JP4284917B2 - Giant magnetostrictive linear actuator - Google Patents
Giant magnetostrictive linear actuator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4284917B2 JP4284917B2 JP2002081799A JP2002081799A JP4284917B2 JP 4284917 B2 JP4284917 B2 JP 4284917B2 JP 2002081799 A JP2002081799 A JP 2002081799A JP 2002081799 A JP2002081799 A JP 2002081799A JP 4284917 B2 JP4284917 B2 JP 4284917B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- giant magnetostrictive
- magnetostrictive element
- linear actuator
- pair
- movable parts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、0.1mm〜1mm程度の大変位振動が可能な超磁歪リニアアクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図19は従来の超磁歪アクチュエータの構成図である。この超磁歪アクチュエータは、駆動力を発生させる超磁歪素子2と、超磁歪素子2と接するようにして配設され出力を外部に伝える出力軸3Xと、磁気バイアスを超磁歪素子2に与えるための永久磁石8と、磁気回路を構成するヨーク7Xと、超磁歪素子2に予荷重を付与する予荷重ばね4Xと、起磁力を付与するための励磁コイル1とからなる。
【0003】
励磁コイル1に正弦波または矩形波等の交流電流を与えると、図20に示すように、ヨーク7Xおよび超磁歪素子2で構成される磁路中を通る磁束も交流的に変化する。これにより、磁歪が生じ、駆動周波数と同じ周波数の微小振動が生じる。その振動出力が出力軸3Xを通して外部へ伝達される。
【0004】
図21は超磁歪リニアアクチュエータの構成図である(特願2001−262875)。この超磁歪リニアアクチュエータは、L字状の可動部3Yを用い、てこの原理と機械的共振を利用した振幅拡大機構を有している。また、図22に示すように、L字状の可動部3Yを一対用いてカウンタ動作を実現した超磁歪リニアアクチュエータも提案されている。なお、図21,図22中の4は予荷重皿バネである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図19のアクチュエータでは、励磁コイル1を励磁することにより、出力軸3Xに出力として微小振動が生じるが、出力変位は、超磁歪素子2の伸縮による変位の振幅そのものであり、超磁歪素子2の軸方向の長さに対して最大1000〜2000ppmの微小振動しか取り出せない。例えば、超磁歪素子の軸方向の長さを10mmとすると、最大10〜20μm程度の振動となる。
【0006】
図21のアクチュエータでは、てこの原理と機械的共振を利用した振幅拡大機構により大振幅のリニア駆動が可能になるが、可動部3Yが超磁歪素子2の伸縮方向に対してほぼ直交方向に運動するので、振動が発生する。
【0007】
図22のアクチュエータでは、一対の可動部3Yが互いに逆向きに運動するので可動部3Yの運動方向の振動は大幅に低減できるが、超磁歪素子2の伸縮方向の振動を抑えることができない。
【0008】
なお、図21,図22のアクチュエータは開磁路構造であり、磁気効率が悪いという問題もある。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、振動の小さな超磁歪リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1記載の発明の超磁歪リニアアクチュエータは、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイルと、この励磁コイルによる極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する超磁歪素子と、この超磁歪素子の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子の両側にそれぞれ設けられる一対の可動部と、これら一対の可動部に対し超磁歪素子側へ予荷重を与える付加手段とを備え、各可動部の作用点となる一端と他端との間の支点寄りの両可動部に上記超磁歪素子の両端がそれぞれ接することを特徴とする。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、励磁コイルおよび超磁歪素子は、固定部材の両側に設けられる2組の励磁コイルおよび超磁歪素子により構成され、一方の組みの超磁歪素子の一端と他方の組みの超磁歪素子の一端とが一対の可動部とそれぞれ接することを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、付加手段が、超磁歪素子への予荷重を各可動部における上記超磁歪素子の両端が接する部位よりも支点寄りの位置に付加することを特徴とする。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1または2記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、一対の可動部をこれらの各他端側で支持するとともに一対の可動部間の励磁コイルおよび超磁歪素子を支持する支持体と、一対の可動部間に設けられこれらの間の励磁コイルおよび超磁歪素子を介して支持体と対向する磁性部材とを備え、一対の可動部および支持体は磁性体であり、超磁歪素子、一対の可動部、支持体および磁性部材により閉磁路を形成することを特徴とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、磁性部材が、一対の可動部の運動方向を含む平面と直交する方向において、一定の空隙を介して一対の可動部に対向するように配置されることを特徴とする。
【0015】
請求項6記載の発明の超磁歪リニアアクチュエータは、磁性材料により一の開口点を持つ断面C字状に形成されるヨークを備えるとともに、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイルと、この励磁コイルによる極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する超磁歪素子と、ヨークの開口点から一部が外部に突出する可動部と、超磁歪素子の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子の両側に予荷重を付加する付加手段とを上記ヨークの内部に備え、励磁コイルおよび超磁歪素子は可動部の残部の両側に設けられる2組の励磁コイルおよび超磁歪素子により構成され、付加手段はヨークの内壁に固定されて一方の組みの超磁歪素子の一端と他方の組みの超磁歪素子の一端とに予荷重を与え、可動部が自己の残部先端寄りで2組の超磁歪素子により狭持されることを特徴とする。
【0016】
ここで、本発明では、可動部の運動方向と超磁歪素子の伸縮方向とを一致させた振幅拡大機構により低振動化を図る。また、閉磁路構造により高効率化を実現する。
【0017】
一般的な磁歪素子は、純Ni、Fe−Ni系合金、NiやZnを添加したフェライト(酸化鉄)などの材料を用いて形成され、磁歪により全長の数十ppm程度の長さ弾性変化する。これに対して、超磁歪材料は、テルビウム(Tb)やディスプロジウム(Dy)などの希土類元素と鉄の合金により成り、磁歪により全長の1000〜2000ppm程度の長さ弾性変化する。このような超磁歪素子は、米国海軍によって開発され、ETREMA社によって実用化され、Terfenol−D(Tb0.3Dy0.7Fe1.91)などが知られている。本発明ではこのような超磁歪素子などが用いられる。
【0018】
上記構成の本発明によれば、てこ機構による増幅率、および共振系による増幅率を乗じたものが出力振幅となるため、大振幅のリニアアクチュエータを実現でき、可動部の出力の運動方向と超磁歪素子の伸縮方向とを一致させた振幅拡大機構により振動を抑え、閉磁路構造により高効率化が可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本発明に係る第1実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【0020】
第1実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、図1に示すように、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイル1と、この励磁コイル1の軸内に設けられ励磁コイル1による極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する棒状の超磁歪素子2と、この超磁歪素子2の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子2の両側にそれぞれ設けられる一対の可動部3と、これら一対の可動部3に対し超磁歪素子2側へ予荷重を与える一対の予荷重皿バネ4と、一対の可動部3間の励磁コイル1および超磁歪素子2を支持する支持体5とを備えている。
【0021】
この支持体5は断面コ字状に形成されており、支持体5の各端部51の内面に予荷重皿バネ4が固着されている。そして、各可動部3の作用点32となる一端と他端31との間の支点寄りの両可動部3に超磁歪素子2の両端がそれぞれ接する配置構造になっている。ただし、図1の例では、超磁歪素子2の両端に半球状の駆動力伝達部材21が設けられており、これらの駆動力伝達部材21の極点が動作点となって両可動部3と接する。また、超磁歪リニアアクチュエータは、各可動部の作用点32側が超磁歪素子2の伸縮による振動に共振するように構成される。さらに、支点は、動作点の上側(作用点32側)のその動作点寄りに設けられる。
【0022】
ここで、励磁コイル1の励磁周波数の2倍の周波数で各可動部3が運動する。振幅は、支点から動作点までの長さをl1 、支点から作用点32までの長さをl2 とすると、超磁歪素子2の伸縮×0.5×l2 /l1 ×共振増幅率で拡大される。
【0023】
このような構造の超磁歪リニアアクチュエータによれば、可動部3の作用点32の振動方向と超磁歪素子2の伸縮方向とが一致し、そして一対の可動部3が互いに逆方向に運動するので、各運動による振動がキャンセルされることになり、振動の小さな超磁歪リニアアクチュエータを実現することができる。
【0024】
なお、第1実施形態では、予荷重を付加する付加手段として皿バネが使用される構成になっているが、本発明の付加手段は、これに限らず、例えばコイルバネ等の他の弾性体でもよい。
【0025】
また、磁気バイアスをかけない構成になっているが、磁石または直流電流により磁気バイアスをかける構成でもよい。磁気バイアスをかけると、励磁電流の周波数と同じ周波数で可動部が運動する。
【0026】
(第2実施形態)
図2は本発明に係る第2実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【0027】
第2実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、図2に示すように、第1実施形態との相違点として、励磁コイルおよび超磁歪素子が、支持体5に連設される板状の固定部材52の両側に設けられる2組の励磁コイル1A,1Bおよび超磁歪素子2A,2Bにより構成され、一方の組みの超磁歪素子2Aの一端と他方の組みの超磁歪素子2Bの一端とが一対の可動部3とそれぞれ接する構造になっている。
【0028】
このような構造の超磁歪リニアアクチュエータによれば、2つの超磁歪素子2A,2Bの各他端が固定部材52に固定されるので、予荷重皿バネ4による予荷重の調節を左右独立で行うことができる。これにより、初期調節が容易となり生産性が向上する。
【0029】
(第3実施形態)
図3は本発明に係る第3実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【0030】
第3実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、第2実施形態との相違点として、超磁歪素子への予荷重をてこの原理を用いて付加する構造になっている。図3の例では、励磁コイル1A,1Bおよび超磁歪素子2A,2Bの作用点32側の各可動部3に孔3aが穿設され、両孔3aに棒状の予荷重付加用部材4Aが挿通されている。そして、予荷重付加用部材4Aの両端に、外形寸法が大きい端部41Aが固着され、各端部41Aと可動部3との間に、予荷重付加用部材4Aに挿通された予荷重付加バネ42Aが設けられている。
【0031】
このような構造の超磁歪リニアアクチュエータによれば、てこの原理により、予荷重を増幅することができ、調整の幅が広がる。また、予荷重を超磁歪素子の伸縮方向に設置する必要がなく、横幅を小さくすることができる。
【0032】
(第4実施形態)
図4は本発明に係る第4実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図、図5は同超磁歪リニアアクチュエータの特徴となる閉磁路の説明図、図6は同超磁歪リニアアクチュエータの比較対照となる閉磁路の説明図である。
【0033】
第4実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、第1実施形態との相違点として、図4に示すように、一対の可動部3間に設けられこれらの間の励磁コイル1および超磁歪素子2を介して支持体5と対向する、例えば鉄製の磁路バイパス6を備え、一対の可動部3および支持体5は磁性体であり、超磁歪素子2、一対の可動部3、支持体5および磁路バイパス6により閉磁路を形成する構造になっている。
【0034】
このような構造の超磁歪リニアアクチュエータによれば、図5に示すように閉磁路が形成されるから、図6に示す開磁路のものよりも磁気回路の磁気抵抗が減少し、超磁歪素子2を伸縮させるために必要な交番磁界を発生させる電流を抑えることができるため、高効率化を図ることができる。
【0035】
なお、第4実施形態では、磁路バイパス6を第1実施形態の超磁歪リニアアクチュエータに設けた構造になっているが、図7に示すように、磁路バイパス6を第2実施形態の超磁歪リニアアクチュエータに設ける構造にしてもよい。この構造でも、図8に示すように閉磁路が形成されるから、図9に示す開磁路のものよりも磁気回路の磁気抵抗が減少し、超磁歪素子2A,2Bを伸縮させるために必要な交番磁界を発生させる電流を抑えることができるため、高効率化を図ることができる。ただし、図7における固定部材52も磁性体になる。
【0036】
(第5実施形態)
図10は本発明に係る第5実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの外観図、図11は同超磁歪リニアアクチュエータの構成図、図12は同超磁歪リニアアクチュエータを出力部側から見た図である。
【0037】
第5実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、第4実施形態との相違点として、磁路バイパスと一対の可動部との間の空隙が、可動部の運動に依らず一定となることを特徴とする。図10〜図12の例では、磁路バイパス6Aは2枚の平行磁性体により成っている。
【0038】
ここで、磁路バイパス6Aから可動部3、可動部3から磁路バイパス6Aへの磁束の流れに対して可動部3の運動方向を垂直にすることにより、磁路中の空隙を一定とする。
【0039】
図4,図7の構造では、可動部3の運動により磁路中の空隙が大きくなり、磁路の磁気抵抗が増加するが、第5実施形態によれば、可動部3の運動に対して磁路中の空隙が一定となり、安定的に高効率化を図ることができる。
【0040】
なお、第5実施形態では、磁路バイパス6Aを図4の超磁歪リニアアクチュエータに設けた構造になっているが、図13〜図15に示すように、磁路バイパス6Aを図7の超磁歪リニアアクチュエータに設けてもよい。この構造でも安定的に高効率化を図ることができる。
【0041】
また、図10〜図15の例では、磁路バイパス6Aは2枚の平行磁性体により成るが、図16に示すようなH字状の磁性体により磁路バイパス6Bを形成するようにしてもよい。この構造でも安定的に高効率化を図ることができる。
【0042】
(第6実施形態)
図17は本発明に係る第6実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの外観図、図18は同超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【0043】
第6実施形態の超磁歪リニアアクチュエータは、図17,図18に示すように、磁性材料により一の開口点(支点)7aを持つ断面C字状に形成されるヨーク7を備えているとともに、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイル1と、この励磁コイル1による極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する超磁歪素子2と、ヨーク7の開口点7aから一部32Aが外部に突出する可動部3Aと、超磁歪素子2の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子2の両側に予荷重を与える一対の予荷重皿バネ4とをヨーク7の内部に備えている。
【0044】
励磁コイル1および超磁歪素子2は、可動部7の残部31Aの両側に設けられる2組の励磁コイル1A,1Bおよび超磁歪素子2A,2Bにより構成され、各予荷重皿バネ4は、ヨーク7の内壁に固定されて、一方の組みの超磁歪素子2Aの一端と他方の組みの超磁歪素子2Bの一端とに予荷重を与え、可動部3Aが自己の残部31A先端寄りで2組の超磁歪素子2A,2Bにより狭持される構造になっている。
【0045】
ここで、超磁歪素子2A,2Bは、一方の超磁歪素子が伸びている時にもう一方の超磁歪素子が縮んだ状態となるように励磁される。これにより、2つの超磁歪素子の伸縮に応じてその伸縮方向に可動部3Aが運動する。なお、各超磁歪素子と接する、可動部3Aの残部31Aの点が動作点であり、可動部3Aの一部32Aの先端が作用点となる。また、開口点(支点)7aと作用点との間の距離は、開口点(支点)7aと動作点との間の距離よりも長く設定される。
【0046】
このような構造の超磁歪リニアアクチュエータでは、2組の励磁コイル1A,1Bに交互に通電することにより可動部3Aが往復動するが、可動部3Aがどちらの方向に運動しているときでも超磁歪素子による駆動力が生じる。また、ほぼ閉磁路構造であるから、高効率化を図ることができる。
【0047】
なお、第6実施形態では、磁気バイアスをかけない構成になっているが、磁石または直流電流により磁気バイアスをかける構成でもよい。磁気バイアスをかけると、励磁電流の周波数と同じ周波数で可動部が運動する。
【0048】
また、ヨーク全体の構造は、図17に示すように箱形に限らず、C字状の筒形でもよい。
【0049】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項1記載の発明によれば、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイルと、この励磁コイルによる極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する超磁歪素子と、この超磁歪素子の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子の両側にそれぞれ設けられる一対の可動部と、これら一対の可動部に対し超磁歪素子側へ予荷重を与える付加手段とを備え、各可動部の作用点となる一端と他端との間の支点寄りの両可動部に上記超磁歪素子の両端がそれぞれ接するので、可動部の作用点の振動方向と超磁歪素子の伸縮方向とが一致し、そして一対の可動部が互いに逆方向に運動するので、各運動による振動がキャンセルされることになり、振動の小さな超磁歪リニアアクチュエータを実現することができる。
【0050】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、励磁コイルおよび超磁歪素子は、固定部材の両側に設けられる2組の励磁コイルおよび超磁歪素子により構成され、一方の組みの超磁歪素子の一端と他方の組みの超磁歪素子の一端とが一対の可動部とそれぞれ接するのであり、この構造でも、振動が小さくなる。
【0051】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、付加手段が、超磁歪素子への予荷重を各可動部における上記超磁歪素子の両端が接する部位よりも支点寄りの位置に付加するので、てこの原理により、予荷重を増幅することができ、調整の幅が広がる。
【0052】
請求項4記載の発明によれば、請求項1または2記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、一対の可動部をこれらの各他端側で支持するとともに一対の可動部間の励磁コイルおよび超磁歪素子を支持する支持体と、一対の可動部間に設けられこれらの間の励磁コイルおよび超磁歪素子を介して支持体と対向する磁性部材とを備え、一対の可動部および支持体は磁性体であり、超磁歪素子、一対の可動部、支持体および磁性部材により閉磁路を形成するので、開磁路よりも磁気回路の磁気抵抗が減少し、超磁歪素子を伸縮させるために必要な交番磁界を発生させる電流を抑えることができるため、高効率化を図ることができる。
【0053】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の超磁歪リニアアクチュエータにおいて、磁性部材が、一対の可動部の運動方向を含む平面と直交する方向において、一定の空隙を介して一対の可動部に対向するように配置されるので、安定的に高効率化を図ることができる。
【0054】
請求項6記載の発明によれば、磁性材料により一の開口点を持つ断面C字状に形成されるヨークを備えるとともに、極性が交番する磁界を発生させるための励磁コイルと、この励磁コイルによる極性が交番する磁界の強さによって長さが弾性変化する超磁歪素子と、ヨークの開口点から一部が外部に突出する可動部と、超磁歪素子の長さが弾性変化する方向におけるその超磁歪素子の両側に予荷重を付加する付加手段とを上記ヨークの内部に備え、励磁コイルおよび超磁歪素子は可動部の残部の両側に設けられる2組の励磁コイルおよび超磁歪素子により構成され、付加手段はヨークの内壁に固定されて一方の組みの超磁歪素子の一端と他方の組みの超磁歪素子の一端とに予荷重を与え、可動部が自己の残部先端寄りで2組の超磁歪素子により狭持されるので、2つの励磁コイルに交互に通電することにより可動部が往復動するが、可動部がどちらの方向に運動しているときでも超磁歪素子による逆向きの駆動力が生じるから、振動の小さな超磁歪リニアアクチュエータを実現することができる。また、閉磁路構造であるから、高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図2】本発明に係る第2実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図3】本発明に係る第3実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図4】本発明に係る第4実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図5】同超磁歪リニアアクチュエータの特徴となる閉磁路の説明図である。
【図6】同超磁歪リニアアクチュエータの比較対照となる閉磁路の説明図である。
【図7】図4中の磁路バイパスを図2の超磁歪リニアアクチュエータに設けた場合の構造を示す図である。
【図8】同超磁歪リニアアクチュエータの特徴となる閉磁路の説明図である。
【図9】同超磁歪リニアアクチュエータの比較対照となる閉磁路の説明図である。
【図10】本発明に係る第5実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの外観図である。
【図11】同超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図12】同超磁歪リニアアクチュエータを出力部側から見た図である。
【図13】図10〜図12中の磁路バイパスを図2の超磁歪リニアアクチュエータに設けた場合の外観図である。
【図14】同超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図15】同超磁歪リニアアクチュエータを出力部側から見た図である。
【図16】別の磁路バイパスの構造例を示す図である。
【図17】本発明に係る第6実施形態の超磁歪リニアアクチュエータの外観図である。
【図18】同超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図19】従来の超磁歪アクチュエータの構成図である。
【図20】同超磁歪アクチュエータの磁束の流れを示す図である。
【図21】特願2001−262875で提案されている超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【図22】特願2001−262875で提案されているカウンタ動作を実現した超磁歪リニアアクチュエータの構成図である。
【符号の説明】
1,1A,1B 励磁コイル
2,2A,2B 超磁歪素子
3,3A 可動部
4 予荷重皿バネ
4A 予荷重付加用部材
42A 予荷重付加バネ
5 支持体
52 固定部材
6,6A,6B 磁路バイパス
7 ヨーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a giant magnetostrictive linear actuator capable of large displacement vibration of about 0.1 mm to 1 mm.
[0002]
[Prior art]
FIG. 19 is a configuration diagram of a conventional giant magnetostrictive actuator. This giant magnetostrictive actuator is provided with a giant
[0003]
When an alternating current such as a sine wave or a rectangular wave is applied to the
[0004]
FIG. 21 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator (Japanese Patent Application No. 2001-262875). This giant magnetostrictive linear actuator uses an L-shaped
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the actuator of FIG. 19, when the
[0006]
In the actuator shown in FIG. 21, a large-amplitude linear drive is possible by an amplitude expanding mechanism using the lever principle and mechanical resonance, but the
[0007]
In the actuator shown in FIG. 22, the pair of
[0008]
The actuators in FIGS. 21 and 22 have an open magnetic circuit structure, and there is a problem that the magnetic efficiency is poor.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a giant magnetostrictive linear actuator with small vibration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The giant magnetostrictive linear actuator according to the first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem has an excitation coil for generating a magnetic field with alternating polarity and a length depending on the strength of the magnetic field with alternating polarity by the excitation coil. An elastically changing giant magnetostrictive element, a pair of movable parts respectively provided on both sides of the giant magnetostrictive element in the direction in which the length of the giant magnetostrictive element is elastically changed, and the pair of movable parts are preliminarily moved toward the giant magnetostrictive element side. And an adding means for applying a load, wherein both ends of the giant magnetostrictive element are in contact with both movable parts near the fulcrum between one end and the other end, which are the action points of each movable part.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator of the first aspect, the exciting coil and the giant magnetostrictive element are composed of two pairs of exciting coils and giant magnetostrictive elements provided on both sides of the fixed member. One end of the giant magnetostrictive element and the other end of the other pair of giant magnetostrictive elements are in contact with the pair of movable parts, respectively.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the second aspect, the additional means places the preload on the giant magnetostrictive element at a position closer to the fulcrum than the part of each movable portion where both ends of the giant magnetostrictive element are in contact characterized by adding to.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the first or second aspect, the pair of movable parts are supported on the other end sides thereof, and the excitation coil and the giant magnetostrictive element between the pair of movable parts are supported. And a magnetic member that is provided between the pair of movable parts and faces the support via the exciting coil and the giant magnetostrictive element between them, the pair of movable parts and the support body are magnetic bodies, A closed magnetic path is formed by a giant magnetostrictive element, a pair of movable parts, a support and a magnetic member.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the fourth aspect of the present invention, the magnetic member is moved to the pair of movable parts via a certain gap in a direction perpendicular to the plane including the direction of motion of the pair of movable parts. It arrange | positions so that it may oppose .
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a giant magnetostrictive linear actuator including a yoke formed in a C-shaped cross section having one opening point by a magnetic material, and an exciting coil for generating a magnetic field with alternating polarity, A giant magnetostrictive element whose length elastically changes depending on the strength of the magnetic field with alternating polarity by the exciting coil, a movable part partially protruding outward from the opening point of the yoke, and a direction in which the length of the giant magnetostrictive element changes elastically And an additional means for applying a preload on both sides of the giant magnetostrictive element in the yoke, and the exciting coil and the giant magnetostrictive element are provided by two sets of exciting coil and giant magnetostrictive element provided on both sides of the remaining part of the movable part. The additional means is fixed to the inner wall of the yoke and applies a preload to one end of one set of super magnetostrictive elements and one end of the other set of super magnetostrictive elements. The two sets of super-magnetostrictive element, characterized in that it is sandwiched.
[0016]
Here, in the present invention, the vibration is reduced by an amplitude enlarging mechanism in which the moving direction of the movable part and the expansion / contraction direction of the giant magnetostrictive element are matched. In addition, high efficiency is realized by the closed magnetic circuit structure.
[0017]
A general magnetostrictive element is formed using a material such as pure Ni, an Fe-Ni alloy, ferrite (iron oxide) added with Ni or Zn, and changes in elasticity by a length of several tens of ppm due to magnetostriction. . On the other hand, the giant magnetostrictive material is made of an alloy of a rare earth element such as terbium (Tb) or dysprodium (Dy) and iron and elastically changes in length by about 1000 to 2000 ppm due to magnetostriction. Such a giant magnetostrictive element has been developed by the US Navy, put into practical use by ETREMA, and Terfenol-D (Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 1.91 ) is known. In the present invention, such a giant magnetostrictive element is used.
[0018]
According to the present invention having the above configuration, since the output amplitude is obtained by multiplying the amplification factor by the lever mechanism and the amplification factor by the resonance system, a large-amplitude linear actuator can be realized, and the movement direction and super Vibration can be suppressed by an amplitude expansion mechanism that matches the expansion and contraction direction of the magnetostrictive element, and high efficiency can be achieved by a closed magnetic circuit structure.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a first embodiment of the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the giant magnetostrictive linear actuator of the first embodiment has an
[0021]
The
[0022]
Here, each
[0023]
According to the giant magnetostrictive linear actuator having such a structure, the vibration direction of the
[0024]
In the first embodiment, a disc spring is used as an adding means for applying a preload. However, the adding means of the present invention is not limited to this, and may be another elastic body such as a coil spring. Good.
[0025]
In addition, the magnetic bias is not applied, but the magnetic bias may be applied by a magnet or a direct current. When a magnetic bias is applied, the movable part moves at the same frequency as the excitation current.
[0026]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a second embodiment of the present invention.
[0027]
As shown in FIG. 2, the giant magnetostrictive linear actuator of the second embodiment is different from the first embodiment in that a plate-like fixing
[0028]
According to the giant magnetostrictive linear actuator having such a structure, since the other ends of the two giant
[0029]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a block diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a third embodiment of the present invention.
[0030]
As a difference from the second embodiment, the giant magnetostrictive linear actuator of the third embodiment has a structure in which a preload is applied to the giant magnetostrictive element using this principle. In the example of FIG. 3, a
[0031]
According to the giant magnetostrictive linear actuator having such a structure, the preload can be amplified by the lever principle, and the range of adjustment is widened. Further, it is not necessary to install a preload in the expansion / contraction direction of the giant magnetostrictive element, and the lateral width can be reduced.
[0032]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of a closed magnetic path that is characteristic of the giant magnetostrictive linear actuator, and FIG. 6 is a comparison and contrast of the giant magnetostrictive linear actuator. It is explanatory drawing of the closed magnetic circuit which becomes.
[0033]
As shown in FIG. 4, the giant magnetostrictive linear actuator of the fourth embodiment is provided between a pair of
[0034]
According to the giant magnetostrictive linear actuator having such a structure, since the closed magnetic circuit is formed as shown in FIG. 5, the magnetoresistance of the magnetic circuit is reduced as compared with that of the open magnetic circuit shown in FIG. Since the electric current which generates the alternating magnetic field required for expanding and
[0035]
In the fourth embodiment, the magnetic path bypass 6 is provided in the giant magnetostrictive linear actuator of the first embodiment. However, as shown in FIG. You may make it the structure provided in a magnetostriction linear actuator. Even in this structure, a closed magnetic circuit is formed as shown in FIG. 8, so that the magnetic resistance of the magnetic circuit is smaller than that of the open magnetic circuit shown in FIG. 9, and is necessary for expanding and contracting the giant
[0036]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is an external view of a giant magnetostrictive linear actuator according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 11 is a configuration diagram of the giant magnetostrictive linear actuator, and FIG. 12 is a view of the giant magnetostrictive linear actuator as viewed from the output side. .
[0037]
The difference between the giant magnetostrictive linear actuator of the fifth embodiment and the fourth embodiment is that the gap between the magnetic path bypass and the pair of movable parts is constant regardless of the movement of the movable part. To do. 10 to 12, the
[0038]
Here, by making the moving direction of the
[0039]
4 and 7, the movement of the
[0040]
In the fifth embodiment, the
[0041]
10 to 15, the
[0042]
(Sixth embodiment)
FIG. 17 is an external view of a giant magnetostrictive linear actuator according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a configuration diagram of the giant magnetostrictive linear actuator.
[0043]
As shown in FIGS. 17 and 18, the giant magnetostrictive linear actuator of the sixth embodiment includes a
[0044]
The
[0045]
Here, the giant
[0046]
In the giant magnetostrictive linear actuator having such a structure, the
[0047]
In the sixth embodiment, the magnetic bias is not applied. However, the magnetic bias may be applied by a magnet or a direct current. When a magnetic bias is applied, the movable part moves at the same frequency as the excitation current.
[0048]
Further, the overall structure of the yoke is not limited to a box shape as shown in FIG. 17, but may be a C-shaped cylindrical shape.
[0049]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, according to the first aspect of the present invention, the length is elastic depending on the excitation coil for generating a magnetic field with alternating polarity and the strength of the magnetic field with alternating polarity by the excitation coil. A changing giant magnetostrictive element, a pair of movable parts respectively provided on both sides of the giant magnetostrictive element in the direction in which the length of the giant magnetostrictive element elastically changes, and a preload to the giant magnetostrictive element side with respect to the pair of movable parts And both ends of the giant magnetostrictive element are in contact with both movable parts near the fulcrum between one end and the other end, which are the action points of each movable part, so that the vibration direction of the action point of the movable part And the expansion / contraction direction of the giant magnetostrictive element coincide with each other, and the pair of movable parts move in opposite directions, so that the vibration caused by each movement is canceled and a giant magnetostrictive linear actuator with small vibration is realized. Door can be.
[0050]
According to a second aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator of the first aspect, the exciting coil and the giant magnetostrictive element are constituted by two sets of exciting coils and giant magnetostrictive elements provided on both sides of the fixed member, One end of the pair of giant magnetostrictive elements and one end of the other pair of giant magnetostrictive elements are in contact with the pair of movable parts, respectively, and vibration is reduced even in this structure.
[0051]
According to a third aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the second aspect, the additional means applies the preload to the giant magnetostrictive element closer to the fulcrum than the part of each movable part where both ends of the giant magnetostrictive element are in contact. since adding the position, Te this principle can be used to amplify preload, the width of the adjustment is increased.
[0052]
According to a fourth aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the first or second aspect, the pair of movable parts are supported on the other end sides thereof, and the exciting coil and the giant magnetostrictive element between the pair of movable parts. And a magnetic member provided between the pair of movable parts and facing the support via an exciting coil and a giant magnetostrictive element between the pair of movable parts, and the pair of movable parts and the support body are magnetic bodies. Yes, because the magnetostrictive element, the pair of movable parts, the support, and the magnetic member form a closed magnetic path, the magnetic resistance of the magnetic circuit is reduced compared to the open magnetic path, and the alternating magnetic field required to expand and contract the giant magnetostrictive element Since the current for generating the current can be suppressed, high efficiency can be achieved.
[0053]
According to a fifth aspect of the present invention, in the giant magnetostrictive linear actuator according to the fourth aspect, the magnetic member moves in a pair perpendicular to the plane including the direction of motion of the pair of movable parts via a certain gap. Since it arrange | positions so that a part may be opposed , high efficiency can be aimed at stably.
[0054]
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a yoke having a C-shaped cross section having one opening point made of a magnetic material, an exciting coil for generating a magnetic field having alternating polarity, and the exciting coil. A giant magnetostrictive element whose length elastically changes depending on the strength of a magnetic field with alternating polarity, a movable part partially protruding outside from the opening point of the yoke, and a super magnetostrictive element in the direction in which the length of the giant magnetostrictive element changes elastically An additional means for applying a preload on both sides of the magnetostrictive element is provided inside the yoke, and the excitation coil and the giant magnetostrictive element are composed of two sets of excitation coils and a giant magnetostrictive element provided on both sides of the remaining part of the movable part, The additional means is fixed to the inner wall of the yoke and applies a preload to one end of one set of super magnetostrictive elements and one end of the other set of super magnetostrictive elements. Depending on the element Since the movable portion reciprocates by energizing the two excitation coils alternately, the reverse driving force is generated by the giant magnetostrictive element regardless of which direction the movable portion is moving. A giant magnetostrictive linear actuator with small vibration can be realized. Moreover, since it is a closed magnetic circuit structure, high efficiency can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a closed magnetic circuit, which is a feature of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a closed magnetic circuit serving as a comparative reference of the giant magnetostrictive linear actuator.
7 is a diagram showing a structure when the magnetic path bypass in FIG. 4 is provided in the giant magnetostrictive linear actuator of FIG. 2;
FIG. 8 is an explanatory diagram of a closed magnetic circuit, which is a feature of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a closed magnetic circuit serving as a comparative reference of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 10 is an external view of a giant magnetostrictive linear actuator according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 12 is a view of the same giant magnetostrictive linear actuator as viewed from the output unit side.
13 is an external view when the magnetic path bypass in FIGS. 10 to 12 is provided in the giant magnetostrictive linear actuator of FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 15 is a view of the same giant magnetostrictive linear actuator as viewed from the output side.
FIG. 16 is a diagram showing a structure example of another magnetic path bypass.
FIG. 17 is an external view of a giant magnetostrictive linear actuator according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a configuration diagram of the giant magnetostrictive linear actuator.
FIG. 19 is a configuration diagram of a conventional giant magnetostrictive actuator.
FIG. 20 is a view showing a flow of magnetic flux of the giant magnetostrictive actuator.
FIG. 21 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator proposed in Japanese Patent Application No. 2001-262875.
FIG. 22 is a configuration diagram of a giant magnetostrictive linear actuator that realizes the counter operation proposed in Japanese Patent Application No. 2001-262875.
[Explanation of symbols]
1, 1A,
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002081799A JP4284917B2 (en) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Giant magnetostrictive linear actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002081799A JP4284917B2 (en) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Giant magnetostrictive linear actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282991A JP2003282991A (en) | 2003-10-03 |
| JP4284917B2 true JP4284917B2 (en) | 2009-06-24 |
Family
ID=29230282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002081799A Expired - Fee Related JP4284917B2 (en) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Giant magnetostrictive linear actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4284917B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5281427B2 (en) * | 2009-02-04 | 2013-09-04 | 大成建設株式会社 | Oscillator |
-
2002
- 2002-03-22 JP JP2002081799A patent/JP4284917B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003282991A (en) | 2003-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4503673B2 (en) | Electromagnetic actuator with two moving parts in opposite phase | |
| JP4725910B2 (en) | Linear actuator | |
| JP3863429B2 (en) | Linear vibration actuator | |
| US20070170877A1 (en) | Actuator | |
| JP2002011676A (en) | Hand-held tool device with electromagnetic impact mechanism | |
| JP3412511B2 (en) | Linear actuator | |
| JPH08130862A (en) | Moving magnet linear actuator | |
| JP4284917B2 (en) | Giant magnetostrictive linear actuator | |
| CN102257581B (en) | Electromagnetic Actuator with Dual Control Magnetic Circuits | |
| JP4880313B2 (en) | Cylinder type linear actuator | |
| US5942832A (en) | Electromagnetic driving device with a movable permanent magnet | |
| JP2001016837A (en) | Oscillation type linear actuator | |
| JP2000224829A (en) | Linear vibration actuator | |
| JP2004519981A (en) | Long stroke linear voice coil actuator with proportional solenoid characteristics | |
| CN109633893B (en) | Electromagnetic driving vibrating mirror | |
| JP4284898B2 (en) | Giant magnetostrictive linear actuator | |
| JP2002112519A (en) | Electromagnetially reciprocating driver | |
| JPH01122377A (en) | Magnetostrictive actuator and magnetostrictive motor using the same and magnetostrictive fan | |
| CN115001232A (en) | Bidirectional driver | |
| JP5340633B2 (en) | Displacement magnification mechanism type magnetostrictive actuator | |
| JP2005133555A (en) | Elastic diaphragm fan | |
| JP2009213210A (en) | Vibrating motor | |
| Ueno et al. | Miniature magnetostrictive linear actuator based on smooth impact drive mechanism | |
| JPH07303363A (en) | Linear actuator | |
| JP2009065754A (en) | Vibration type motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050207 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081021 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081222 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20090108 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090303 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090316 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120403 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120403 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130403 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |