CS265832B1

CS265832B1 - Apparatus for electromagnetic positioning

Info

Publication number: CS265832B1
Application number: CS874873A
Authority: CS
Inventors: Rudolf Ing Csc Trnka; Jaroslav Ing Brany
Original assignee: Trnka Rudolf; Brany Jaroslav
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1987-06-29
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS487387A1

Abstract

žegení se týká zařízení pro elektromagnetické nastavování polohy. Obsahuje permanentní magnety, cívky elektromagnetů s jádry a magnetické jha s magnetickými nástavci. Je vhodné pro nastavování a přestavování polohy měřicích snímačů, elektronických a optoelektronických senzorů a částí optických systémů. Je též využitelné pro vyvažování periodických harmonických a neharmonických pohybů.The term "swing" refers to a device for electromagnetic positioning. It contains permanent magnets, electromagnet coils with cores and magnetic yokes with magnetic attachments. It is suitable for adjusting and repositioning measuring sensors, electronic and optoelectronic sensors and parts of optical systems. It is also useful for balancing periodic harmonic and non-harmonic movements.

Description

Vynález se týká zařízeni pro elektromagnetické nastavování polohy, obsahující permanentní magnety, cívky elektromagnetů s jádry a magnetická jha s magnetickými nástavci·BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic positioning device comprising permanent magnets, coils of electromagnets with cores and magnetic yokes with magnetic extensions.

V současné' době jsou známa zařízení, umožňující elektromagnetické nastavování polohy, obsahující cívky elektromagnetů s jádry a magnetické obvody, respektive jha z feromagnetických materiálů. U těchto známých zařízení je okamžitá výchylka kotvy dána v ustáleném stavu velikostí budící síly úměrné druhé mocnině protékajícího proudu elektromagnetů a dále velikostí direktivní síly vyvolané nejčastěji ocelovými nebo pryžovými pružinami· Nevýhodou těchto zařízení je principiálně nelineární závislost výchylky kotvy na proudu elektromagnetů, nutnost konstrukce 8 použitím součástí vyvozujících direktivní sílu, nutnost seřízení rovnovážné polohy správným předepnutím těchto součástí a dále únava, respektive stárnutí těchto součástí, a tím pokles direktivní síly. Jsou též známa zařízení s permanentními magnety, nejčastěj i ve tvaru trubky nebo toroidu. U těchto známých zařízení je v pracovní oblasti výchylka kotvy v rovnovážném stavu úměrná hodnotě protékajícího proudu elektromagnetů a remanentní indukce permanentního magnetu·At present, there are known devices enabling electromagnetic positioning, comprising coils of electromagnets with cores and magnetic circuits or yokes of ferromagnetic materials. In these known devices, the instantaneous deflection of the anchor is given in the steady state by the magnitude of the excitation force proportional to the square of the electromagnetic current flowing and the magnitude of the directive force most often caused by steel or rubber springs. the need to adjust the equilibrium position by correctly preloading the components, and furthermore the fatigue and / or aging of the components, thereby decreasing the directive force. Permanent magnet devices are also known, most often in the form of a tube or a toroid. With these known devices, the equilibrium armature displacement of the armature is proportional to the value of the electromagnet flowing current and the remanent permanent magnet induction ·

Při změně remanentní indukce s teplotou dochází i ke změně závislosti výchylky kotvy na velikosti proudu elektromagnetů.When the retentive induction with temperature changes, the anchor displacement depends on the magnitude of the electromagnet current.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení pro elektromagnetické nastavování polohy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pohyblivý permanentní magnet kotvy je umístěn mezi pevnými permanentními magnety tak, že osy magnetů jsou situovány do jedné přímky. Pevné permanentní magnety jsou orientovány tak, že sousedí s permanentním magnetem kotvy vždy souhlasným magnetickým gólem· Bále k pevným permanentním magnetům přiléhají vždy ze strany odvrácené od permanentního magnetu kotvy jedním koncem jádra elektromagnetů, na nichž jsou pevně nepohyblivě umístěny cívky elektromagnetů.These drawbacks are overcome by the electromagnetic positioning device according to the invention, which is characterized in that the movable permanent magnet of the armature is positioned between the fixed permanent magnets so that the axes of the magnets are situated in a single line. The fixed permanent magnets are oriented so that they adjoin the permanent magnet of the armature always with the same magnetic goal.

- 2 265 832- 2 265 832

Ke druhým koncům jader elektromagnetů přiléhají magnetické jha, které obepínají z vnější strany cívky elektromagnetů a přesahuji přes pevné permanentní magnety a vzduchovou mezeru mezi pevnými permanentními magnety a permanentní magnet kotvy až k hraně permanentního magnetu kotvy· Oha jsou na koncích nad mezemami mezi pevnými permanentními magnety a permanentním magnetem kotvy opatřena magnetickými nástavci·Magnetic yokes adjoin the other ends of the solenoid cores, which encircle the solenoid coil from the outside and extend beyond the fixed permanent magnets and the air gap between the fixed permanent magnets and the permanent anchor magnet to the edge of the permanent anchor magnet. and permanent magnet anchor with magnetic extensions ·

Hlavní výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že výchylka permanentního magnetu kotvy v ustáleném stavu je v pracovní oblasti úměrná hodnotě proudu cívky elektromagnetu a není závislá na teplotě a dále že neobsahuje direktivní pružiny, čímž odpadá nutnost seřizování těchto pružin.The main advantages of the device according to the invention are that the deflection of the permanent magnet of the armature in the steady state is proportional to the value of the solenoid coil current in the working area and does not depend on temperature and furthermore free of directive springs.

Příklad provedení zařízení pále vynálezu je znázorněn na obr.An example of an embodiment of the apparatus according to the invention is shown in FIG.

a 2.and 2.

Permanentní magnet 3 kotvy je podle obr. 1 pohyblivě umístěn mezi pevnými permanentními magnety 1 a 2, které jsou orientovány tak že se s tímto permanentním magnetem odpuzují. Proto ve stayu, kdy cívkami 6 a 7 elektromagnetů protéká nulový proud, zaujímá permanentní magnet 3 kotvy klidovou polohu v rovnovážné poloze silového působení pevných permanentních magnetů 1 a 2. K pevným permanentním magnetům 1 a 2 přiléhají jedním koncem ze stran odvrácených od permanentního magnetu 3 kotvy jádra 4 a 5 elektromagnetů, na nichž jsou pevně umístěny cívky 6 a 7 elektromagnetů.According to FIG. 1, the permanent armature magnet 3 is movably positioned between the fixed permanent magnets 1 and 2, which are oriented so as to repel with the permanent magnet. Therefore, in the stay, when zero current flows through the solenoid coils 6 and 7, the permanent magnet 3 of the anchor assumes a rest position in the equilibrium force force position of the fixed permanent magnets 1 and 2. the electromagnet core anchors 4 and 5 on which the electromagnet coils 6 and 7 are fixed.

K opačným koncům jader 4 a 5 elektromagnetů přiléhají magnetická jha 8 a 9. Tato jha obepínají z vnější strany cívky 6 a 7 elektromagnetů, přesahují přes pevné permanentní magnety 1 a 2, vzduchové mezery mezi těmito magnety a permanentním magnetem 3 kotvy a končí nad hranou permanentního magnetu 3 kotvy. Ze strany přivrácené k permanentním magnetům 1 a 3, respektive 2 a 3, jsou magnetická jha 8a 9 opatřena na koncích nad vzduchovými mezerami mezi permanentními magnety 1 a 2 a permanentním magnetem 3 kotvy magnetickými nástavci 10 a 11. Polohovaný objekt 14 je spojen s permanentním magnetem 3 kotvy přes páku 12 kotvy, které prochází mezerou mezi magnetickými jhy 8 a 9 a je připevněna k permanentnímu magnetu 3 kotvy a k otočnému ložisku 13· □ádro 4 elektromagnetu, respektive 5, magnetické jho 8, respektive 9, magnetický nástavec 10, respektive 11. vzduchová mezera mezi magnetickým jhem 8,respektive 9₍a pevným permanentním magnetem l,respektive 2, pevný permanentní magnet 1, respek3Magnetic yokes 8 and 9 adjoin the opposite ends of the electromagnet cores 4 and 5. These yokes surround the outer side of the electromagnet coils 6 and 7, extend over the fixed permanent magnets 1 and 2, the air gaps between these magnets and the permanent magnet 3 anchor permanent magnet 3 anchors. On the side facing the permanent magnets 1 and 3 and 2 and 3 respectively, the magnetic yokes 8 and 9 are provided at the ends above the air gaps between the permanent magnets 1 and 2 and the permanent anchor magnet 3 with magnetic extensions 10 and 11. an anchor magnet 3 through an anchor lever 12 which extends through the gap between the magnetic yokes 8 and 9 and is attached to the permanent anchor magnet 3 and to the rotary bearing 13 · the electromagnet core 4 and 5, the magnetic yoke 8 and 9 respectively 11. air gap between magnetic yoke 8 and 9 ₍ and fixed permanent magnet 1 and 2 respectively, fixed permanent magnet 1 and 3 respectively)

265 832 tive 2, částečně i vzduchová mezera mezi magnetickým jhem {^respektive 9, a permanentním magnetem 3 kotvy, část permanentního magnetu 3 kotvy a vzduchová mezera mezi permanentním megnetem 3 kotvy a pevným permanentním magnetem l_yrespektive 2,představují hlavní magnetické obvody, přes které se uzavírají magnetické toky, vyvolané proudem cívek 6,resp. 7,elektromagnetů. Cívky 6 a 7 elektromagnetů mohou být zapojeny buň paralelně, nebo sériově, ale vždy tak, aby vyvolávaly v ose permanentních magnetů magnetický tok navzájem v opačném směru. Jakmile cívkami 6 a 7 elektromagnetů protéká elektrický proud takové polarity, že se magnetický tok prvního pevného permanentního magnetu 1 zvyšuje, magnetický tok druhého pevného permanentního magnetu 2 se snižuje. Obdobným způsobemTelektrický proud opačné polarity. Proto se podle polarity a velikosti proudu, cívek 6 a 7 elektromagnetů vychyluje permanentní magnet 3 kotvy ze střední polohy na jednu nebo druhou stranu ve směru osy permanentních magnetů 1, 2 a 3. Při poklesu remanentní indukce permanentního magnetu 3 kotvy vlivem teploty klesá i silové působení magnetických toků cívek 6 a 7 elektromagnetů současně však klesá i direktivní silové působení pevných permanentních magnetů 1 a 2, takže zařízení je tímto teplotně kompenzováno.265832 tive 2, partly air gap between the magnetic yoke {^ 9 respectively, and the permanent magnet 3 of the armature, the permanent magnet 3 of the armature and the air gap between the permanent MEGA three armature and a fixed permanent magnet l _y 2, respectively, represent the main magnetic circuits, through which the magnetic fluxes induced by the current of the coils 6, respectively, are closed. 7, electromagnet. The solenoid coils 6 and 7 may be connected in parallel or in series, but always so as to generate a magnetic flux in the opposite direction to each other in the axis of the permanent magnets. As soon as an electric current of such polarity flows through the electromagnet coils 6 and 7 that the magnetic flux of the first solid permanent magnet 1 increases, the magnetic flux of the second solid permanent magnet 2 decreases. In a similar way, an electric current of opposite polarity. Therefore, depending on the polarity and magnitude of the current, coils 6 and 7, the armature permanent magnet 3 deflects from the central position to one side or the other in the direction of the axis of the permanent magnets 1, 2 and 3. at the same time, however, the direct force action of the fixed permanent magnets 1 and 2 decreases, so that the device is temperature compensated.

Polohovaný objekt 14 lze připevnit k páce 12 kotvy buň přímo podle obr. 1, nebo s použitím polohovací tyče 16 podle obr. 2. Polohovací tyč 15 je s pákou 12 kotvy spojena ve svém druhém otočném ložisku 17 a dále je připevněna k ramenu 18, se kterým je spojena ve svém prvním otočném ložisku 16. Rameno 18 je druhým koncem upevněno ve svém pevném otočném ložisku 19.The positioning object 14 can be attached to the armature arm 12 directly in accordance with FIG. 1, or using the positioning rod 16 of FIG. 2. The positioning rod 15 is coupled to the armature arm 12 in its second rotary bearing 17 and further attached to the arm 18, with which it is connected in its first pivot bearing 16. The arm 18 is secured by its other end in its fixed pivot bearing 19.

Rozměry páky 12 kotvy a ramene 18 je možno zvolit podle známého principu tak, aby polohovaný objekt 14 vykonával pohyb po dráze, která má tříbodový dotyk s přímkou.The dimensions of the armature lever 12 and the arm 18 can be selected according to the known principle so that the positioning object 14 performs a movement on a path having a three-point contact with the straight line.

Otočná ložiska 16 a 17 polohovací tyče 15 a otočné ložisko 13 páky 12 kotvy mohou být nahrazena planžetami a planžetovými závěsy. V zařízení mohou být využity permanentní magnety ze všech magneticky tvrdých materiálů, výhodné jsou materiály ferritové nebo slitiny vzácných zemin. Magnety mohou mít tvar válcový nebo tvar hranolů, popřípadě dutých válců - trubek, toroidů - nebo hranolů s otvory. Výhodné jsou magnety z magneticky uspořádaně orientovaného materiálu, tzv. anisotropní magnety. Jako pevné magnety permanentní 1 a 2 je možno použít magnety koncentricky magnetované. Potom se použije permanentní magnet 3 kotvy lineárněThe pivot bearings 16 and 17 of the positioning rod 15 and the pivot bearing 13 of the armature lever 12 can be replaced by blades and blades. Permanent magnets of all magnetically hard materials can be used in the device, ferritic or rare earth alloys being preferred. The magnets can be cylindrical or prism-shaped or hollow cylinders - tubes, toroids - or prisms with holes. Magnets of magnetically oriented material, so-called anisotropic magnets, are preferred. Concentric magnets can be used as permanent magnets 1 and 2. The permanent anchor magnet 3 is then used linearly

- 4 265 832 axiálně magnetovaný o velikosti plochy kolmé k oae permanentních magnetů 1, 2 a 3_?odpovídející velikosti plochy pevných permanentních magnetů 1 a 2 se zvýšenou indukcí· Magnetická jha § a 9 mohou být zhotovena z trubky nebo hranolů či pásů plechu· Pevné permanentní magnety 1 a 2 nebo permanentní magnet 3 kotvy mohou být složeny z několika magnetů· Pro zvýšení direktivní síly obvodu permanentních magnetů je možno umístit bud paralelně s pevnými permanentními magnety další shodně orientované pevné permanentní magnety,nebo paralelně s permanentním magnetem kotvy další pevné opačně magneticky orientované permanentní magnety· Pro zvýšení polohovací síly je možno spojit několik zařízení za sebou v ose mechanicky do série, přičemž sousedící části mohou být u dvou dílčích sousedních zařízení společné* Oe též možno propojit mechanicky několik zařízení paralelně přímo nebo přes dyouramenou páku·4 265 832 axially magnetized with a surface area perpendicular to the o and o of permanent magnets 1, 2 and 3 _? Corresponding to the size of the permanent permanent magnets 1 and 2 with increased induction · Magnetic yokes § and 9 can be made of tube or prisms or strips of sheet · Fixed permanent magnets 1 and 2 or permanent magnet 3 anchors can be composed of several magnets · Permanent magnet perimeter forces can be placed either parallel to the fixed permanent magnets, other identically oriented fixed permanent magnets, or parallel to the permanent magnet of the anchor other fixed oppositely magnetically oriented permanent magnets · To increase the positioning force, several devices can be connected mechanically in series whereby adjacent parts may be common in two partial adjacent devices. It is also possible to mechanically interconnect several devices in parallel directly or via a dyed arm.

Zařízení je vhodné zejména k polohování optických a elektronických senzorů, části optických systémů, měřících snímačů apod*The device is particularly suitable for positioning optical and electronic sensors, parts of optical systems, measuring sensors, etc. *

Je též využitelné pro vyvozování periodických harmonických a neharmonických pohybů.It can also be used to derive periodic harmonic and non-harmonic movements.

Claims

Electromagnetic positioning device comprising permanent magnets, cores of electromagnets with cores and magnetic yoke with magnetic attachments characterized in that the first fixed permanent magnet (1), the second fixed permanent magnet (2) and the permanent magnet (3) of the anchor are arranged by their axes in one line, the permanent armature magnet (3) being positioned between the fixed permanent magnets (1, 2) adjacent to it by the matching magnetic poles, further adjacent to the fixed permanent magnets (1, 2) from the sides facing away from the permanent magnet (3) electromagnet core anchors (4, 5) on which the electromagnet coils (6, 7) are fixed and which, on the opposite side, are adjacent to magnetic yokes (8, 9) which surround the coil outside (6, 7) electromagnets and extend beyond the fixed permanent magnets (1, 2) and the air gaps between the fixed permanent magnets (1, 2) and the permanent mag the anchor net (3) to the edges of the permanent magnet (3) of the anchor, the magnetic yokes (8, 9) being provided at the ends above the air gap between the permanent magnets (1, 2, 3) 2) and a permanent anchor magnet (3) by magnetic extensions (10, 11) *, wherein the permanent anchor magnet (3) is connected to the positioning object (14).

2. Device according to claim 1, characterized in that an armature lever (12) which extends through the gap between the magnetic yokes (8, 9) and is rotatably mounted in the rotary bearing (13) is attached to the permanent armature magnet (3) _? wherein a positioning object (14) is attached thereto.

An apparatus according to claim 1, characterized in that an armature lever (12) extends through the gap between the magnetic yokes (8, 9) and is rotatably mounted in the rotary bearing (13) to the permanent armature magnet (3). a positioning rod (15) is attached to the armature lever (12) in the second pivot bearing (17), to which the positioning object (14) is attached and which is further connected in the first pivot bearing (16) to the arm (18) fixed rotary bearing (19).