201999. lajstromszámú szabadalom • Berendezés fordulatszám és/vagy periódikus elmozdulás érzékelésére és eljárás monodoménes szerkezetű vasmag előállítására a berendezéshez
1 HU 201 999 B 2 A találmány tárgya berendezés fordulatszám és/vagy periodikus elmozdulás érzékelésére és eljárás monodoménes szerkezetű vasmag előállítására a berendezéshez. Mint ismeretes, a mikorelcktronika széleskörű elterjedésével egyidőben megnőtt az igény a különböző fizikai mennyiségeket elektromos jellé, a mikroprocesszoros rendszerek számára feldolgozható információvá alakító berendezések iránt. Mivel a mikroprocesszoros rendszerekkel elérhető szabályozás, vezérlés pontossága elsősorban a bejövő adatok pontosságától függ, a berendezésekkel szemben támasztott követelmények növekedtek. Az átalakítás pontossága sokszor 1% alatt kell, hogy legyen, széles határokon belül (-40 -+125 °C) egyidejű nagy mechanikai igénybevétel mellett. Fontos szempont a megbízhatóság, ugyanakkora mikroelektronikai alkatrészek, rendszerek ára folyamatosan csökken, tehát a berendezések ára ezzel összhangban kell legyen. A gyakorlati életben gyakran szükség van periodikus mozgások (lásd gépipar-automatizálás, robottechnika) vagy fordulatszám érzékelésére. Az ilyen feladatokat, amennyiben nehéz környezeti körülmények között kell a berendezéseknek működni, általában mágneses érzékeléssel oldják meg, vagy úgy, hogy a tekercsben feszültség indikálódjon, vagy Hali-típusú jeladókkal. Az előbbi nagy hibája, hogy a keletkező feszültség nagysága a sebességtől függ, ez utóbbi megoldás viszont nagyon költséges és magas szintű félvezető technológiát igényel. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt nehézségek egyidejű kiküszöbölése. A találmánnyal megoldható feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás kidolgozása, mely alkalmas monodoméncs szerkezetű vasmag előállítására és ennek felhasználásával fordulatszám és/vagy periodikus elmozdulás érzékelésére alkalmas berendezés kialakítása. A találmány alapja az a felismerés, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha a mágneses tér változásakor egy monodoménes vasmagú tekercsben indukálódik a feszültség. A feladat megoldásához a monodoménes szerkezetű vasmag előállítása alapvető fontosságú, és a berendezés használhatósága a megfelelő tulajdonságú vasmagtól függ. Ugyanis a berendezés azon alapul, hogy a mágneses tér hirtelen megváltozását kell detektálni nagy kapcsolási pontossággal. Ha az érzékelő elem vasmagja nem monodoménes, akkor az anyag a külső mágneses tér hatására nem ugrásszerűen, egy nagy, ún. Barkhausen ugrással, hanem sok kis ugrás egymásutánjával telítődik mágnesesen, aminek következtében az érzékelő tekercsben sok kicsi, időben elkent impulzus generálódik. Viszont a monodoménes szerkezet biztosítja azt, hogy a mágneses tér megváltozásakor egyetlen ugárssal történik az átmágneseződés. Ennek az előnye az (ami ennél a berendezésnél alapvető szempont), hogy az ugrás mindig ugyanannál a mágneses tér értéknél következik be, tehát a berendezés megfelelő kapcsolási pontosságát és reprodukálhatóságát biztosítja. A másik előny az, hogy az így keletkező impulzus kellően nagy lesz, tehát a bonyolult elektronikus jclcrősílés megtakarítható. Monodoménes szerkezetű vasmag előállítása nem egyszerű technikai feladat, mert energetikailag a lemágnesezett állapot - tehát a sokdoménes szerkezet - a legkedvezőbb. Megoldásként egy különleges tulajdonságú lágy mágneses anyag, az ún. fémüveg alkalmazását tartottuk a legjobbnak. Ez olyan vasötvözet, amelyet olyan gyorsan hűlünk le a megolvadt állapotából, hogy az anyagnak nincs ideje átkristályosodni, így szerkezete amorf marad. A gyártástechnológia paramétereinek változtatásával ezen anyagok tulajdonságai széles körben változtathatók. A mi esetünkben olyan anyagra van szükség, amelynek a magnetostrikciós állandója nagy, mert ez teszi lehetővé, hogy a mechanikai feszítés hatására a kívánt monodoménes szerkezetű mintákat alakíthassuk ki. Ennek a fizikai alapja az, hogy a nagy magnctostrikciójú, feszítés alatt álló mintákban a doménfalak energiája olyan nagy, hogy energetikailag a monodoménes szerkezet kedvezőbb, mintha doménfalak lennének jelen az anyagban. A találmány szerinti eljárás egy olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, amelynek során szabad olvadéksugaras gyorshűlés (melt spinning) eljárással FegoSisCiBw vagy FenV^Bj,, összetételű fémüveg szalagot állítunk elő, úgy, hogy az olvadékot 25-40 m/s sebességgel forgó korong palástjára fecskendezzük, ÍOMO6 K/s hűtési sebességgel hűtjük, ezáltal 10 7-nél nagyobb magnetostrikciójú, 8000-nél nagyobb kczdőpermeabilitású, 450-500 ‘C Curie hőmérsékletű, 0,3-1 mm szélességű és 15-25 pm vastagságú fémüveget nyerünk. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a mechanikai feszítést úgy hozzuk létre, hogy a fémüveget minimum 1 mm maximum 20 mm átmérőjű magra feltekerjük és hőkezeljük, majd előnyösen elekropolírozással kristálycsírállanítjuk. Ezután kiegyenesítve a fém üveget 5-20 mm hosszúságú darabokra vágjuk és hordozóra ragasztjuk. A találmány értelmében célszerű, ha a hőkezelést minimum 300 maximum 430 "C-on, minimum 10 maximum 50 percig végezzük. Nevezetesen célszerű, ha hordozóként bakelitet vagy szálerősített műanyag lemezt alkalmazunk. Célszerű továbbá, ha a fémüveg alapanyagként vas vagy kobalt alapú átmeneti fémmel ötvözött olvadékot használunk. A találmány szerinti berendezés egy olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek műgyantával kiöntött tokban elhelyezkedő mérőrése és a mérőrésben mozgatható mágneses árnyékolója van. A továbbfejlesztés vagyis a találmány abban van, hogy a berendezésnek tekercse és állandó mágnese is van. A monodoménes szerkezetű vasmag a tekercsben van elhelyezve. A tekercs és az állandó mágnes a műgyantával kiöntött tokban a mérőrés átellenes oldalán van elrendezve. A mérőrés alja és a mágneses árnyékoló között beállító hézag van. A találmány értelmében célszerű, ha a toknak rögzítő furatai is vannak. Nevezetes célszerű, ha a mágneses árnyékoló réssel ellátott vaslemez. Célszerű továbbá, ha a mágneses árnyékoló vasserleg, melynek szimmetriatengelyével párhuzamosan billentő hézagja és forgató tengelye van. Célszerű továbbá még az is, ha a tok alumíniumból van kialakítva. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, melyen a találmány szerinti eljárás a berendezés példakénti kiviteli alakjait tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti eljárás idődiagramja; a 2. ábra a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakja;a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
