийся тем, что основной управляемый источник магнитного поля включат по меньшей мере один постоянный магнит и установлен с возможностью создания в зоне сердечника не совмещенных во времени импульсов магнитного поля с различным, относительно направления перемещения исполнительного элемента, направлением вектора напряженности магнитного поля в этих импульсах, посредством возвратно-поступательного перемещения и/или поворота относительно сердечника этого основного управляемого источника магнитного поля, а по меньшей мере одна часть сердечника выполнена из магнитострикционного материала с остаточной магнитострикцией.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что магнитная система снабжена вспомогательным источником постоянного магнитного поля, расположенным с возможностью создания в зоне сердечника постоянного магнитного поля со значением напряженности, меньшим значения напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника в направлении этого постоянного магнитного поля.

3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что вспомогательный источник постоянного магнитного поля выполнен в виде по меньшей мере одного постоянного магнита.

4. Преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что вспомогательный источник постоянного магнитного поля снабжен магнитопроводом и установлен на последнем со стороны расположения сердечника.

5. Преобразователь по п. 1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что по меньшей мере одна часть сердечника выполнена из материала с магнитной текстурой и/или магнитной анизотропией.

6. Преобразователь по п. 1, 2, 3, 4 или 5, отличающийся тем, что сердечник установлен в корпусе с возможностью фиксированного поворота относительно его геометрической оси, совпадающей с направлением перемещения исполнительного элемента.

7. Преобразователь по п. 1, 2, 3, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что сердечник состоит из двух частей, которые выполнены из магнитострикционных материалов с противоположной по знаку и различной по величине магнитострикцией, при этом длины частей сердечника выбраны из следующих условий:


а магнитострикционные материалы упомянутых частей сердечника удовлетворяют следующим условиям:
при 0 ≅ H_x ≅ H_{x max};
при 0 ≅ H_y ≅ H_{y max},
где
L₁, L₂ - длины частей сердечника;
Λr₁, Λr₂, Λ₁, Λ₂ - - остаточные магнитострикции первой и второй частей сердечника, магнитострикции первой и второй частей сердечника соответственно;
H_x, H_y - напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитных полей;
H_{x max}, H_{y max} - максимальные значения напряженности магнитных полей, создаваемых основным управляемым источником магнитных полей;
8. Преобразователь по п. 1, 2, 3, 4, 5, 6 или 7, отличающийся тем, что в качестве магнитострикцинного материала по меньшей мере одного элемента сердечника использован сплав с гигантской магнитострикцией.

9. Преобразователь по п. 8, отличающийся тем, что в качестве сплава с гигантской магнитострикцией использован сплав TbFe₂ и/или SmFe₂.

10. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что геометрическая ось по меньшей мере одной части сердечника, совпадающая с направлением перемещения исполнительного элемента, расположена вдоль оси легчайшего намагничивания материала этой по меньшей мере одной части сердечника.

11. Способ управления магнитомеханическим преобразователем, включающим магнитную систему, сердечник, выполненный из магнитострикционного материала, а также исполнительный элемент, заключающийся в том, что осуществляют процесс изменения координаты положения центра масс исполнительного элемента посредством создания в зоне сердечника основного магнитного поля и по меньшей мере однократного изменения величины напряженности этого магнитного поля в пределах от нулевого значения до значения напряженности, обеспечивающей магнитострикцию технического насыщения материала сердечника в направлении этого основного магнитного поля, и сохраняет во времени заданное положение координаты центра масс исполнительного элемента, отличающийся тем, что основное магнитное поле, в зоне сердечника, создают в виде не совмещенных во времени импульсов не параллельных между собой магнитных полей, а сохранение во времени заданной координаты положения центра масс исполнительного элемента осуществляют при нулевой напряженности основного магнитного поля в зоне сердечника в период времени между упомянутыми импульсами магнитных полей и в пределах максимального остаточного изменения линейного размера сердечника, возникающего вследствие наличия в материале сердечника гистерезиса магнитострикции.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в зоне сердечника создают вспомогательное постоянное магнитное поле со значением напряженности, меньшим напряженности магнитного поля технического насыщения материала сердечника в направлении этого вспомогательного магнитного поля, а сохранение во времени координаты заданного положения центра масс исполнительного элемента осуществляют в пределах максимального остаточного изменения линейного размера сердечника, возникающего вследствие наличия в материале сердечника гистерезиса магнитострикции, лимитируемого напряженностью вспомогательного постоянного магнитного поля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13