JP4040029B2 - Giant magnetostriction unit - Google Patents
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本発明は、超磁歪素子を用いたアクチュエータや圧力センサ等の超磁歪ユニットに関する。 The present invention relates to a giant magnetostrictive unit such as an actuator or a pressure sensor using a giant magnetostrictive element.
磁界の印加に応じて伸縮する磁歪素子は古くから知られているが、これまでの磁歪素子は変位が小さく、このため実用的に使用されることはほとんどなかった。ところが近年、1500ppm〜2000ppmといった非常に変位の大きな磁歪素子(超磁歪素子)が知られるようになり、現在、その様々な利用形態が提案されている。例えば、超磁歪素子が持つ応答性の高さや駆動力の大きさに注目して、これをアクチュエータとして利用するといった提案(特許文献1及び2参照)や、圧力センサとして利用するといった提案(特許文献3〜6参照)が数多くなされている。
Magnetostrictive elements that expand and contract in response to the application of a magnetic field have been known for a long time, but conventional magnetostrictive elements have a small displacement, and thus have been rarely used practically. However, in recent years, magnetostrictive elements (giant magnetostrictive elements) having a very large displacement of 1500 ppm to 2000 ppm have been known, and various usage forms thereof have been proposed. For example, paying attention to the high responsiveness and the magnitude of the driving force of the giant magnetostrictive element, a proposal to use it as an actuator (see
このような超磁歪ユニットは、基本的に、超磁歪素子とその径方向に配置されたコイルを備えている。したがって、コイルに所定の電流を流すことにより超磁歪素子を変位させれば、これをアクチュエータとして利用することが可能となり、逆に、外力による超磁歪素子の変位をコイル電流の変化として検出すれば、これを圧力センサとして利用することが可能となる。
しかしながら、超磁歪材料は一般に透磁率が低く(μ=6〜10程度)、このため磁気回路の設計によっては超磁歪素子中の磁束密度が不均一となりやすいという問題があった。超磁歪素子中の磁束密度が不均一であると、超磁歪素子の変位とコイル電流との間のリニアリティが低下し、その結果、超磁歪ユニットの出力に歪みが生じてしまうことから、超磁歪素子中の磁束密度はできる限り均一であることが望ましい。 However, the giant magnetostrictive material generally has a low magnetic permeability (about μ = 6 to 10), so that there is a problem that the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element tends to be uneven depending on the design of the magnetic circuit. If the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element is not uniform, the linearity between the displacement of the giant magnetostrictive element and the coil current is reduced, resulting in distortion in the output of the giant magnetostrictive unit. It is desirable that the magnetic flux density in the element be as uniform as possible.
したがって、本発明は、超磁歪素子中の磁束密度をより均一化し、これにより超磁歪ユニットの出力歪みを低減することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to make the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element more uniform, thereby reducing the output distortion of the giant magnetostrictive unit.
本発明による超磁歪ユニットは、超磁歪素子と、前記超磁歪素子の径方向に配置されたコイルと、ヨークとを備え、前記ヨークは、前記超磁歪素子と前記コイルとの間に設けられた第1の部分と、前記コイルの径方向外側に配置された第2の部分と、前記第1の部分と前記第2の部分とをつなぐ第3の部分とを有していることを特徴とする。かかる構成によれば、超磁歪素子内の磁束密度の均一性が高くなることから、超磁歪ユニットの出力歪みを効果的に低減することが可能となる。 A giant magnetostrictive unit according to the present invention includes a giant magnetostrictive element, a coil disposed in a radial direction of the giant magnetostrictive element, and a yoke, and the yoke is provided between the giant magnetostrictive element and the coil. It has a first portion, a second portion arranged on the outer side in the radial direction of the coil, and a third portion connecting the first portion and the second portion. To do. According to such a configuration, the uniformity of the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element is increased, so that the output distortion of the giant magnetostrictive unit can be effectively reduced.
本発明において、前記ヨークの前記第1の部分の内径が前記超磁歪素子の軸方向における長さの1/5以下であることが好ましい。このような設定すれば、超磁歪素子中の磁束密度をより均一とすることが可能となる。 In the present invention, it is preferable that an inner diameter of the first portion of the yoke is 1/5 or less of a length in the axial direction of the giant magnetostrictive element. With this setting, the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element can be made more uniform.
また、前記ヨークは、前記超磁歪素子の軸方向に配置された第4の部分をさらに有しており、前記ヨークの前記第3の部分と前記第4の部分との間にはギャップが設けられていることが好ましい。これによれば、超磁歪素子の端部における磁束密度の低下を抑制することが可能となる。 The yoke further includes a fourth portion arranged in the axial direction of the giant magnetostrictive element, and a gap is provided between the third portion and the fourth portion of the yoke. It is preferable that According to this, it is possible to suppress a decrease in magnetic flux density at the end of the giant magnetostrictive element.
本発明による超磁歪ユニットは、前記超磁歪素子の軸方向に配置された永久磁石をさらに備えることが好ましい。永久磁石を備えることにより、超磁歪ユニットに磁気バイアスを付与することができる。 The giant magnetostrictive unit according to the present invention preferably further comprises a permanent magnet disposed in the axial direction of the giant magnetostrictive element. By providing a permanent magnet, a magnetic bias can be applied to the giant magnetostrictive unit.
本発明において前記ヨークの透磁率は100以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましい。これは、ヨークの透磁率が高いほど、超磁歪素子の端部における磁束密度の低下を抑制でき、その結果、磁束密度がより均一化されるからである。 In the present invention, the magnetic permeability of the yoke is preferably 100 or more, and more preferably 1000 or more. This is because the higher the magnetic permeability of the yoke, the lower the magnetic flux density at the end of the giant magnetostrictive element can be suppressed, and as a result, the magnetic flux density is made more uniform.
さらに本発明においては、前記超磁歪素子の軸方向における長さが前記ヨークの軸方向における長さと等しいか、これよりも短いことが好ましい。これによれば、超磁歪素子内の磁束密度を均一とすることができ、超磁歪ユニットの出力歪みを効果的に低減することが可能となる。 In the present invention, it is preferable that the length of the giant magnetostrictive element in the axial direction is equal to or shorter than the length of the yoke in the axial direction. According to this, the magnetic flux density in the giant magnetostrictive element can be made uniform, and the output distortion of the giant magnetostrictive unit can be effectively reduced.
このように、本発明による超磁歪ユニットは超磁歪素子内における磁束密度の均一性が高いことから、これをアクチュエータとして用いた場合、或いは、圧力センサとして用いた場合のいずれにおいても、出力歪みを大幅に低減することが可能となる。 As described above, since the giant magnetostrictive unit according to the present invention has high uniformity of magnetic flux density in the giant magnetostrictive element, the output strain can be reduced when the actuator is used as an actuator or as a pressure sensor. It can be greatly reduced.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好ましい実施形態による超磁歪ユニット10の構造を示す略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a giant
図1に示すように、本実施形態による超磁歪ユニット10は、円柱状の超磁歪素子11と、超磁歪素子11の径方向に配置された円筒状のコイル12と、超磁歪素子11及びコイル12を取り囲むように設けられたヨーク13(13a〜13d)と、超磁歪素子11の軸方向に配置された永久磁石14とを備えている。本実施形態による超磁歪ユニット10は、コイル12に所定の電流を流すことにより超磁歪素子11を変位させるアクチュエータとして利用することが可能であり、さらに、外力による超磁歪素子11の変位をコイル電流の変化として検出する圧力センサとして利用することも可能である。
As shown in FIG. 1, the giant
超磁歪素子11は、磁界の印加に応じて変位するとともに、外力による変位に応じて透磁率が変化する超磁歪材料によって構成された円柱状の素子である。使用する超磁歪材料としては、特に限定されるものではないがTb0.34−Dy0.66−Fe1.90を中心組成とする超磁歪材料等を用いることができる。超磁歪素子11のサイズについては、目的とする超磁歪ユニット10の用途や出力に応じて適宜選択すれば良い。超磁歪素子11の軸方向における長さは、ヨーク13の軸方向における長さと等しいか、それよりも短いことが望ましい。これは、超磁歪素子11の軸方向における長さが、ヨーク13の軸方向における長さよりも長いと、磁束が超磁歪素子11の端部を通過しにくくなり、その結果、当該端部において磁束密度の均一性が得られなくなるからである。
The giant
コイル12は、その中空部に超磁歪素子11が挿入されており、超磁歪素子11と磁気結合する電磁変換手段として用いられる。したがって、図示しない駆動回路より所定の電流をコイル12に供給すると、コイル12はこれに基づく磁界を超磁歪素子11に印加し、これにより得られる超磁歪素子11の変位を入出力ロッド15から取り出すことができる。つまり、この場合は超磁歪ユニット10がアクチュエータとして機能する。逆に、入出力ロッド15に加えられた外力によって超磁歪素子11が伸縮し、これによって超磁歪素子11の透磁率が変化すると、コイル12はこれにより生じる電流を図示しない検出回路へと供給する。つまり、この場合は超磁歪ユニット10が圧力センサとして機能する。
The
図1に示すように、本実施形態による超磁歪ユニット10では、超磁歪素子11の軸方向における長さとコイル12の軸方向における長さが実質的に一致している。但し、本発明において、超磁歪素子11の軸方向における長さとコイル12の軸方向における長さを実質的に一致させることは必須でない。
As shown in FIG. 1, in the giant
ヨーク13は、図1に示すように、超磁歪素子11とコイル12との間に設けられた第1の部分13aと、コイル12の径方向外側に配置された第2の部分13bと、コイル12の軸方向に設けられ、第1の部分13aと第2の部分13bとをつなぐ第3の部分13cと、超磁歪素子11の軸方向に配置された第4の部分13dとを有している。このように、ヨーク13は超磁歪素子11及びコイル12を取り囲むように配置されている。但し、このことは、ヨーク13によって超磁歪素子11及びコイル12を密閉状態とする必要があることを意味するのではなく、第1の部分13aと第2の部分13bが第3の部分13cによって繋がっている限り、第1〜第3の部分13a〜13c自体が隙間を有する構造であっても構わない。このような構成により、本実施形態による超磁歪ユニット10では良好な閉磁気回路を構成することが可能となる。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、ヨーク13の第1の部分13aの内径をa、超磁歪素子11の軸方向における長さをbとした場合、
a/b≦1/5
に設定されている。本発明において、ヨーク13の第1の部分13aの内径aと超磁歪素子11の軸方向における長さbとの関係を上記の範囲に設定することは必須ではないが、a/bの値を小さくするほど、磁束密度を均一化する効果が高くなる。このため、本実施形態のように、ヨーク13の第1の部分13aの内径aと超磁歪素子11の軸方向における長さbとの比を
a/b≦1/5
に設定すれば、超磁歪素子11中の磁束密度が非常に均一となり、その結果、超磁歪ユニット10の出力歪みを非常に小さくすることが可能となる。具体的には、超磁歪素子11の端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差を20%以下とすることが可能となる。
In the present embodiment, when the inner diameter of the first portion 13a of the
a / b ≦ 1/5
Is set to In the present invention, it is not essential to set the relationship between the inner diameter a of the first portion 13a of the
Is set, the magnetic flux density in the giant
より好ましくは、ヨーク13の第1の部分13aの内径aと超磁歪素子11の軸方向における長さbとの比を
a/b≦1/10
とすればよい。このような範囲に設定すれば、超磁歪素子11中の磁束密度は極めて均一となり、具体的には、超磁歪素子11の端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差を2%以下とすることが可能となる。
More preferably, the ratio between the inner diameter a of the first portion 13a of the
And it is sufficient. If set in such a range, the magnetic flux density in the giant
また、本実施形態では、ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間にはギャップ16が設けられおり、したがって両者は直接接していない。本発明において、ヨーク13が第4の部分13dを有していることは必須でないが、これを設けることにより超磁歪素子11の端部における磁束密度の低下を抑制することが可能となる。また、ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとが直接接していると、超磁歪素子11の端部における磁束密度が過度に高くなる可能性があることから、このような超磁歪素子11の端部における磁束密度の過度の盛り上がりを抑制するためには、本実施形態のように、ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間にはギャップ16を設けることが好ましい。超磁歪素子11の端部における磁束の強度は、ギャップ16の幅によって調節することができ、ギャップ16を狭くするほど、超磁歪素子11の端部における磁束密度を高くすることができる。
Further, in the present embodiment, the gap 16 is provided between the third portion 13c and the fourth portion 13d of the
ヨーク13の材料としては、できる限り透磁率の高い材料を用いることが好ましく、具体的には、透磁率(μ)が100以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましい。これは、ヨーク13の透磁率が高いほど、超磁歪素子11の端部における磁束密度の低下を抑制する効果が高くなるからであり、ヨーク13の材料として透磁率が100以上である材料を用いれば、本実施形態の構成と相まって、よりいっそう磁束密度を均一化することが可能となる。特に、ヨーク13の材料として透磁率が1000以上である材料を用いれば、本実施形態の構成と相まって、磁束密度をほぼ均一とすることが可能となる。好ましい具体的な材料としては、純鉄(μ=5000以上)、けい素鉄(μ=6000以上)、電磁ステンレス(μ=4000以上)、パーマロイ(μ=30000以上)、フェライト(μ=1000以上)等を挙げることができる。
As the material of the
永久磁石14は、超磁歪素子11の軸方向両側に配置されており、超磁歪素子11に磁気バイアスを印加する役割を果たす。これは、磁気バイアスのない状態では、超磁歪素子11の変位が磁界の向きに対して方向性がないからである。
The
以上の構成を有する超磁歪ユニット10は、上述のとおり、ヨーク13が第1〜第3の部分13a〜13cを備えていることから、良好な閉磁気回路を構成することができ、その結果、超磁歪素子11内の磁束密度の均一性が非常に高くなる。これにより、本実施形態の超磁歪ユニット10をアクチュエータとして用いた場合、或いは、圧力センサとして用いた場合のいずれにおいても、出力歪みを大幅に低減することが可能となる。尚、ヨーク13の第1の部分13a及び第3の部分13cは、いわゆるコイル12のボビンを兼用することができる。
As described above, since the
しかも、本実施形態では、ヨーク13の第1の部分13aの内径をa、超磁歪素子11の軸方向における長さをbとした場合、
a/b≦1/5
に設定されていることから、超磁歪素子11中の磁束密度をより均一とすることが可能となる。また、本実施形態では、ヨーク13に第4の部分13dが含まれており、第3の部分13cと第4の部分13dとの間にギャップ16が設けられていることから、超磁歪素子11の端部における磁束密度の低下を抑制することが可能となる。
Moreover, in the present embodiment, when the inner diameter of the first portion 13a of the
a / b ≦ 1/5
Therefore, the magnetic flux density in the giant
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
以下、本発明の効果を実証すべく、静磁場解析装置を用いた静磁場シミュレーションの結果について説明する。 Hereinafter, the results of a static magnetic field simulation using a static magnetic field analyzer will be described in order to verify the effects of the present invention.
[実施例1] [Example 1]
まず、図2に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、超磁歪素子11の中心軸11aに沿った磁束密度をシミュレーションした。超磁歪素子11の透磁率(μ)は6とし、軸方向における長さbについては20mm、径については2mmとした。また、コイル12の軸方向における長さについても20mmとし、内径及び外径についてはそれぞれ6mm、10mmとした。ヨーク13の透磁率(μ)は1000、肉厚を1mmとし、軸方向における長さを22mm、内径aを2mm、外径cを12mmとした。実施例1では、
a/b=1/10
である。
First, assuming a giant magnetostrictive unit having a cross section shown in FIG. 2, the magnetic flux density along the central axis 11a of the giant
a / b = 1/10
It is.
そして、コイル12にコイル電流(A:アンペア)とコイル巻数(T:巻数)の積が500A・Tである電流を流した場合の中心軸11aに沿った磁束密度をシミュレーションした。シミュレーションの結果を図3に示す。
And the magnetic flux density along the central axis 11a when the electric current whose product of a coil electric current (A: ampere) and a coil turn number (T: turn number) is 500A * T was sent to the
図3に示すように、中心軸11aに沿った磁束密度は、超磁歪素子11の軸方向にほぼ均一であり、端部(末端から約2mmの領域、以下同様)における磁束密度と中央部における磁束密度との差(絶対値、以下同様)が約1.9%であることが確かめられた。
As shown in FIG. 3, the magnetic flux density along the central axis 11a is substantially uniform in the axial direction of the giant
[比較例1] [Comparative Example 1]
図4に示すように、図2に示す超磁歪ユニットからヨーク13の第1の部分13aを削除した構成を有する超磁歪ユニットを想定し、中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。
As shown in FIG. 4, assuming a giant magnetostrictive unit having a configuration in which the first portion 13 a of the
シミュレーションの結果は同じく図3に示されている。図3に示すように、比較例1の構造では、実施例1と比べて磁束密度の平坦性がやや低下することが確かめられた。 The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the structure of Comparative Example 1, it was confirmed that the flatness of the magnetic flux density was slightly lowered as compared with Example 1.
[比較例2] [Comparative Example 2]
図5に示すように、図2に示す超磁歪ユニットからヨーク13の第2の部分13bを削除した構成を有する超磁歪ユニットを想定し、中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。
As shown in FIG. 5, assuming a giant magnetostrictive unit having a configuration in which the second portion 13b of the
シミュレーションの結果は同じく図3に示されている。図3に示すように、比較例2の構造では、極めて低い磁束密度しか得られなかった。 The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the structure of Comparative Example 2, only a very low magnetic flux density was obtained.
[比較例3] [Comparative Example 3]
図6に示すように、図2に示す超磁歪ユニットからヨーク13の第3の部分13cを削除した構成を有する超磁歪ユニットを想定し、中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。
As shown in FIG. 6, assuming a giant magnetostrictive unit having a configuration in which the third portion 13c of the
シミュレーションの結果は同じく図3に示されている。図3に示すように、比較例3の構造でも、極めて低い磁束密度しか得られなかった。 The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 3, even in the structure of Comparative Example 3, only a very low magnetic flux density was obtained.
[実施例2] [Example 2]
図7に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、ヨーク13の内径aを3mm、外径cを13mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ7mm、11mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。実施例2では、
a/b=3/20
である。シミュレーションの結果を図8に示す。尚、図8には、実施例1の結果も併せて示されている。図8に示すように、磁束密度は比較的均一であったが、実施例1と比べると全体的に磁束密度が低く、また、超磁歪素子11の端部において磁束密度がやや低下することが確認された。具体的には、端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差は約14.5%であった。
Assuming a giant magnetostrictive unit having the cross section shown in FIG. 7, the inner diameter a of the
a / b = 3/20
It is. The result of the simulation is shown in FIG. In FIG. 8, the results of Example 1 are also shown. As shown in FIG. 8, the magnetic flux density was relatively uniform. However, the magnetic flux density was generally lower than that of Example 1, and the magnetic flux density slightly decreased at the end of the giant
[実施例3] [Example 3]
ヨーク13の内径aを4mm、外径cを14mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ8mm、12mmとした他は、実施例2と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。実施例3では、
a/b=1/5
である。シミュレーションの結果は同じく図8に示されている。図8に示すように、磁束密度は比較的均一であったが、実施例2よりも全体的に磁束密度が低く、超磁歪素子11の端部において磁束密度がさらに低下した。具体的には、端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差は約19.8%であった。
The inner diameter a of the
a / b = 1/5
It is. The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 8, the magnetic flux density was relatively uniform, but the magnetic flux density was lower overall than in Example 2, and the magnetic flux density further decreased at the end of the giant
[実施例4] [Example 4]
ヨーク13の内径aを6mm、外径cを16mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ10mm、14mmとした他は、実施例2と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。実施例4では、
a/b=3/10
である。シミュレーションの結果は同じく図8に示されている。図8に示すように、実施例4の構造では、実施例3よりも全体的に磁束密度が低く、超磁歪素子11の端部において磁束密度がさらに低下した。具体的には、端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差は約22.8%であった。
The inner diameter a of the
a / b = 3/10
It is. The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the structure of Example 4, the overall magnetic flux density was lower than in Example 3, and the magnetic flux density further decreased at the end of the giant
[実施例5] [Example 5]
ヨーク13の内径aを8mm、外径cを18mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ12mm、16mmとした他は、実施例2と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。実施例5では、
a/b=2/5
である。シミュレーションの結果は同じく図8に示されている。図8に示すように、実施例5の構造では、実施例4よりも全体的に磁束密度が低く、超磁歪素子11の端部において磁束密度がさらに低下した。具体的には、端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差は約23.8%であった。
The inner diameter a of the
a / b = 2/5
It is. The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the structure of Example 5, the magnetic flux density was lower overall than in Example 4, and the magnetic flux density further decreased at the end of the giant
[実施例6] [Example 6]
ヨーク13の内径aを10mm、外径cを20mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ14mm、18mmとした他は、実施例2と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。実施例6では、
a/b=1/2
である。シミュレーションの結果は同じく図8に示されている。図8に示すように、実施例6の構造では、実施例5よりも全体的に磁束密度が低く、超磁歪素子11の端部において磁束密度がさらに低下した。具体的には、端部における磁束密度と中央部における磁束密度との差は約24.1%であった。
The inner diameter a of the
a / b = 1/2
It is. The result of the simulation is also shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the structure of Example 6, the magnetic flux density was generally lower than that of Example 5, and the magnetic flux density further decreased at the end of the giant
[実施例7] [Example 7]
ヨーク13の内径aを2mmに維持したまま外径cを16mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ10mm、14mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、磁束密度分布は実施例1と実質的に差がなかった。
While maintaining the inner diameter a of the
[実施例8] [Example 8]
ヨーク13の内径aを2mmに維持したまま外径cを20mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ14mm、18mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、磁束密度分布は実施例1と実質的に差がなかった。
While maintaining the inner diameter a of the
[実施例9] [Example 9]
ヨーク13の内径aを2mmに維持したまま外径cを24mmとし、これに合わせてコイル12の内径及び外径をそれぞれ18mm、22mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、磁束密度分布は実施例1と実質的に差がなかった。
While maintaining the inner diameter a of the
[実施例10] [Example 10]
図9に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、ヨーク13の内径aを2mm、外径cを24mmとし、コイル12の内径及び外径をそれぞれ4mm、8mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、磁束密度分布は実施例1と実質的に差がなかった。
Assuming a giant magnetostrictive unit having a cross section shown in FIG. 9, the inner diameter a of the
[実施例11] [Example 11]
図10に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、ヨーク13の内径aを2mm、外径cを24mmとし、コイル12の軸方向における長さを4mm、コイル12の内径及び外径をそれぞれ8mm、16mmとした他は、実施例1と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、磁束密度分布は実施例1と実質的に差がなかった。
Assuming the giant magnetostrictive unit having the cross section shown in FIG. 10, the inner diameter a of the
[実施例12] [Example 12]
図11に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、ヨーク13の軸方向における長さを26mmとした他は、実施例2(図7参照)と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を図12に示す。尚、図12には、実施例2の結果も併せて示されている。図12に示すように、磁束密度の均一性は実施例2とほぼ同じであったが、全体的に磁束密度が低くなった。
Assuming the giant magnetostrictive unit having the cross section shown in FIG. 11, the magnetic flux along the central axis 11a is the same as in the second embodiment (see FIG. 7) except that the length of the
[実施例13] [Example 13]
ヨーク13の軸方向における長さを30mmとした他は、実施例12と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果は同じく図12に示されている。図12に示すように、ヨーク13の第3の部分13cとコイル12との間隔を軸方向に広げると、磁束密度が全体的にさらに低くなることが確認された。但し、磁束密度の均一性は実施例2とほぼ同じであった。
The simulation of the magnetic flux density along the central axis 11a was performed under the same conditions as in Example 12 except that the length of the
[実施例14] [Example 14]
図13に示す断面を持った超磁歪ユニットを想定し、超磁歪素子11の軸方向にヨーク13の第4の部分13dを設け、ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間のギャップを0.1mmとした他は、実施例2(図7参照)と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を図14に示す。尚、図14には、第4の部分13dを持たない実施例2の結果も併せて示されている。図14に示すように、超磁歪素子11の軸方向にヨーク13の第4の部分13dを設けると、超磁歪素子11の端部における磁束密度の低下が抑制され、より均一性が高まることが確認された。
Assuming the giant magnetostrictive unit having the cross section shown in FIG. 13, the fourth portion 13d of the
[実施例15] [Example 15]
ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間のギャップを0.2mmとした他は、実施例14と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果は同じく図14に示されている。図14に示すように、実施例14と比べて超磁歪素子11の端部における磁束密度が若干低下している。このように、ギャップの広さによって、超磁歪素子11の端部における磁束密度を調節できることが分かる。
A simulation of the magnetic flux density along the central axis 11a was performed under the same conditions as in Example 14 except that the gap between the third portion 13c and the fourth portion 13d of the
[実施例16] [Example 16]
ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間のギャップを0.5mmとした他は、実施例14と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果は同じく図14に示されている。図14に示すように、実施例15と比べて超磁歪素子11の端部における磁束密度が若干低下している。このように、ギャップの広さによって、超磁歪素子11の端部における磁束密度を調節できることが分かる。
A simulation of the magnetic flux density along the central axis 11a was performed under the same conditions as in Example 14 except that the gap between the third portion 13c and the fourth portion 13d of the
[実施例17] [Example 17]
ヨーク13の第3の部分13cと第4の部分13dとの間のギャップをゼロとした他は、実施例14と同一条件にて中心軸11aに沿った磁束密度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果は同じく図14に示されている。図14に示すように、ギャップをゼロとすると、超磁歪素子11の末端において磁束密度が高くなった。このことからも、ギャップの広さによって、超磁歪素子11の端部における磁束密度を調節できることが分かる。
A simulation of the magnetic flux density along the central axis 11a was performed under the same conditions as in Example 14 except that the gap between the third portion 13c and the fourth portion 13d of the
10 超磁歪ユニット
11 超磁歪素子
11a 中心軸
12 コイル
13 ヨーク
13a ヨークの第1の部分
13b ヨークの第2の部分
13c ヨークの第3の部分
13d ヨークの第4の部分
14 永久磁石
15 入出力ロッド
16 ギャップ
a ヨークの第1の部分の内径
b 超磁歪素子の軸方向における長さ
c ヨークの第2の部分の外径
10
Claims (7)
The giant magnetostrictive unit according to any one of claims 1 to 6, wherein a length of the giant magnetostrictive element in the axial direction is equal to or shorter than a length of the yoke in the axial direction.
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