JP2743338B2 - Actuator using magnetic fluid - Google Patents

Actuator using magnetic fluid

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JP2743338B2
JP2743338B2 JP16008895A JP16008895A JP2743338B2 JP 2743338 B2 JP2743338 B2 JP 2743338B2 JP 16008895 A JP16008895 A JP 16008895A JP 16008895 A JP16008895 A JP 16008895A JP 2743338 B2 JP2743338 B2 JP 2743338B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁性流体を用いたアクチ
ュエータに関し、特に流体の流量制御装置に用いた際の
応答速度が高い上、大きな駆動力が得られるアクチュエ
ータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator using a magnetic fluid, and more particularly to an actuator which has a high response speed and a large driving force when used in a fluid flow control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の流量制御装置例として、図13の
概要図に示した構成が知られている。即ち、流体が流通
する配管1の上流側にセンサ2を配置しておき、このセ
ンサ2で検知したした信号を制御部3に入力して、設定
流量信号4との比較に基づいて制御部3からバルブ操作
部5に制御信号を出力し、配管1中に配置した開度可変
バルブ6を図示の上下方向に移動させて流体の流量を制
御している。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional flow control device, a configuration shown in a schematic diagram of FIG. 13 is known. That is, the sensor 2 is arranged upstream of the pipe 1 through which the fluid flows, and a signal detected by the sensor 2 is input to the control unit 3, and based on comparison with the set flow rate signal 4, the control unit 3 Outputs a control signal to the valve operating unit 5 and moves the variable opening valve 6 disposed in the pipe 1 in the vertical direction in the figure to control the flow rate of the fluid.

【0003】上記開度可変バルブ6による開閉度を制御
する種々の方法が考えられるが、一般には熱膨張方式、
電磁弁方式、圧電素子方式が主として採用されている。
何れの方式の場合でも流通する流体の圧力に打ち勝つ力
で弁体を移動させることが必要であり、弁体を数十〜数
百ミクロンのストロークで移動させることによって流量
制御精度を高めている。
Various methods for controlling the opening / closing degree by the opening degree variable valve 6 are considered.
Solenoid valve type and piezoelectric element type are mainly adopted.
In either case, it is necessary to move the valve with a force that overcomes the pressure of the flowing fluid, and the flow rate control accuracy is increased by moving the valve with a stroke of several tens to several hundreds of microns.

【0004】図14は従来から知られている磁性流体を
利用して負荷7を往復運動させるための基本動作を説明
するための概念図であり、磁性流体8を封入した非磁性
体の容器9内に非磁性体で成る円板10を入れ、この非
磁性体で成る円板10の一方側に突設した出力軸11を
非磁性体で成る容器9の外側に導出して負荷7を支持
し、非磁性体で成る円板10の他方側で非磁性体で成る
容器9の外側にコイル12を配置し、コイルの両端部を
電源13に接続して磁場を発生させる。
FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining a basic operation for reciprocating the load 7 using a conventionally known magnetic fluid. A non-magnetic container 9 enclosing a magnetic fluid 8 is shown in FIG. A disk 10 made of a non-magnetic material is placed in the inside, and an output shaft 11 protruding from one side of the disk 10 made of the non-magnetic material is led out of the container 9 made of a non-magnetic material to support the load 7. Then, a coil 12 is arranged on the other side of the disc 10 made of a non-magnetic material and outside the container 9 made of a non-magnetic material, and both ends of the coil are connected to a power supply 13 to generate a magnetic field.

【0005】コイル12によって発生する磁場の強さは
A方向に磁場勾配を持つ。そのため、非磁性体で成る円
板10の上面と下面で磁気圧力差が生じ、非磁性体で成
る円板10に磁気浮揚力が生じて上方に移動する。この
上昇運動が出力軸11を介して負荷7に伝えられ、負荷
7を上昇させることができる。コイル12に流す電流を
小さくすると非磁性体で成る円板10の上面と下面での
磁気圧力差も小さくなり、負荷7の自重によって下方に
移動する。このようにコイル12に流す電流量によって
負荷を往復運動させることができる。
[0005] The strength of the magnetic field generated by the coil 12 has a magnetic field gradient in the A direction. Therefore, a magnetic pressure difference is generated between the upper surface and the lower surface of the disk 10 made of a non-magnetic material, and the disk 10 made of a non-magnetic material moves upward due to a magnetic levitation force. This lifting motion is transmitted to the load 7 via the output shaft 11, and the load 7 can be raised. When the current flowing through the coil 12 is reduced, the magnetic pressure difference between the upper surface and the lower surface of the disk 10 made of a non-magnetic material is reduced, and the load 10 moves downward by its own weight. Thus, the load can be reciprocated by the amount of current flowing through the coil 12.

【0006】磁場の強さが小さく、M=χH(χ=一
定)の場合、磁性流体8中の非磁性体で成る円板10に
働く磁気浮揚力ΔN(kg・m/s2)は下式(1)で表すこと
ができる。 ΔN(kg・m/s2)=χ(χ+1)/2・(H2 2−H1 2)・S …(1) ここでχは磁化率、H1,H2は非磁性体で成る円板10
の上面と下面での磁場の強さ、Sは非磁性体で成る円板
10の面積(m2)である。
When the magnetic field strength is small and M = MH (χ = constant), the magnetic levitation force ΔN (kg · m / s 2 ) acting on the disk 10 made of a non-magnetic material in the magnetic fluid 8 is lower. It can be expressed by equation (1). ΔN (kg · m / s 2 ) = χ (χ + 1) / 2 · (H 2 2 -H 1 2) · S ... (1) where chi is susceptibility, H 1, H 2 are made of a non-magnetic material Disk 10
And S is the area (m 2 ) of the disk 10 made of a non-magnetic material.

【0007】図15、図16は磁気反発力を発生させる
基本動作を説明するための概念図であり、軟質磁性材料
で成るコア14の周囲にソレノイド15を装備し、コア
14の開口部分にコア14と同材質のプランジャ16を
配置する。そして図外の電源からソレノイド15に通電
することによってコア14とプランジャ16が同方向に
磁化され、コア14が同材質のプランジャ16に反発力
を及ぼして、このプランジャがB方向に浮上する。
FIGS. 15 and 16 are conceptual views for explaining a basic operation for generating a magnetic repulsive force. A solenoid 15 is provided around a core 14 made of a soft magnetic material, and a core is provided at an opening of the core 14. A plunger 16 of the same material as 14 is arranged. When power is supplied to the solenoid 15 from a power source (not shown), the core 14 and the plunger 16 are magnetized in the same direction, and the core 14 exerts a repulsive force on the plunger 16 of the same material, and the plunger floats in the B direction.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】バルブの開閉度制御に
用いられている前記3方式の中で、圧電素子方式は応答
速度が速く、位置精度も良好であるという特徴がある
が、この方式はコストが高いため、量産性が求められて
いる流量制御装置に多用することができない。また、熱
膨張方式及び電磁弁方式は安価であるものの熱膨張方式
は応答速度が遅く、電磁弁方式は連続制御の安定性に難
点がある。
Among the three methods used for controlling the degree of opening and closing of the valve, the piezoelectric element method is characterized by a high response speed and good position accuracy. Due to the high cost, it cannot be frequently used for a flow rate control device that requires mass productivity. Although the thermal expansion method and the solenoid valve method are inexpensive, the thermal expansion method has a slow response speed, and the solenoid valve method has a problem in stability of continuous control.

【0009】また、図14に示した磁気浮揚力のみを利
用したアクチュエータとか、図15、図16に示した磁
気反発力のみを利用したアクチュエータは、開発目標と
する大きな駆動力を得ることができないという問題点が
ある。
Further, the actuator using only the magnetic levitation force shown in FIG. 14 or the actuator using only the magnetic repulsion force shown in FIGS. 15 and 16 cannot obtain a large driving force as a development target. There is a problem.

【0010】そこで本発明は上記に鑑みてなされたもの
であって、磁性流体中の非磁性体の駆動と磁気反発力を
ともに利用するとともに、これに倍力装置を組み合わせ
たことによって低コストで駆動力及び応答速度が大き
く、しかも連続制御を可能としたアクチュエータを提供
することを目的とするものである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and utilizes both the driving of a non-magnetic material in a magnetic fluid and the magnetic repulsion, and at low cost by combining this with a booster. It is an object of the present invention to provide an actuator having a large driving force and a high response speed and capable of continuous control.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図17は上記目的を達成
するための基本動作を説明するための概念図である。軟
質磁性材料で成る中心孔を持つコア14の周囲に配置し
たソレノイド15及びコア14の中心孔中に配置された
コア14と同材質のプランジャ16から構成された電磁
マグネットと、電磁マグネットの上部に配備されて磁性
流体8が封入された非磁性体で成る容器9と、この磁性
流体8内に配置され、プランジャ16に固定された非磁
性体で成る円板10及び非磁性体で成る円板10上の上
部に連結された非磁性材料から成る小径のピストン17
と、前記非磁性体で成る容器9に取り付けられた径の異
なる小径のシリンダ18と大径のシリンダ20及び大径
のピストン19から構成され、前記電磁マグネットによ
るプランジャ16の反発力に伴う浮上作用と非磁性体で
成る円板10に作用する磁気圧力差に起因する磁気浮揚
力とが相乗されたプランジャ16の上昇運動を受けてピ
ストン19から導出された出力軸11を介して負荷7を
上昇させる。
FIG. 17 is a conceptual diagram for explaining a basic operation for achieving the above object. An electromagnetic magnet composed of a solenoid 15 disposed around a core 14 having a central hole made of a soft magnetic material, a plunger 16 of the same material as the core 14 disposed in the central hole of the core 14, and an upper part of the electromagnetic magnet A container 9 made of a non-magnetic material, which is provided and filled with a magnetic fluid 8, a disk 10 made of a non-magnetic material, and a disk 10 made of a non-magnetic material and arranged in the magnetic fluid 8 and fixed to a plunger 16. A small-diameter piston 17 made of a non-magnetic material connected to the upper part of the piston 10
And a small-diameter cylinder 18, a large-diameter cylinder 20, and a large-diameter piston 19 having different diameters attached to the container 9 made of the nonmagnetic material, and a floating action caused by a repulsive force of the plunger 16 by the electromagnetic magnet. The load 7 is raised via the output shaft 11 derived from the piston 19 by receiving the upward movement of the plunger 16 in which the magnetic levitation force caused by the magnetic pressure difference acting on the disk 10 made of a non-magnetic material is synergistic. Let it.

【0012】上記方法による駆動力をさらに増幅させる
ために、非磁性体で成る円板10と出力軸11の間に径
の異なる小径のシリンダ18と大径のシリンダ20を非
磁性体で成る容器9に取付け、非磁性体で成る円板10
の上端部に固定された小径のピストン17の摺動を大径
のシリンダ18内に充填された作動油21を介して伝達
される大径のピストン19から成り、小径のピストン1
7及び大径のピストン19の径長の差による倍力効果に
よってプランジャ16の駆動力が増大されるようにして
いる。
In order to further amplify the driving force by the above method, a small-diameter cylinder 18 and a large-diameter cylinder 20 having different diameters are provided between a disc 10 made of a non-magnetic material and an output shaft 11, and a container made of a non-magnetic material. 9, a disk 10 made of a non-magnetic material
The small-diameter piston 1 is composed of a large-diameter piston 19 transmitted through a hydraulic oil 21 filled in a large-diameter cylinder 18 to slide the small-diameter piston 17 fixed to the upper end of the small-diameter piston 1.
The driving force of the plunger 16 is increased by the boosting effect due to the difference between the diameters of the piston 7 and the large-diameter piston 19.

【0013】[0013]

【作用】かかる磁性流体を用いたアクチュエータによれ
ば、電源から電磁マグネットのソレノイドに通電するこ
とによってコア及び同材質のプランジャが同方向に磁化
され、プランジャが反発力によって浮上すると同時にソ
レノイドから発生する磁場勾配による磁性流体中の非磁
性体で成る円板の上面と下面に磁気圧力差が生じ非磁性
体で成る円板に上方向に磁気浮揚力が働きプランジャは
上昇する。このプランジャの反発力に伴う浮上作用と磁
性流体による磁気浮揚作用とが相乗された上昇運動が非
磁性体で成る円板に連結された小径のピストンに伝達さ
れて、この小径のピストンの摺動が作動油を介して大径
のピストンに伝達され、小径のピストンと大径のピスト
ンの径長の差による倍力効果によってプランジャの駆動
力が増大されて上昇運動を行う。また、磁場の強さはソ
レノイドに流す電流量によって変わり、それに伴ってプ
ランジャの反発力及び非磁性体で成る円板の磁気浮揚力
も変化するため電流で負荷の上昇、下降の制御ができ
る。
According to the actuator using the magnetic fluid, when the power supply energizes the solenoid of the electromagnetic magnet, the core and the plunger of the same material are magnetized in the same direction, and the plunger floats by the repulsive force and is generated from the solenoid at the same time. Due to the magnetic field gradient, a magnetic pressure difference is generated between the upper surface and the lower surface of the disk made of a non-magnetic material in the magnetic fluid, and a magnetic levitation force acts on the disk made of the non-magnetic material in an upward direction to raise the plunger. The ascending movement, which is a combination of the levitation action caused by the repulsive force of the plunger and the magnetic levitation action of the magnetic fluid, is transmitted to a small-diameter piston connected to a disk made of a non-magnetic material, and the small-diameter piston slides. Is transmitted to the large-diameter piston via the hydraulic oil, and the driving force of the plunger is increased by the boosting effect due to the difference in diameter between the small-diameter piston and the large-diameter piston to perform the ascending movement. Further, the strength of the magnetic field varies depending on the amount of current flowing through the solenoid, and accordingly, the repulsive force of the plunger and the magnetic levitation force of the disk made of a non-magnetic material also change, so that the load can be controlled to rise or fall by the current.

【0014】従ってプランジャの反発力に伴う浮上作用
と磁性流体による浮揚作用とが相乗された大きな力を持
つプランジャの上昇運動が倍力装置によって負荷に伝え
られ、電流の制御によって目標とする応答速度と大きな
駆動力によって負荷を往復運動させることができる。
Accordingly, the ascending movement of the plunger having a large force, which is a combination of the levitation action caused by the repulsive force of the plunger and the levitation action by the magnetic fluid, is transmitted to the load by the booster, and the target response speed is controlled by controlling the current. The load can be reciprocated by the large driving force.

【0015】[0015]

【実施例】以下図面に基づいて本発明にかかる磁性流体
を用いたアクチュエータの一実施例を説明する。本実施
例は磁性流体中の非磁性体の浮揚力と軟質磁性材料のコ
アと同材質のプランジャの反発力をともに利用するとと
もに、これに倍力装置を加えたアクチュエータを実現し
たことが特徴となっている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an actuator using a magnetic fluid according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment utilizes both the buoyancy of a non-magnetic material in a magnetic fluid and the repulsion of a plunger of the same material as the core of a soft magnetic material, and realizes an actuator having a booster added thereto. Has become.

【0016】図1は本発明にかかる磁性流体を用いたア
クチュエータの具体例を示しており、図中の22は基台
であって基台22の両端部に支柱23,23が螺合固定
されているとともに基台22上の略中央部に電磁マグネ
ット28が配置されている。この電磁マグネット28は
軟質磁性材料で成るコア14と、コア14の中心孔14
a中に嵌合された軟質磁性材料から成るインサートコア
31、ソレノイド15と、コア14と同材質のプランジ
ャ16とから構成されている。インサートコア31には
プランジャ16の運動をスムーズにするために磁性流体
の通り道として溝32a及び穴32が形成され、プラン
ジャ16の上端には同材質のヘッド16aが固定されて
いる。
FIG. 1 shows a specific example of an actuator using a magnetic fluid according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 22 denotes a base, and columns 23, 23 are screwed and fixed to both ends of the base 22. In addition, an electromagnetic magnet 28 is disposed substantially at the center of the base 22. The electromagnetic magnet 28 includes a core 14 made of a soft magnetic material and a central hole 14 of the core 14.
The core 14 includes an insert core 31 made of a soft magnetic material, a solenoid 15, and a plunger 16 made of the same material as the core 14. A groove 32a and a hole 32 are formed in the insert core 31 as a passage for the magnetic fluid in order to smooth the movement of the plunger 16, and a head 16a of the same material is fixed to the upper end of the plunger 16.

【0017】電磁マグネット28の上部には、磁性流体
8を封入した非磁性体で成る容器9が配置され、この磁
性流体8内に非磁性体で成る円板24,24と、非磁性
体で成る円板24,24に連結された非磁性材料で成る
ピストンロッド17aが配置されている。このピストン
ロッド17aの先端部に固定された小径のピストン17
が作動油21が充填された小径のシリンダ18内に摺動
可能に挿通されている。
Above the electromagnetic magnet 28, a container 9 made of a non-magnetic material, in which the magnetic fluid 8 is sealed, is disposed. In the magnetic fluid 8, disks 24, 24 made of a non-magnetic material, A piston rod 17a made of a non-magnetic material is connected to the disks 24, 24. A small-diameter piston 17 fixed to the tip of the piston rod 17a
Are slidably inserted into the small-diameter cylinder 18 filled with the hydraulic oil 21.

【0018】上記小径のシリンダ18には径の異なる大
径のシリンダ20が連設されて、外筒29の内壁面に固
定されていて、この外筒29には前記作動油21に面し
て大径のピストン19が大径のシリンダ20内に摺動可
能に挿通されている。外筒29の内壁部上部には非磁性
体で成るカバー26が固定されていて、大径のピストン
19の上面に固定された出力軸11がカバー26に形成
された中心孔26aを通って外方に導出されており、図
外の負荷を支持している。このカバー26と大径のピス
トン19の間にはバネ25が挿入されて、常に大径のピ
ストン19を下方に押し下げる働きをしている。27は
大径のピストン19の上部空間部と磁性流体8の上方空
間部を連結する圧力調整用のバイパスである。
A large-diameter cylinder 20 having a different diameter is connected to the small-diameter cylinder 18 and is fixed to an inner wall surface of an outer cylinder 29. The outer cylinder 29 faces the hydraulic oil 21. A large-diameter piston 19 is slidably inserted into a large-diameter cylinder 20. A cover 26 made of a non-magnetic material is fixed to the upper portion of the inner wall of the outer cylinder 29, and the output shaft 11 fixed to the upper surface of the large-diameter piston 19 passes through a center hole 26 a formed in the cover 26. And supports a load not shown. A spring 25 is inserted between the cover 26 and the large-diameter piston 19 to always push the large-diameter piston 19 downward. Reference numeral 27 denotes a pressure adjusting bypass connecting the upper space of the large-diameter piston 19 and the upper space of the magnetic fluid 8.

【0019】上記小径のピストン17が摺動可能に挿通
された小径のシリンダ18と、小径のシリンダ18に固
定された外筒29と、外筒29内の作動油21に面して
摺動可能に挿通された大径のピストン19とによって出
力軸11に対する倍力装置30が構成されている。
A small-diameter cylinder 18 through which the small-diameter piston 17 is slidably inserted, an outer cylinder 29 fixed to the small-diameter cylinder 18, and a slidable surface facing the hydraulic oil 21 in the outer cylinder 29. The booster 30 for the output shaft 11 is constituted by the large-diameter piston 19 inserted through the shaft.

【0020】かかる本実施例の基本的作用は以下の通り
てある。先ず図外の電源から電磁マグネット28のソレ
ノイド15に通電することによってコア14と同材質の
プランジャ16が同方向に磁化されて、インサートコア
31のインサートコアヘッド31aとプランジャヘッド
16aとの間で磁気反発力が発生し、プランジャ16が
反発力によってC方向に浮上する。同時にソレノイド1
5から発生する磁場勾配によって非磁性体で成る円板2
4,24の上面と下面で磁性流体8による磁気圧力差が
生じて、非磁性体で成る円板24,24は磁気浮揚力に
よってD方向に上昇運動を行う。
The basic operation of this embodiment is as follows. First, by energizing the solenoid 15 of the electromagnetic magnet 28 from a power source (not shown), the plunger 16 made of the same material as the core 14 is magnetized in the same direction, and the magnetic force is generated between the insert core head 31a of the insert core 31 and the plunger head 16a. A repulsive force is generated, and the plunger 16 floats in the direction C due to the repulsive force. At the same time solenoid 1
5 made of non-magnetic material due to the magnetic field gradient generated from 5
A magnetic pressure difference is generated between the upper and lower surfaces of the magnetic fluids 8 on the upper and lower surfaces of the disks 4, 24, and the disks 24, 24 made of a non-magnetic material move upward in the direction D by magnetic levitation.

【0021】従って上記プランジャ16の反発力に伴う
浮上作用と非磁性体で成る円板24,24に働く磁気浮
揚作用とが相乗されてピストンロッド17aが上昇運動
を行い、この運動はピストンロッド17aの先端部に固
定された小径のピストン17に伝達されて、この小径の
ピストン17が作動油21が充填された小径のシリンダ
18内を摺動する。
Therefore, the levitation effect caused by the repulsive force of the plunger 16 and the magnetic levitation effect acting on the discs 24, 24 made of a non-magnetic material are synergistically moved to move the piston rod 17a upward. The piston 17 is transmitted to the small-diameter piston 17 fixed to the tip of the small-diameter cylinder, and the small-diameter piston 17 slides in the small-diameter cylinder 18 filled with the hydraulic oil 21.

【0022】この小径のピストン17の上昇運動が作動
油21を介して大径のピストン19に伝達されて、この
大径のピストン19が作動油21が充填された大径のシ
リンダ20内を摺動する。よって、小径のピストン17
と大径のピストン19の径長の差による倍力効果によっ
てピストンロッド17aの駆動力が増大され、大径のピ
ストン19からカバー26に形成された中心孔26aを
通って外方に導出された出力軸11が大きな駆動力を持
って上昇運動を行う。ソレノイド15に流す電流を小さ
くすると、インサートコアヘッド31aとプランジャヘ
ッド16aとの間に働く反発力及び非磁性体で成る円板
24,24に働く磁気圧力差が小さくなり、出力軸11
の駆動力がバネ25の力より小さくなる。そのため、バ
ネ25の力により出力軸11は下方に移動する。上記動
作時にバイパス27によって大径のピストン19の上部
空間部と磁性流体8の上方空間部を空気が流通して小径
のピストン17と大径のピストン19の摺動によって生
ずる非磁性体で成る容器9内の圧力の不均衡状態が調整
され、小径のピストン17及び大径のピストン19のス
ムーズな運動が得られる。
The upward movement of the small-diameter piston 17 is transmitted to the large-diameter piston 19 through the hydraulic oil 21, and the large-diameter piston 19 slides in the large-diameter cylinder 20 filled with the hydraulic oil 21. Move. Therefore, the small-diameter piston 17
The driving force of the piston rod 17a is increased by the boosting effect due to the difference between the diameter of the large diameter piston 19 and that of the large diameter piston 19, and the piston rod 17a is led outward from the large diameter piston 19 through the center hole 26a formed in the cover 26. The output shaft 11 performs a rising motion with a large driving force. When the current flowing through the solenoid 15 is reduced, the repulsive force acting between the insert core head 31a and the plunger head 16a and the magnetic pressure difference acting on the disks 24, 24 made of a non-magnetic material are reduced, and the output shaft 11
Is smaller than the force of the spring 25. Therefore, the output shaft 11 moves downward by the force of the spring 25. During the above operation, a container made of a non-magnetic material is generated by sliding of the small-diameter piston 17 and the large-diameter piston 19 when air flows through the upper space of the large-diameter piston 19 and the upper space of the magnetic fluid 8 by the bypass 27. The pressure imbalance in 9 is adjusted and a smooth movement of the small diameter piston 17 and the large diameter piston 19 is obtained.

【0023】従って本実施例によれば、電磁マグネット
28に電流を流して電磁マグネット28から発生した磁
界によるプランジャ16の反発に伴う浮上作用と、磁性
流体8中の非磁性体で成る円板24,24の磁気浮揚力
とが相乗された大きな力がピストンロッド17aに伝達
され、その上昇運動が倍力装置30によって増幅され、
出力軸11の上昇運動として図外の負荷に伝えられ、こ
の負荷を上昇させることができる。電磁マグネット28
に流す電流を小さくすれば、バネ25及び図外の負荷の
重さによって出力軸11は下降する。従って、電磁マグ
ネット28に流す電流のコントロールで負荷の往復運動
が可能である。
Therefore, according to the present embodiment, a floating action is caused by the repulsion of the plunger 16 due to the magnetic field generated from the electromagnetic magnet 28 by applying a current to the electromagnetic magnet 28, and the disk 24 made of a non-magnetic material in the magnetic fluid 8. , 24 are transmitted to the piston rod 17a, and the ascending movement is amplified by the booster 30,
The load is transmitted to a load (not shown) as a rising motion of the output shaft 11, and the load can be raised. Electromagnetic magnet 28
When the current flowing through the output shaft 11 is reduced, the output shaft 11 is lowered by the weight of the spring 25 and a load (not shown). Therefore, the load can be reciprocated by controlling the current flowing through the electromagnetic magnet 28.

【0024】図2に示す上記軟質磁性材料で成るプラン
ジャ16の形状が磁気反発力に及ぼす影響を調べた。即
ち、ソレノイド15に流す電流を0.4A、プランジャ
16の跳ね上がり高さを0.5×10-3mにした場合の
プランジャヘッド16aの直径をa、プランジャヘッド
16aの厚さをb、全体の長さをc、プランジャ16の
円柱部の直径をdとし、更にプランジャ16の中心に直
径eの孔部を形成して軽量化の効果を考察した。その結
果を図3〜図6に示す。
The effect of the shape of the plunger 16 made of the soft magnetic material shown in FIG. 2 on the magnetic repulsion was examined. That is, the current flowing through the solenoid 15 is 0.4 A, the diameter of the plunger head 16a when the jump height of the plunger 16 is 0.5 × 10 −3 m is a, the thickness of the plunger head 16a is b, and The length was c, the diameter of the cylindrical portion of the plunger 16 was d, and a hole having a diameter e was formed at the center of the plunger 16 to consider the effect of weight reduction. The results are shown in FIGS.

【0025】上記各図は電子天秤による測定値である有
効力とプランジャ16の重さを積み重ねたグラフであ
り、両者の和が磁気反発力となる。図3,図4に示した
各グラフから有効力が最も大きいプランジャ16の形状
として、プランジャヘッド16aの直径はコア14の直
径(17.5×10-3m)に等しく、プランジャヘッド
16aの厚さbは薄くすることが好ましい。
Each of the above figures is a graph in which the effective force, which is a value measured by the electronic balance, and the weight of the plunger 16 are stacked, and the sum of the two is the magnetic repulsive force. From the graphs shown in FIGS. 3 and 4, as the shape of the plunger 16 having the largest effective force, the diameter of the plunger head 16a is equal to the diameter of the core 14 (17.5 × 10 −3 m), and the thickness of the plunger head 16a is It is preferable to make the thickness b thin.

【0026】また、図5から全体の長さcは10〜40
×10-3mでは反発力に顕著な相違は見られないが、5
×10-3mでは大きく低下することが確認された。これ
はプランジャ16の反磁場係数が大きくなって磁化が急
に減少するためである。そこでプランジャ16の長さは
円柱部の直径d以上とし、かつ、プランジャ16の中心
に直径eの孔部を形成することによって図6に示したよ
うに軽量化に及ぼす大きな効果が得られる。
FIG. 5 shows that the overall length c is 10 to 40.
× 10- 3 significant difference in repulsive force in m is not seen, 5
At × 10 −3 m, it was confirmed that it was greatly reduced. This is because the demagnetizing field coefficient of the plunger 16 increases and the magnetization decreases rapidly. Therefore, by making the length of the plunger 16 equal to or longer than the diameter d of the cylindrical portion and forming a hole having a diameter e at the center of the plunger 16, a great effect on weight reduction can be obtained as shown in FIG.

【0027】次に磁性流体8内に配置された非磁性体で
成る円板24,24の形状が磁気浮揚力に及ぼす影響を
調べた。プランジャ16として円柱部の直径が6×10
-3mのアルミニウムを用いており、インサートコア31
との磁気反発力は生じない。非磁性体で成る円板24,
24は直径が25×10-3m、厚さは2×10-3mのア
ルミニウム板を用いた。そして磁性流体8を満たした状
態で電子天秤に乗せて非磁性体で成る円板24,24の
上端を固定し、0.25Aの電流を流して磁気浮揚力を
測定した。その結果を図7、図8に示す。
Next, the effect of the shape of the discs 24, 24 made of a non-magnetic material disposed in the magnetic fluid 8 on the magnetic levitation force was examined. The diameter of the cylindrical portion is 6 × 10 as the plunger 16.
- it is used aluminum 3 m, the insert core 31
No magnetic repulsion occurs. A disk 24 made of a non-magnetic material,
24 is an aluminum plate having a diameter of 25 × 10 −3 m and a thickness of 2 × 10 −3 m. Then, a magnetic levitation force was measured by placing the magnetic fluid 8 filled on an electronic balance and fixing the upper ends of the discs 24, 24 made of a non-magnetic material, and applying a current of 0.25A. The results are shown in FIGS.

【0028】図7は非磁性体で成る円板24,24の間
隔の大きさが磁気浮揚力に及ぼす影響を調べた結果を示
すグラフ、図8は同じく非磁性体で成る円板24,24
の枚数が磁気浮揚力に及ぼす影響を調べた結果であり、
図7、図8によれば非磁性体で成る円板24,24の間
隔を長くするほど有効力が減少することが確認された。
これは上記間隔が長くなると電磁マグネット28を構成
するコア14から遠くなり、前記(1)式で示した非磁
性体で成る円板24,24の上面と下面での磁場の強さ
1,H2が小さくなるためである。また、非磁性体で成
る円板24,24の枚数が3枚までは有効力が増加する
が、3枚以上では増加割合が減少する。従って非磁性体
で成る円板24,24の間隔を小さくし、枚数は3枚程
度が最適である。
FIG. 7 is a graph showing the result of examining the effect of the distance between the disks 24, 24 made of non-magnetic material on the magnetic levitation force, and FIG.
The result of examining the effect of the number of
According to FIGS. 7 and 8, it was confirmed that the effective force decreases as the distance between the disks 24 made of a non-magnetic material increases.
This is because when the distance becomes longer, the distance from the core 14 constituting the electromagnetic magnet 28 increases, and the magnetic field strengths H 1 , H 1 , on the upper and lower surfaces of the non-magnetic disks 24, 24 shown in the above equation (1). This is because H 2 becomes smaller. The effective force increases up to three discs 24 made of non-magnetic material, but the rate of increase decreases when the discs are three or more. Therefore, it is optimal that the interval between the disks 24, 24 made of a non-magnetic material is reduced and the number of the disks is about three.

【0029】次に有効力に及ぼす磁気反発力の効果を調
べた。その結果を図9に示す。同図によれば非磁性体で
成る円板24,24の枚数を3枚とし、プランジャ16
の材質をアルミニウムとした場合と比較して、プランジ
ャ16として軟質磁性材料を用いた場合の方が有効力が
約4.5倍となり、プランジャ16の反発力の効果が大
きいことが判明した。
Next, the effect of the magnetic repulsion on the effective force was examined. FIG. 9 shows the result. According to the drawing, the number of the discs 24, 24 made of a non-magnetic material is set to three,
As compared with the case where aluminum was used as the material of the above, the effective force when the soft magnetic material was used as the plunger 16 was about 4.5 times, and it was found that the effect of the repulsive force of the plunger 16 was large.

【0030】そこで本実施例では、図1に示す磁性流体
8を用いたアクチュエータ中のスプリングのバネ定数は
1.5×10-3(kg/mm)とし、プランジャヘッド
16aの直径を17.5×10-3m、厚さを0.5×1
0-3mとした。また、プランジャ16の円柱部の直径は
6×10-3m、長さは20×10-3mとしプランジャ1
6の中心に3.5×10-3mの孔部を形成して軽量化し
た。倍力装置30は作動油21が充填された6×10-3
mの小径のピストン17と、40×10-3mの大径のピ
ストン19の組み合わせによって構成した。
Therefore, in this embodiment, the spring constant of the spring in the actuator using the magnetic fluid 8 shown in FIG. 1 is 1.5 × 10 −3 (kg / mm), and the diameter of the plunger head 16a is 17.5. × 10- 3 m, 0.5 thickness × 1
Was 0- 3 m. The diameter of the cylindrical portion of the plunger 16 is 6 × 10 −3 m and the length is 20 × 10 −3 m.
A 3.5 × 10 -3 m hole was formed in the center of 6 to reduce the weight. The booster 30 is a 6 × 10 -3 filled with hydraulic oil 21.
The piston 17 has a small diameter of 17 m and a large diameter piston 19 of 40 × 10 −3 m.

【0031】図10は本実施例により得られたアクチュ
エータのストロークに及ぼす電流と負荷の影響を示すグ
ラフである。I=0.25Aの時に負荷1.0998k
gでストローク45×10-6mが得られ、当初の目標が
達成された。また、電流値が上がるのに伴ってストロー
クが大きくなることから。電流値によってストロークを
制御することが可能である。
FIG. 10 is a graph showing the effect of current and load on the stroke of the actuator obtained according to the present embodiment. 1.0998k load when I = 0.25A
Stroke 45 × 10- 6 m was obtained in g, initial goal was achieved. Also, the stroke increases as the current value increases. The stroke can be controlled by the current value.

【0032】図11はレーザ変位計によるインデンシャ
ル応答の測定例である。図12は時定数に及ぼす電流の
影響を示すグラフであり、電流Iを変化させた時の時定
数sの値を示した。図12から電流がオンの場合の時定
数sは電流値が高くなる程速くなる傾向にあり、I=
0.25Aの時に0.45秒である。一方、電流がオフ
の場合は時定数は4.25秒と遅くなっている。電流が
オフの場合の時定数のばらつきの原因は倍力装置30を
構成する小径のピストン17及び大径のピストン19の
Oリングとシリンダ間の摩擦によるものと推察される。
FIG. 11 shows an example of the measurement of the indian response by the laser displacement meter. FIG. 12 is a graph showing the effect of the current on the time constant, and shows the value of the time constant s when the current I is changed. From FIG. 12, the time constant s when the current is on tends to increase as the current value increases.
0.45 seconds at 0.25A. On the other hand, when the current is off, the time constant is as slow as 4.25 seconds. It is presumed that the cause of the variation in the time constant when the current is off is the friction between the O-rings of the small-diameter piston 17 and the large-diameter piston 19 constituting the booster 30 and the cylinder.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる磁性流体を用いたアクチュエータは、電磁マグネッ
トのコアの磁化に伴ってコアと同材質のプランジャが反
発力によって浮上すると同時に磁気勾配による磁性流体
中の非磁性体で成る円板が磁気浮揚力で上昇運動を行う
ので、プランジャの反発力に伴う浮上作用と磁性流体に
よる磁気浮揚作用とが相乗された大きな力を持つプラン
ジャの上昇運動が倍力装置によって増加されてから負荷
に伝えられて、目標とする応答速度と大きな駆動力によ
って負荷を往復運動させることができるアクチュエータ
が得られる。
As described above in detail, in the actuator using the magnetic fluid according to the present invention, the plunger made of the same material as the core of the electromagnetic magnet floats due to the repulsion due to the magnetization of the core, and at the same time, the magnetic gradient is generated. Since a disk made of a non-magnetic material in a magnetic fluid moves upward by magnetic levitation force, the upward movement of the plunger, which has a large force that combines the levitation action caused by the repulsive force of the plunger and the magnetic levitation action by the magnetic fluid Is increased by the booster and then transmitted to the load to obtain an actuator capable of reciprocating the load with a target response speed and a large driving force.

【0034】特に従来の熱膨張方式が有している応答性
の問題点とか、電磁弁方式の連続制御ができない欠点を
解消し、しかも圧電素子方式に比較しても部品費等に要
するコストは低く、量産性が求められている流量制御装
置にも採用することができる。
In particular, it solves the problem of responsiveness of the conventional thermal expansion system and the drawback that continuous control of the solenoid valve system is not possible. The present invention can be applied to a flow control device which is low and requires mass productivity.

【0035】従って本発明は磁性流体中の非磁性体の駆
動と磁気反発力をともに利用し、これに倍力装置を組み
合わせたことによって低コストで駆動力及び応答速度が
大きく、しかも連続制御を可能としたアクチュエータが
提供される。
Therefore, the present invention utilizes both the driving of the non-magnetic material in the magnetic fluid and the magnetic repulsive force, and by combining this with a booster, the driving force and the response speed are large at low cost, and continuous control is possible. An enabled actuator is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる磁性流体を用いたアクチュエー
タの具体例を示す要部断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a specific example of an actuator using a magnetic fluid according to the present invention.

【図2】本実施例で採用した軟質磁性材料で成るプラン
ジャの形状例を示す正面図。
FIG. 2 is a front view showing an example of the shape of a plunger made of a soft magnetic material employed in this embodiment.

【図3】プランジャヘッド直径の影響を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the effect of plunger head diameter.

【図4】磁気反発力に及ぼすプランジャヘッド厚さの影
響を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the effect of plunger head thickness on magnetic repulsion.

【図5】磁気反発力に及ぼすプランジャ長さの影響を示
すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the effect of plunger length on magnetic repulsion.

【図6】磁気反発力に及ぼす軽量化の効果を示すグラ
フ。
FIG. 6 is a graph showing the effect of weight reduction on magnetic repulsion.

【図7】磁気浮揚力に及ぼす円板間隔の影響を示すグラ
フ。
FIG. 7 is a graph showing the effect of disc spacing on magnetic levitation force.

【図8】磁気浮揚力に及ぼす円板枚数の影響を示すグラ
フ。
FIG. 8 is a graph showing the effect of the number of disks on the magnetic levitation force.

【図9】磁気浮揚力に及ぼす磁気反発力の効果を示すグ
ラフ。
FIG. 9 is a graph showing the effect of magnetic repulsion on magnetic levitation.

【図10】ストロークに及ぼす電流と負荷の影響を示す
グラフ。
FIG. 10 is a graph showing the effect of current and load on stroke.

【図11】インデンシャル応答の測定例を示すグラフ。FIG. 11 is a graph showing a measurement example of an indian response.

【図12】時定数に及ぼす電流の影響を示すグラフ。FIG. 12 is a graph showing the effect of a current on a time constant.

【図13】従来の一般的な流量制御装置例を示す概要
図。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a conventional general flow control device.

【図14】従来の磁性流体を利用した負荷の往復運動の
基本動作を説明する概念図。
FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a basic operation of a conventional reciprocating motion of a load using a magnetic fluid.

【図15】磁気反発力を発生させる基本動作を説明する
ための概念図。
FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining a basic operation for generating a magnetic repulsion.

【図16】磁気反発力が発生した基本動作を説明するた
めの概念図。
FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining a basic operation in which a magnetic repulsion has occurred.

【図17】本発明の基本動作を説明するための概念図。FIG. 17 is a conceptual diagram for explaining a basic operation of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…配管 2…流量センサ 3…流量制御部 4…設定流量信号 5…バルブ操作部 6…バルブ 7…負荷 8…磁性流体 9…非磁性体で成る容器 10…非磁性体 11…出力軸 12…コイル 13…電源 14…コア 14a…中心孔 15…ソレノイド 16…プランジャ 16a…プランジャヘッド 17…小径のピストン 18…小径のシリンダ 19…大径のピストン 20…大径のシリンダ 21…作動油 22…基台 23…支柱 24…非磁性体で成る円板 25…バネ 26…カバー 26a…中心孔 27…バイパス 28…電磁マグネット 29…外筒 30…倍力装置 31…インサートコア 31a…インサートコアヘッド 32…孔 32a…溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piping 2 ... Flow sensor 3 ... Flow control part 4 ... Set flow signal 5 ... Valve operation part 6 ... Valve 7 ... Load 8 ... Magnetic fluid 9 ... Container made of non-magnetic material 10 ... Non-magnetic material 11 ... Output shaft ... Coil 13 ... Power supply 14 ... Core 14a ... Center hole 15 ... Solenoid 16 ... Plunger 16a ... Plunger head 17 ... Small diameter piston 18 ... Small diameter cylinder 19 ... Large diameter piston 20 ... Large diameter cylinder 21 ... Hydraulic oil 22 ... Base 23 ... Post 24 ... Disc made of non-magnetic material 25 ... Spring 26 ... Cover 26a ... Center hole 27 ... Bypass 28 ... Electromagnetic magnet 29 ... Outer cylinder 30 ... Power booster 31 ... Insert core 31a ... Insert core head 32 ... holes 32a ... grooves

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 軟質磁性材料で成るコアの外周に配置さ
れたソレノイド及びコアの中心孔中に配置されたコアと
同材質のプランジャから構成された電磁マグネットと、
電磁マグネットの上部に配置されて磁性流体が封入され
た非磁性体で成る容器と、この磁性流体内に配置された
複数枚の非磁性体で成る円板及び非磁性体で成る円板に
接続された非磁性材料からなるピストンと、前記電磁マ
グネットによるプランジャの反発力に伴う浮上作用と前
記非磁性体で成る円板に作用する磁気圧力差による磁気
浮揚力とが相乗されたプランジャの上昇運動を受けてピ
ストンから導出された出力軸の駆動力を増大する倍力装
置を構成要素として具備したことを特徴とする磁性流体
を用いたアクチュエータ。
1. An electromagnetic magnet comprising a solenoid disposed on the outer periphery of a core made of a soft magnetic material and a plunger of the same material as the core disposed in a center hole of the core.
A container made of a non-magnetic material, which is disposed above the electromagnetic magnet and in which a magnetic fluid is sealed, and connected to a plurality of disks made of a non-magnetic material and a disk made of a non-magnetic material, which are disposed in the magnetic fluid Movement of the plunger, in which a levitation effect caused by a repulsion force of the plunger by the electromagnetic magnet and a magnetic levitation force caused by a magnetic pressure difference acting on the disc made of the nonmagnetic material, and a piston made of the nonmagnetic material thus obtained are synergized. An actuator using a magnetic fluid, comprising, as a component, a booster for increasing a driving force of an output shaft derived from a piston in response to the force.
【請求項2】 倍力装置は、プランジャの先端部に固定
された小径のピストンの摺動を小径のシリンダ及び大径
のシリンダ内に充填された作動油を介して伝達される大
径のピストンから成り、小径のピストンと大径のピスト
ンとの径長の差による倍力効果によってプランジャの駆
動力が増大するようにした請求項1記載の磁性流体を用
いたアクチュエータ。
2. A booster includes a large-diameter piston which transmits the sliding of a small-diameter piston fixed to a tip of a plunger via a hydraulic oil filled in a small-diameter cylinder and a large-diameter cylinder. 2. The actuator using magnetic fluid according to claim 1, wherein the driving force of the plunger is increased by a boosting effect due to a difference in diameter between the small-diameter piston and the large-diameter piston.
【請求項3】 電磁マグネットによる反発力に伴って浮
上するプランジャの円柱部の中心に孔部を形成して、プ
ランジャを軽量化した請求項1又は2記載の磁性流体を
用いたアクチュエータ。
3. The actuator using a magnetic fluid according to claim 1, wherein a hole is formed at the center of the cylindrical portion of the plunger which floats with the repulsive force of the electromagnetic magnet to reduce the weight of the plunger.
【請求項4】 複数枚の非磁性体で成る円板の間隔を小
さくし、非磁性体で成る円板の枚数は3枚までとした請
求項1,2又は3記載の磁性流体を用いたアクチュエー
タ。
4. The magnetic fluid according to claim 1, wherein the distance between the plurality of nonmagnetic discs is reduced, and the number of nonmagnetic discs is up to three. Actuator.
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