JP2005080462A

JP2005080462A - 磁歪アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005080462A
Application number: JP2003310378A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ohashi; 芳雄大橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】磁界励磁用コイルから磁歪素子に効率良く磁界を印加できるようにすることを目的とする。
【解決手段】磁歪素子１０を円筒形状にすると共にこの円筒形状の磁歪素子１０の内周部及び外周部に夫々巻装された磁界励磁用コイル１２及び１４を配したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は外部磁界の印加により磁歪を生じる磁歪素子を備えた磁歪アクチュエータに関する。

一般に振動や変位を発生するアクチュエータとして、磁歪現象を用いた外部磁界の印加により磁歪を生じる磁歪素子を備えた磁歪アクチュエータが知られている。

この磁歪アクチュエータの磁歪素子の材料としてＮｉ系磁歪合金、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金が主に用いられている。また、最近ではこの磁歪素子の材料としてこのＮｉ系磁歪合金、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金に比べて１桁以上大きな変位が発生可能な希土類金属−遷移金属系超磁歪合金も報告されている。

この磁歪素子が伸長するか収縮するかはこの磁歪素子の構成材料に依存し、Ｎｉ系磁性合金では主に収縮、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金、希土類金属−遷移金属系超磁歪合金では主に伸長する。

従来の磁歪アクチュエータは図２に示す如く、例えば希土類金属−遷移金属系超磁歪合金の円柱形状の磁歪素子１を囲む如く、円筒形状の強磁性体より形成されたヨーク２の内周部に巻装した磁界励磁用コイル３を設け、この磁歪素子１の例えば上側に駆動ロッド４を設ける如くしたものである（特許文献１参照）。

この図２において、磁界励磁用コイル３に電流を流すと、磁界が発生し、この磁界が磁歪素子１に印加し、磁歪素子１は印加された磁界により伸長（収縮）し駆動ロッド４を変位する。

この図２例では記載していないが、磁歪素子１を用いた磁歪アクチュエータでは予め、この磁歪素子１に外部から応力を加えることにより、磁界を印加したときの歪み量を、応力印加無しの場合よりも大きくできることが分かっている。応力としては、圧縮応力、引っ張り応力があるが、これについても磁歪素子１を構成する材料に依存する。

例えばＮｉ系磁歪合金では引っ張り応力を、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金、希土類金属−遷移金属系超磁歪合金では主に圧縮応力を印加すると歪み量を大きくすることができる。
特開平３−１６９０８７号公報

ところで近年種々製品の軽薄短小化が進んでいると同時に、省エネルギー化が要求されている。そのためには、図２に示す如き磁歪アクチュエータにおいては、磁界励磁用コイル３に流す同一電流でいかに磁歪素子１の磁歪量を大きくするかが要求される。

即ち、磁界励磁用コイル１に流す電流がいかに小電流で、この磁歪素子１に供給する磁界をいかに大きい磁界とするかが要求される。

従来の磁歪アクチュエータでは、図２に示す如く円柱形状の磁歪素子１を用いて、その磁歪素子１の外周を囲む如く磁界励磁用コイル３を配置しており、このため、図２に示す如くこの磁界励磁用コイル３から励磁された磁界を磁歪素子１の中央部まで効率良く印加することが難しく、この磁歪素子１の径方向に印加磁界の分布が生じてしまう。

更に、この磁歪アクチュエータの磁界励磁用コイル３はインダクタンス成分を持つため、流す電流の周波数が高くなるとこの磁界励磁用コイル３のインピーダンスが高くなるので電流が流れにくくなる問題があった。

本発明は斯る点に鑑み磁界励磁用コイルから磁歪素子に効率良く磁界を印加できるようにすることを目的とする。

本発明磁歪アクチュエータは磁歪素子を円筒形状にすると共にこの円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に夫々巻装された磁界励磁用コイルを配したものである。

また、本発明磁歪アクチュエータは上述円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に配された磁界励磁用コイルから励磁される磁界の強度がこの円筒形状の磁歪素子の内部において加算され強め合うようにしたものである。

また、本発明磁歪アクチュエータは上述円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に夫々巻装された磁界励磁用コイルを並列接続したものである。

本発明によれば、磁歪素子を円筒形状とし、この円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に磁界励磁用コイルを配置したので、この内周部及び外周部の磁界励磁用コイルが励磁した磁界を効率良く、この磁歪素子に印加することができる。

また本発明によればこの円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に夫々配置した磁界励磁用コイルを並列接続したので、この磁界励磁用コイルの入力インピーダンスのインダクタンス成分を低減することができる。

以下図１Ａ及びＢを参照して本発明磁歪アクチュエータを実施するための最良の形態の例につき説明する。

本例においては図１Ａ，Ｂに示す如く、磁歪素子１０を円筒形状とする。この磁歪素子１０の材料として、Ｎｉ系磁歪合金、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金、希土類金属−遷移金属系超磁歪合金等が用いられる。この磁歪素子１０が伸長するか収縮するかは、この磁歪素子１０の構成材料に依存し、Ｎｉ系磁歪合金では主に収縮するが、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金、希土類金属−遷移金属系超磁歪合金では主に伸長する。

本例ではこの磁歪素子１０として希土類金属−遷移金属系超磁歪合金を用い円筒形状とする。

本例においては、図１Ａ，Ｂに示す如くこの円筒形状の磁歪素子１０の内周部に円柱状強磁性体の円柱状ヨーク１１に巻装された磁界励磁用コイル１２を配置する。この場合円筒形状の磁歪素子１０の内周面と磁界励磁用コイル１２の外周面との間に図１Ｂに示す如く多少の隙間を設け、この磁歪素子１０が可動できる如くする。

またこの磁界励磁用コイル１２に一方向の電流を流したとき、この磁界励磁用コイル１２が発生する磁力線ａの方向が図１Ａに示す如くこの磁歪素子１０の上から下に向かう如き磁界を励磁し、他方向の電流を流したときに逆方向の磁界を励磁する如くする。

また本例においては、この円筒形状の磁歪素子１０の外周部に円筒形状の強磁性体より成る円筒状ヨーク１３の内周部に巻装した磁界励磁用コイル１４を配置する。この場合、円筒形状の磁歪素子１０の外周面と磁界励磁用コイル１４の内周面との間に図１Ｂに示す如く多少の隙間を設け、この磁歪素子１０が可動できる如くする。

また本例においては、この磁界励磁用コイル１４に一方向の電流を流したとき、この磁界励磁用コイル１４が発生する磁力線ｂの方向が図１Ａに示す如くこの磁歪素子１０の上から下に向かう如き磁界を励磁し、他方向の電流を流したときに、逆方向の磁界を励磁する如くする。

この場合、本例においては、この円筒形状の磁歪素子１０の内周部及び外周部に配された磁界励磁用コイル１２及び１４よりの磁力線ａ及びｂがこの磁歪素子１０内で加算され、この磁界励磁用コイル１２及び１４から励磁される磁界の強度がこの円筒形状の磁歪素子１０の内部において加算され強め合い効率良く磁界を印加することができる。

また本例においては磁界励磁用コイル１２及び１４を並列に接続する如くする。この場合磁界励磁用コイル１２，１４の合成された入力インピーダンスのインダクタンス成分を小さくすることができ、特にこの磁界励磁用コイル１２，１４に高周波数の電流を供給するときに有利である。

また図１Ａにおいて、１５はこの円筒形状の磁歪素子１０の下端、円柱状ヨーク１１の下端及び円筒状ヨーク１３の下端を夫々固定した下側ヨークを示し、この円筒形状の磁歪素子１０の上端に移動自在に駆動ロッド１６を設ける如くする。

この図１Ａにおいて、磁界励磁用コイル１２及び１４に電流を流すと磁界が発生し、この磁界が磁歪素子１０に印加し、この磁歪素子１０は印加された磁界により伸長（収縮）し駆動ロッド１６を変位する。

本例によれば磁歪素子１０を円筒形状とし、この円筒形状の磁歪素子１０の内周部及び外周部に磁界励磁用コイル１２及び１４を配置したので、この内周部及び外周部の磁界励磁用コイル１２及び１４が励磁した磁界を効率良く、且つ強力な磁界をこの磁歪素子１０に印加することができる。

また本例によれば、この円筒形状の磁歪素子１０の内周部及び外周部に夫々配置した磁界励磁用コイルを並列接続したので、この磁界励磁用コイル１２，１４の合成された入力インピーダンスのインダクタンス成分を低減することができ、この磁界励磁用コイル１２，１４に特に高周波数の電流を供給するようにしたときに有利である。

尚、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明磁歪アクチュエータの実施の形態の例を示し、Ａは縦断面図、ＢはＡ図のＢ−Ｂ断面図である。従来の磁歪アクチュエータの例を示す縦断面図である。

符号の説明

１０‥‥磁歪素子、１１‥‥柱状ヨーク、１２，１４‥‥磁界励磁用コイル、１３‥‥円筒状ヨーク、１５‥‥下側ヨーク、１６‥‥駆動ロッド

Claims

磁歪素子を円筒形状にすると共に前記円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に夫々巻装された磁界励磁用コイルを配したことを特徴とする磁歪アクチュエータ。
請求項１記載の磁歪アクチュエータにおいて、
前記円筒形状の磁歪素子の内周部に配された磁界励磁用コイルは強磁性体に巻装されたものであることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
請求項１記載の磁歪アクチュエータにおいて、
前記円筒形状の磁歪素子の外周部に配した磁界励磁用コイルは円筒形状の強磁性体の内周部に巻装したものであることを特徴とする磁歪アクチュエータ。
請求項１記載の磁歪アクチュエータにおいて、
前記円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に配された磁界励磁用コイルから励磁される磁界の強度が前記円筒形状の磁歪素子の内部において加算され強め合うことを特徴とする磁歪アクチュエータ。
請求項１記載の磁歪アクチュエータにおいて、
前記円筒形状の磁歪素子の内周部及び外周部に夫々巻装された磁界励磁用コイルを並列接続したことを特徴とする磁歪アクチュエータ。