Магнитоуправляемый модуль

Полезная модель относится к управляемым приводам для преобразования электромагнитной энергии в механическую и может быть использована в машиностроении, приборостроении, робототехнике, протезировании.
Известно устройство под названием «Электрогидравлический привод Козлова А.А.», включающее камеры с эластичными стенками, заполненные жидким ферромагнетиком и снабженные электрическими обмотками, состоящими из последовательно включенных катушек индуктивности (SU 901611 А1, опубл. 30.01.1982). Известное устройство обладает рядом недостатков, среди которых можно указать сложность конструкции, большие габариты и вес, а также недостаточную надежность из-за наличия жидкости, которая в случае образования трещин, может вытекать.
Известно также устройство под названием «Искусственная мышца», содержащее камеры с эластичными стенками, заполненные веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки, при этом камеры выполнены торообразной формы и заключены в одну или несколько эластичных оболочек (RU 74671 U1, опубл. 10.07.2008, RU 2372056 С1, опубл. 10.11.2009). Недостатками известного устройства являются: сложность конструкции; нагрев при интенсивной работе, так как в конструкции присутствуют соприкасающиеся поверхности; низкая надежность, связанная с уменьшением хода «мышцы» в случае выхода из строя одной или нескольких камер с эластичными стенками, заполненными веществом с ферромагнитными свойствами.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство под названием «Искусственная мышца», включающее в себя подвижную камеру, выполненную в форме цилиндра, изготовленного из эластичного, легкосжимаемого материала, заполненного в своем объеме ферромагнитными металлическими частицами малого размера, к торцу которого крепится соленоид с ферритовым сердечником (RU 2598763 С2, опубл. 27.09.2016). Недостатком известного устройства является малая величина перемещения, осуществляемого при работе «Искусственной мышцы».
Технической задачей магнитоуправляемого модуля является повышение величины перемещения, достигаемого при его работе.
Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве, содержащем подвижную камеру, изготовленную из эластичного материала, магнитного наполнителя, и электромагнитную катушку, подвижная камера выполнена в виде гофрированной трубки диаметром, меньшим диаметра электромагнитной катушки, один конец которой закреплен внутри электромагнитной катушки, а магнитный наполнитель представляет собой мелкодисперсные ферромагнитные иглы, ориентированные в эластичном материале гофрированной трубки вдоль силовых линий магнитного поля и ее продольной оси.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.
Магнитоуправляемый модуль включает подвижную камеру в виде гофрированной трубки 1, в состав которой входят ферромагнитные металлические частицы в виде игл 2, электромагнитную катушку 3, диаметр которой больше диаметра гофрированной трубки 1. Один конец гофрированной трубки 1 закреплен внутри электромагнитной катушки 3, а на другом торце располагается крепление 4 для груза или рычага приводного механизма.
Обмотки электромагнитной катушки 3 соединены с контроллером, управляющим величиной электрического тока, подаваемого от источника тока. Контроллер и источник тока на чертеже не показаны.
Гофрированная трубка 1 изготовлена из эластичного материала, например, двухкомпонентного силикона, и магнитного наполнителя 2 из ферромагнитных металлических частиц карбонильного железа в виде металлических игл. Мелкодисперсные металлические иглы 2 ориентированы в эластичном материале вдоль продольной оси образца.
Ориентация частиц магнитного наполнителя производится на этапе изготовления предлагаемого устройства и достигается тем, что ферромагнитные металлические частицы вводятся в жидкий компаунд на этапе его застывания и подвергаются воздействию контролируемого магнитного поля. Частицы ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля, прилагаемого вдоль продольной оси образца. Воздействие магнитным полем продолжается вплоть до полного застывания компаунда.
Гофрированная трубка 1 частично расположена внутри электромагнитной катушки 3 и выполняет роль сердечника. При подаче напряжения на обмотки электромагнитной катушки 3 гофрированная трубка 1 втянута внутрь катушки, а при отсутствии напряжения гофрированная трубка выдвинута из катушки.
При необходимости продольный ход магнитоуправляемого модуля можно увеличить в два раза (фиг. 2). Магнитоуправляемый модуль при этом имеет две гофрированные трубки, каждая из которых одним торцом закреплена внутри электромагнитной катушки.
Устройство работает следующим образом.
При подаче тока от источника питания через контроллер, управляющий величиной электрического тока, на обмотку электромагнитной катушки, создается магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным наполнителем гофрированной трубки, втягивает ее внутрь катушки (фиг. 1б), при этом гофрированная трубка выполняет роль сердечника. По мере втягивания гофрированной трубки, служащей рабочим органом устройства, внутрь электромагнитной катушки увеличивается усилие, обеспечивающее перемещение рабочего органа, за счет увеличения концентрации ферромагнитных металлических частиц внутри катушки, а это в свою очередь способствует увеличению полезного перемещения, достигаемого устройством. Увеличению полезного перемещения способствует также притяжение между собой продольно ориентированных ферромагнитных металлических частиц в виде игл внутри гофрированной трубки, которые под воздействием магнитного поля катушки намагничиваются, т.е. приобретают противоположно направленные заряды, при этом близкорасположенные частицы притягиваются друг ко другу в осевом направлении, усиливая по принципу суперпозиции магнитные свойства каждого витка гофры. При отключении питания рабочий орган возвращается в исходное положение (фиг. 1а).
Использование контроллера позволяет плавно изменять электрический ток, протекающий по электромагнитной катушке от ноля до максимального значения, что обеспечивает плавное перемещение рабочего органа с регулированием величины перемещения.
Использование предложенного технического решения позволит расширить эксплуатационные возможности устройства без снижения показателей надежности, энергоемкости, веса и габаритов устройства.