JPH07236290A - Rotary actuator - Google Patents

Rotary actuator

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Publication number
JPH07236290A
JPH07236290A JP6024543A JP2454394A JPH07236290A JP H07236290 A JPH07236290 A JP H07236290A JP 6024543 A JP6024543 A JP 6024543A JP 2454394 A JP2454394 A JP 2454394A JP H07236290 A JPH07236290 A JP H07236290A
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JP
Japan
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stator
electromagnetic coil
rotor
magnetic field
rotary actuator
Prior art date
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Pending
Application number
JP6024543A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takasuke Kaneda
敬右 金田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To transmit large torque to a rotor with regard to a rotary actuator, which turns the rotor by utilizing the magnetostriction generated in magnetostriction material. CONSTITUTION:A stator 10 having a plurality of grooves is formed at one end of a cylinder member by using super-magnetostriction material. A winding is wound along the circumference of the stator 10, and a first electromagnetic coil 14 is constituted. A winding is hooked in a groove 12 and wound around the stator 10, and a second electromagnetic coil 16 is constituted. A rotor 20 is arranged at the upper side of the stator 10 with the specified space interval being provided. The stator 10 and the rotor 20 are brought into contact with the magnetic field generated from the first electromagnetic coil 14. Then, torsion is generated in the stator 10 with the synthetic magnetic field of the magnetic fields generated from the first and second electromagnetic coils 14 and 16. The rotation caused by the torsion is transmitted to the rotor 10.

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、回転型アクチュエータ
に係り、特に磁歪材料に生ずる磁気歪みを利用して回転
子を回動させる回転型アクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary actuator, and more particularly to a rotary actuator that rotates a rotor by utilizing magnetostriction generated in a magnetostrictive material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、磁歪材料を用いた回転型アク
チュエータとしては、例えば特開平2−205653号
公報に開示されるものが知られている。この回転型アク
チュエータは、円筒状部材の一端面に、その円周に沿っ
て磁歪材料からなる複数の突起を備え、かつ個々の突起
に対して独立に電磁コイルを備えた固定子と、それらの
突起に当接して設けられた可動子とからなる構成であ
り、以下の原理に従って回転力を発生する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a rotary actuator using a magnetostrictive material, one disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-205653 is known. This rotary actuator is provided with a plurality of protrusions made of a magnetostrictive material on one end surface of a cylindrical member along its circumference, and a stator provided with an electromagnetic coil independently for each protrusion, and It is composed of a mover provided in contact with the protrusion, and generates a rotational force according to the following principle.

【0003】すなわち、固定子が備える電磁コイルに電
流を通電すると、その電磁コイルを備える突起には電磁
コイルの軸に沿った磁界が印加される。ここで、突起
は、磁界が印加されると磁気歪みを生ずる磁歪材料で構
成されているため、上記の如く磁界が印加されると、印
加された磁界に応じて突起に歪みが生じる。
That is, when a current is applied to the electromagnetic coil provided in the stator, a magnetic field along the axis of the electromagnetic coil is applied to the projection provided with the electromagnetic coil. Here, since the protrusion is made of a magnetostrictive material that causes magnetostriction when a magnetic field is applied, when the magnetic field is applied as described above, the protrusion is distorted according to the applied magnetic field.

【0004】従って、特定の電磁コイルにのみ電流を通
電することとすれば、特定の突起にのみ歪みを生ぜしめ
ることが可能であり、更に、固定子の円周に沿って順次
異なる電磁コイルに通電を与えることとすれば、固定子
の一端面に生ずる歪みが円周に沿って回転する。
Therefore, if a current is supplied only to a specific electromagnetic coil, it is possible to cause distortion only to a specific protrusion, and further to sequentially change the electromagnetic coils along the circumference of the stator. If electricity is applied, the strain generated on the one end surface of the stator rotates along the circumference.

【0005】ここで、固定子には、上記の如く回転子が
当接しており、その接触面に上記の如き回転歪みが生じ
ると、その歪みの回転が回転子に伝達され、電磁コイル
の駆動状態に応じた回転力が発生することになる。
Here, the rotor is in contact with the stator as described above, and when the above-mentioned rotational distortion occurs on the contact surface, the rotation of the distortion is transmitted to the rotor to drive the electromagnetic coil. Rotational force is generated according to the state.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の回
転型アクチュエータは、回転子と対向する複数の突起の
一部に歪みを発生させ、その歪みの回転を利用して回転
トルクを生ぜしめる構成であることから、必然的に駆動
状態においては一部の突起のみが回転子に当接した状態
となる。
However, in the conventional rotary actuator described above, a part of the plurality of protrusions facing the rotor is distorted, and the rotation of the distorted part is used to generate a rotating torque. Therefore, in the driven state, only some of the protrusions are inevitably brought into contact with the rotor.

【0007】つまり、回転子に対して回転トルクを与え
るのは、複数設けられた突起の内の一部であり、瞬間的
な接触面積が小さいことから、大きな駆動トルクを得る
ことができないという問題を有していた。
That is, since it is only a part of the plurality of protrusions that gives the rotating torque to the rotor and the momentary contact area is small, a large driving torque cannot be obtained. Had.

【0008】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、磁歪材料を円筒状に成形して固定子を形成し、
その固定子に対して螺旋方向の磁界を印加した際に生ず
るねじれ歪みを利用して駆動トルクを得ることにより、
上記の課題を解決する回転型アクチュエータを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and a magnetostrictive material is formed into a cylindrical shape to form a stator,
By obtaining the driving torque by utilizing the torsional strain generated when a magnetic field in the spiral direction is applied to the stator,
It is an object of the present invention to provide a rotary actuator that solves the above problems.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、磁歪材料
を円筒状に成形してなる固定子と、該固定子に対して軸
方向の磁界を印加する第1の電磁コイルと、前記固定子
に対して円周方向の磁界を印加する第2の電磁コイル
と、前記固定子に、該固定子の軸方向に所定間隔を空け
て対向する回転子とからなる回転型アクチュエータによ
り達成される。
The above object is to provide a stator formed by molding a magnetostrictive material into a cylindrical shape, a first electromagnetic coil for applying an axial magnetic field to the stator, and the fixed member. This is achieved by a rotary actuator that includes a second electromagnetic coil that applies a magnetic field in the circumferential direction to the child, and a rotor that faces the stator at a predetermined interval in the axial direction of the stator. .

【0010】[0010]

【作用】本発明に係る回転型アクチュエータにおいて、
前記第1の電磁コイルに電流を通電すると、前記回転子
には、その軸方向に磁界が印加される。また、これと共
に、前記第2の電磁コイルに電流を印加すると、当該第
2の電磁コイルが発生する前記回転子の円周方向の磁界
と、前記第1の電磁コイルが発生する軸方向の磁界とが
合成されて、前記固定子には螺旋方向の磁界が印加され
る。
In the rotary actuator according to the present invention,
When a current is applied to the first electromagnetic coil, a magnetic field is applied to the rotor in its axial direction. Further, when a current is applied to the second electromagnetic coil together with this, a magnetic field in the circumferential direction of the rotor generated by the second electromagnetic coil and a magnetic field in the axial direction generated by the first electromagnetic coil. And are combined, and a helical magnetic field is applied to the stator.

【0011】従って、前記第1のコイルにのみ電流を通
電させると、前記固定子には軸方向の歪みが生じ、その
結果、前記固定子と前記可動子とは当接状態となる。そ
して、その状態から更に前記第2のコイルに電流を通電
すると、前記固定子にはねじれが発生し、そのねじれが
前記固定子に伝達されて回転トルクが発生する。
Therefore, when a current is applied only to the first coil, axial distortion occurs in the stator, and as a result, the stator and the mover come into contact with each other. Then, when a current is further applied to the second coil from that state, the stator is twisted, and the twist is transmitted to the stator to generate a rotational torque.

【0012】以後、前記第1の電磁コイルへの通電のみ
を停止すると、前記固定子に対して印加されていた軸方
向磁界が消滅し、前記固定子は前記可動子に所定の回転
変位を与えたまま当該可動子から離間する。
Thereafter, when only the energization of the first electromagnetic coil is stopped, the axial magnetic field applied to the stator disappears, and the stator applies a predetermined rotational displacement to the mover. Separated from the mover.

【0013】[0013]

【実施例】図1は、本発明に係る回転型アクチュエータ
の全体構成を説明するための図であり、同図(A)は、
本実施例の回転型アクチュエータの要部である固定子1
0、及び回転子20の斜視図を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration of a rotary actuator according to the present invention. FIG.
The stator 1 which is the main part of the rotary actuator of this embodiment
0 and a perspective view of the rotor 20 are shown.

【0014】同図(A)に示すように、固定子10は、
図中上方側端面に深さの均一な複数の溝12を備える円
筒状の部材である。ここで、固定子10は、磁界が印加
されると磁界方向に伸長する超磁歪材料で構成されてい
る。尚、本実施例においては、超磁歪材料としてTb0.
3 Dy0.7 Fe1.9 を用いている。
As shown in FIG. 1A, the stator 10 is
It is a cylindrical member having a plurality of grooves 12 of uniform depth on the upper end surface in the figure. Here, the stator 10 is made of a giant magnetostrictive material that expands in the magnetic field direction when a magnetic field is applied. In this embodiment, Tb0.
3 Dy0.7 Fe1.9 is used.

【0015】回転子20は、固定子10とほぼ同径に設
けられた円板部22と、円板部22の中心に固定された
回転軸24とで構成され、固定子10の上方に所定間隔
を空けて、回転軸22を中心として回転可能に支持され
ている。
The rotor 20 is composed of a disc portion 22 having substantially the same diameter as that of the stator 10 and a rotating shaft 24 fixed to the center of the disc portion 22. It is rotatably supported about the rotating shaft 22 with a space therebetween.

【0016】また、図1(B)及び図1(C)は、固定
子10に第1の電磁コイル14と第2の電磁コイル16
とを捲回した状態の平面図、及び側面断面図(同図
(B)をそれぞれ示している。
1B and 1C, the stator 10 has a first electromagnetic coil 14 and a second electromagnetic coil 16 mounted on the stator 10.
A plan view and a side cross-sectional view of the wound state (and (B) of the figure) are respectively shown.

【0017】各図に示すように、第1の電磁コイル14
は、固定子10の中心軸回り、すなわち固定子10の円
周に沿って捲回された捲線によって形成されている。ま
た、第2の電磁コイル16は、溝12に巻き掛けて固定
子10の側面に捲回された捲線によって形成されてい
る。
As shown in the drawings, the first electromagnetic coil 14
Is formed by a winding wire wound around the central axis of the stator 10, that is, along the circumference of the stator 10. The second electromagnetic coil 16 is formed by a winding wire wound around the groove 12 and wound around the side surface of the stator 10.

【0018】この場合、第2の電磁コイル16は、溝1
2に巻き掛ける構成上、複数の電磁コイル群として形成
されるが、これらの電磁コイル群は、後述の如く電流を
通電した際に、同一方向の磁界を形成するものであれば
良く、個々のコイルは独立に形成しても直列に形成して
もよい。
In this case, the second electromagnetic coil 16 has the groove 1
Although it is formed as a plurality of electromagnetic coil groups due to the structure wound around 2, these electromagnetic coil groups may be any one as long as they form a magnetic field in the same direction when an electric current is applied as described later. The coils may be formed independently or in series.

【0019】ところで、図2(A)は、固定子10の軸
回りに、すなわち固定子10の円周に沿って捲線を捲回
してなる電磁コイル14aに所定電流を通電させた場合
に発生する磁界H1 の様子を示したものであるが、この
場合に発生する磁界H1 の向きは、電磁コイル14aの
軸方向、すなわち固定子10の軸方向と平行な向きとな
る。
By the way, FIG. 2A is generated when a predetermined current is applied to the electromagnetic coil 14a formed by winding a winding wire around the axis of the stator 10, that is, along the circumference of the stator 10. Although the state of the magnetic field H 1 is shown, the direction of the magnetic field H 1 generated in this case is parallel to the axial direction of the electromagnetic coil 14 a, that is, the axial direction of the stator 10.

【0020】この場合固定子10は、上述の如くTb−
Dy−Fe超磁歪材料で構成されているため、電磁コイ
ル14aの内周、すなわち固定子10の周囲に上記した
如き軸方向に向かう磁界が発生すると、磁界の向きに歪
みが生じ、軸方向に伸長する結果となる。
In this case, the stator 10 is Tb-as described above.
Since it is made of Dy-Fe giant magnetostrictive material, when a magnetic field in the axial direction as described above is generated around the inner circumference of the electromagnetic coil 14a, that is, around the stator 10, the magnetic field is distorted in the axial direction. The result is stretching.

【0021】従って、上記図1に示す本実施例の回転型
アクチュエータにおいては、第1の電磁コイル14に電
流を通電すると、その結果固定子10が軸方向に伸長す
ることになる。そして、本実施例においては、このよう
に固定子10が伸長した場合に、固定子10の上端が回
転子20の円板部に当接するように、固定子10及び回
転子20の位置関係、及び第1の電磁コイル14に通電
する電流を大きさを設定している。
Therefore, in the rotary actuator of this embodiment shown in FIG. 1, when a current is applied to the first electromagnetic coil 14, as a result, the stator 10 expands in the axial direction. In this embodiment, when the stator 10 is extended in this way, the positional relationship between the stator 10 and the rotor 20 is such that the upper end of the stator 10 abuts on the disc portion of the rotor 20, The magnitude of the current supplied to the first electromagnetic coil 14 is set.

【0022】次に、図2(B)に示す如く電磁コイル1
4aと共に、固定子10の側壁に捲回した捲線からなる
電磁コイル16aに電流を通電した場合について説明す
る。この場合、電磁コイル14aから固定子10の軸方
向に向かう磁界H1 が発生されることは前記した通りで
あるが、電磁コイル16aからは、当該電磁コイル16
aと錯交する向き、すなわち固定子10の円周方向に向
かう磁界H2 が発生される。
Next, as shown in FIG. 2B, the electromagnetic coil 1
A case will be described in which a current is supplied to the electromagnetic coil 16a including a winding wound around the side wall of the stator 10 together with 4a. In this case, the magnetic field H 1 is generated from the electromagnetic coil 14a in the axial direction of the stator 10, as described above.
A magnetic field H 2 is generated in a direction intersecting with a, that is, in the circumferential direction of the stator 10.

【0023】つまり、固定子10には、両者の発生する
磁界H1 及びH2 を合成した磁界Hが印加されることに
なるが、この際磁界Hの向きは、固定子10の円周方向
に捲回しつつその軸方向にドリフトする螺旋方向とな
る。固定子10は、印加された磁界の方向に伸長する部
材であるから、かかる螺旋状の磁界が印加されると、固
定子10には、軸方向の伸長と軸回りのねじれとが発生
することになる。
That is, a magnetic field H which is a combination of the magnetic fields H 1 and H 2 generated by the two is applied to the stator 10, and the direction of the magnetic field H at this time is the circumferential direction of the stator 10. The spiral direction is such that it winds up and drifts in its axial direction. Since the stator 10 is a member that expands in the direction of the applied magnetic field, when the spiral magnetic field is applied, the stator 10 is expanded in the axial direction and twisted about the axis. become.

【0024】従って、上記図1に示す本実施例の回転型
アクチュエータにおいて、第1の電磁コイル14と、第
2の電磁コイル16とに、共に所定電流を通電させた場
合、固定子10には、軸方向の伸長と軸回りのねじれと
が発生することになるが、この際、固定子10の下端が
固定されているとすれば、その上部端面は、発生したね
じれに応じて軸回りを回転することになる。
Therefore, in the rotary actuator of this embodiment shown in FIG. 1, when the first electromagnetic coil 14 and the second electromagnetic coil 16 are both energized with a predetermined current, the stator 10 is However, when the lower end of the stator 10 is fixed, the upper end surface of the stator 10 rotates around the axis in accordance with the twist that has occurred. It will rotate.

【0025】更に、本実施例においては、第1の電磁コ
イル14に電流を通電した時点で、当初離間していた固
定子10と回転子20とが当接した状態とされており、
その後第2の電磁コイル16に所定電流を通電すること
とすれば、固定子10の上部端面に生ずる回転は、直接
回転子20に伝達されることになる。
Further, in this embodiment, when the first electromagnetic coil 14 is energized with current, the stator 10 and the rotor 20 which are initially separated are in contact with each other,
Then, if a predetermined current is applied to the second electromagnetic coil 16, the rotation generated on the upper end surface of the stator 10 is directly transmitted to the rotor 20.

【0026】そして、その後先ず第1の電磁コイル14
への通電をを停止し、その後第2の電磁コイルへの通電
を停止して初期状態に復帰するサイクルを実行すれば、
固定子10は所定の回転を伝達し終えると回転子20か
ら離間して初期状態に復帰するというサイクルが実現さ
れ、回転子20に対して適切な回転を与えることが可能
となる。
Then, first, the first electromagnetic coil 14
If the cycle of stopping the power supply to the second electromagnetic coil and then stopping the power supply to the second electromagnetic coil and returning to the initial state is performed,
When the stator 10 finishes transmitting the predetermined rotation, it is separated from the rotor 20 to return to the initial state, and a cycle is realized, so that the rotor 20 can be appropriately rotated.

【0027】この際、本実施例の回転型アクチュエータ
は、固定子10の上端全面を可動子20に当接させた状
態で回転を伝達することから、回転歪みを利用して回転
を伝達する構成の回転型アクチュエータに比べて伝達し
得る回転トルクを大きく確保することができる。
At this time, since the rotary actuator of this embodiment transmits the rotation in a state where the entire upper end of the stator 10 is in contact with the mover 20, the rotation is transmitted by utilizing the rotation distortion. It is possible to secure a large rotational torque that can be transmitted as compared with the rotary type actuator.

【0028】また、このように当接面積を大きく確保し
て回転トルクを伝達することから、回転伝達時における
固定子10と回転子20との滑りが抑制されることにな
り、回転子20の回転角について高い精度を確保するこ
とができるという利点の併せて得ることができる。
Since the large contact area is secured and the rotational torque is transmitted in this manner, slippage between the stator 10 and the rotor 20 during transmission of the rotation is suppressed, and the rotor 20 moves. It is possible to obtain the advantage of being able to ensure high accuracy in the rotation angle.

【0029】ところで、上記サイクルを一回実行するこ
とにより回転子20に伝達される回転角、すなわち第1
の電磁コイル14及び第2の電磁コイル16に共に所定
の電流を流通した際に固定子10に生じるねじれ角をφ
とすると、このφは次式の如く表すことができる。
By the way, the rotation angle transmitted to the rotor 20 by executing the above cycle once, that is, the first angle
The torsion angle generated in the stator 10 when a predetermined current is passed through both the electromagnetic coil 14 and the second electromagnetic coil 16
Then, this φ can be expressed by the following equation.

【0030】 φ=θ2 +1/2θ1 −90 deg ・・・(1) θ1 =2・ sin-1〔L/√{L2 +(πD)2 }〕 θ2 = sin-1〔(1+λ)・ sinθ1 /√{2・(1+
1/2・λ)(1− cosθ1 )}〕 但し、上式中、Lは固定子10の全長、Dは固定子10
の外形、λは磁界印加時に生ずる磁歪量(延び率)を示
す。
Φ = θ 2 +1/2 θ 1 −90 deg (1) θ 1 = 2 · sin −1 [L / √ {L 2 + (πD) 2 }] θ 2 = sin −1 [( 1 + λ) ・ sin θ 1 / √ {2 ・ (1+
1/2 · λ) (1- cos θ 1 )}] where L is the entire length of the stator 10 and D is the stator 10
, Λ represents the amount of magnetostriction (extension rate) that occurs when a magnetic field is applied.

【0031】ここで、例えばL=10mm、D=20mm、
λ=1000ppm とすると、上記した1サイクルの処理
を行うことにより、φ=0.27 deg の回転を発生さ
せることができる。
Here, for example, L = 10 mm, D = 20 mm,
When λ = 1000 ppm, the rotation of φ = 0.27 deg can be generated by performing the above-described one cycle process.

【0032】この場合、磁歪材料の磁歪量λは、印加さ
れた磁界の強度に応じて変動する値であり、磁界強度の
関数として把握できる概念である。従って、固定子10
の全長L、外形Dを固定値とすれば、λのみがパラメー
タとなる上記回転角φについても、磁界強度の関数とし
て捕らえることが可能である。
In this case, the magnetostriction amount λ of the magnetostrictive material is a value that varies according to the strength of the applied magnetic field, and is a concept that can be grasped as a function of the magnetic field strength. Therefore, the stator 10
If the total length L and the outer shape D are fixed values, the rotation angle φ in which only λ is a parameter can be grasped as a function of the magnetic field strength.

【0033】図3は、かかる観点より、本実施例の回転
型アクチュエータについて1サイクル当たりの回転角φ
を磁界の関数として表した図であるが、同図に示す特性
を予め明らかにしておけば、回転型アクチュエータを使
用するに際して、印加する磁界の強度を制御することに
より、すなわち第1及び第2の電磁コイル14,16に
通電する電流値を制御することにより、微小な回転角に
ついて高精度な制御を実現することも可能となる。
From this point of view, FIG. 3 shows the rotation angle φ per cycle of the rotary actuator of this embodiment.
Is a function of the magnetic field, but if the characteristics shown in the figure are clarified in advance, when the rotary actuator is used, the strength of the applied magnetic field is controlled, that is, the first and second magnetic fields. It is also possible to realize highly accurate control of a minute rotation angle by controlling the value of the current flowing through the electromagnetic coils 14 and 16.

【0034】このように、本実施例の回転型アクチュエ
ータは、その構造上回転子20に比較的大きな回転トル
クを伝達することができ、また、回転子20に生じる1
サイクル当たりの回転角φを高精度に、かつ微小な幅で
制御することができるという特長を有している。
As described above, the rotary actuator of this embodiment can transmit a relatively large rotational torque to the rotor 20 due to its structure, and the rotor 1 can generate a large torque.
It has the feature that the rotation angle φ per cycle can be controlled with high precision and in a minute width.

【0035】ところで、本実施例の回転型アクチュエー
タを駆動するためには、上述したサイクルで第1及び第
2の電磁コイル14,16を駆動する必要がある。図4
は、かかる駆動を簡易に実現する通電パターンを示した
ものであるが、同図に示すように第1の電磁コイル14
に対する通電(図4(B))と、第2の電磁コイル16
に対する通電(図4(A))とを、同図に示す如く所定
の位相差を伴って行うことにより、簡易に所望の通電パ
ターンを実現することができる。
By the way, in order to drive the rotary actuator of this embodiment, it is necessary to drive the first and second electromagnetic coils 14 and 16 in the cycle described above. Figure 4
Shows an energization pattern for easily realizing such driving. As shown in FIG.
To the second electromagnetic coil 16 (FIG. 4 (B))
The desired energization pattern can be easily realized by performing the energization (FIG. 4A) with respect to (1) with a predetermined phase difference as shown in the figure.

【0036】従って、同図に示すパターンに沿って第1
及び第2の電磁コイル14,16を駆動する場合、本実
施例の回転型アクチュエータを連続的に駆動することが
可能となり、更に、第1及び第2の電磁コイル14,1
6に加える駆動電流の駆動周波数を変更することによ
り、又は印加電圧すなわち通電電流を変更することによ
り、容易に回転子20の回転速度制御を実現することが
できる。
Therefore, according to the pattern shown in FIG.
When driving the first and second electromagnetic coils 14 and 16, the rotary actuator of the present embodiment can be continuously driven, and further, the first and second electromagnetic coils 14 and 1 can be driven.
The rotation speed control of the rotor 20 can be easily realized by changing the drive frequency of the drive current applied to 6 or by changing the applied voltage, that is, the energization current.

【0037】尚、上記実施例においては、固定子10と
回転子20との当接を第2の電磁コイル16が阻害しな
いよう、固定子10に溝12を設け、その溝12内に第
2の電磁コイル12を捲回することとしているが、この
溝12は、円筒上に成形した磁歪材料に加工を加えて形
成する他、円筒上の磁歪材料端面に均一な高さの突起を
接合して形成することも可能である。
In the above embodiment, a groove 12 is provided in the stator 10 so that the second electromagnetic coil 16 does not hinder the contact between the stator 10 and the rotor 20, and the second groove 12 is formed in the groove 12. Although the electromagnetic coil 12 is wound, the groove 12 is formed by processing the magnetostrictive material formed on the cylinder, and the protrusion of uniform height is joined to the end surface of the magnetostrictive material on the cylinder. It is also possible to form.

【0038】すなわち、本実施例の回転型アクチュエー
タにおいては、固定子10の円筒部に生じるねじれが回
転子20の回転力を生み出す構成であり、溝12の側部
に形成された突起部には、何ら磁歪材料としての機能が
要求されない。
That is, in the rotary actuator of the present embodiment, the torsion generated in the cylindrical portion of the stator 10 produces the rotational force of the rotor 20, and the protrusion formed on the side portion of the groove 12 is , No function as a magnetostrictive material is required.

【0039】従って、この突起部については材質が任意
であり、これを接合により形成することとすれば、何ら
機能上の問題を生ずることなく生産性の向上を図ること
ができる。また、この突起は、回転型アクチュエータの
駆動時に、応力の集中する部位でもあることから、これ
らを磁歪材料でなく例えば鉄系鋼材等、より高剛性の材
質で構成することとすれば、耐久性等の面でも有利な効
果を得ることができる。
Therefore, the material of the protrusions is arbitrary, and if they are formed by joining, the productivity can be improved without causing any functional problem. Further, since these protrusions are also a region where stress is concentrated when the rotary actuator is driven, if they are made of a material having higher rigidity, such as an iron-based steel material, instead of a magnetostrictive material, durability is improved. Advantageous effects can also be obtained in terms of the above.

【0040】ところで、本実施例において固定子20の
材料として使用した如き超磁歪材料については、磁界を
印加して磁気歪みを生ぜしめようとする方向に予め予備
加圧を加えておくと、印加した磁界に対して大きな磁気
歪みが得られることが公知である。
By the way, for a giant magnetostrictive material such as that used as the material of the stator 20 in this embodiment, if a pre-pressurization is applied in advance in the direction in which a magnetic field is applied to cause magnetostriction, It is known that a large magnetostriction can be obtained with respect to the applied magnetic field.

【0041】図5は、本実施例の固定子10について異
なる3種の予備加圧を加えた場合の印加磁場−変位特性
であり、大きな予備加圧が加えられている場合には、同
一の磁界に対してより大きな変位を取り出せることを示
している。
FIG. 5 shows applied magnetic field-displacement characteristics when three different types of pre-pressurization are applied to the stator 10 of this embodiment, and when large pre-pressurization is applied, the same characteristics are obtained. It shows that a larger displacement can be taken out with respect to the magnetic field.

【0042】一方、磁気歪みによる固定子10の伸長を
利用して固定子10と回転子20との当接・離間を制御
し、また磁気歪みによる固定子10のねじれを利用して
回転子20に回転を伝達する構成の回転型アクチュエー
タを構成するにあたっては、寸法公差の確保、回転角の
確保等の観点から、固定子10の変位量は大きいことが
望ましい。
On the other hand, the contact and separation of the stator 10 and the rotor 20 are controlled by utilizing the extension of the stator 10 due to the magnetic strain, and the rotor 20 is utilized by utilizing the twist of the stator 10 due to the magnetic strain. In order to configure a rotary actuator having a configuration for transmitting rotation, it is desirable that the displacement amount of the stator 10 is large from the viewpoints of securing dimensional tolerance, securing a rotation angle, and the like.

【0043】従って、本発明に係る回転型アクチュエー
タを構成する場合、固定子10に予備加圧を印加するこ
とができれば、上記図1に示す回転型アクチュエータに
比べて更に優れた特性を得ることができる。
Therefore, when the rotary actuator according to the present invention is constructed, if pre-pressurization can be applied to the stator 10, it is possible to obtain more excellent characteristics than the rotary actuator shown in FIG. it can.

【0044】図6は、かかる観点より、固定子10の上
端及び下端間にそれぞれ加圧部材30,32を配設し、
更にこれらの加圧部材30,32を連結軸34で連結し
て所望の予備加圧を確保した構成例を示したものであ
る。
From this point of view, FIG. 6 shows that the pressing members 30 and 32 are arranged between the upper and lower ends of the stator 10, respectively.
Further, an example of the structure in which these pressurizing members 30 and 32 are connected by a connecting shaft 34 to secure a desired preliminary pressurization is shown.

【0045】この場合、連結軸34を加圧部材32の下
部でボルト締めする構成等により、所望の予備加圧を得
ることができ、これに第1及び第2の電磁コイル14,
16を組み込んで磁界を印加することとすれば、大きな
回転角を得ることができ、また固定子10と可動子20
との組み付け公差等を比較的広く確保することができ
る。
In this case, a desired pre-pressurization can be obtained by, for example, a structure in which the connecting shaft 34 is bolted at the lower part of the pressing member 32, and the first and second electromagnetic coils 14,
If 16 is incorporated to apply a magnetic field, a large rotation angle can be obtained, and the stator 10 and the mover 20 can be obtained.
It is possible to secure a relatively wide range of assembly tolerances and the like.

【0046】[0046]

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、磁歪材料
を円筒状に成形してなる固定子自体にねじれ歪みを発生
させ、そのねじれを直接可動子の回転トルクとする構成
であるため、回転型アクチュエータとして動作する際の
固定子と可動子の接触面積を広く確保することができ
る。
As described above, according to the present invention, torsional strain is generated in the stator itself, which is formed by molding a magnetostrictive material into a cylindrical shape, and the torsion is directly used as the rotational torque of the mover. It is possible to secure a wide contact area between the stator and the mover when operating as a rotary actuator.

【0047】このため、本発明に係る回転型アクチュエ
ータによれば、固定子の一端面に回転歪みを生ぜしめて
回転トルクを得る従来の回転型アクチュエータに比べ
て、大きな回転トルクの確保が可能となる。
Therefore, according to the rotary actuator according to the present invention, it is possible to secure a large rotary torque as compared with the conventional rotary actuator that obtains a rotary torque by causing a rotational strain on one end surface of the stator. .

【0048】また、本発明の構成においては、可動子に
は固定子に生ずるねじれ角と実質的に等しい回転角が生
じる。従って、従来の回転型アクチュエータに比べて容
易かつ高精度な回転角制御が実現でき、特に微小回転角
の制御が可能となるという特長をも有している。
Further, in the structure of the present invention, the movable element has a rotation angle substantially equal to the twist angle generated in the stator. Therefore, as compared with the conventional rotary actuator, it is possible to realize the rotation angle control more easily and with higher accuracy, and in particular, it is possible to control the minute rotation angle.

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

【図1】本発明に係る回転型アクチュエータの一実施例
の全体構成を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an overall configuration of an embodiment of a rotary actuator according to the present invention.

【図2】本実施例の回転型アクチュエータの動作を説明
するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the rotary actuator of this embodiment.

【図3】本実施例の回転型アクチュエータの固定子に印
加する磁界と、その磁界に起因して生ずる回転角との関
係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a magnetic field applied to the stator of the rotary actuator of the present embodiment and a rotation angle caused by the magnetic field.

【図4】本実施例の回転型アクチュエータの駆動に好適
な駆動パターンの一例である。
FIG. 4 is an example of a drive pattern suitable for driving the rotary actuator of this embodiment.

【図5】予備加圧をパラメータとして超磁歪材料の印加
磁場−変位特性を表した図である。
FIG. 5 is a diagram showing applied magnetic field-displacement characteristics of a giant magnetostrictive material with preliminary pressurization as a parameter.

【図6】本実施例の回転型アクチュエータの固定子に予
備加圧を加える構成の一例である。
FIG. 6 is an example of a configuration in which pre-pressurization is applied to the stator of the rotary actuator of this embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固定子 12 溝 14 第1の電磁コイル 16 第2の電磁コイル 20 回転子 22 円板部 24 回転軸 30,32 加圧部材 34 連結軸 10 Stator 12 Groove 14 First Electromagnetic Coil 16 Second Electromagnetic Coil 20 Rotor 22 Disc Part 24 Rotating Shaft 30, 32 Pressurizing Member 34 Connection Shaft

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁歪材料を円筒状に成形してなる固定子
と、 該固定子に対して軸方向の磁界を印加する第1の電磁コ
イルと、 前記固定子に対して円周方向の磁界を印加する第2の電
磁コイルと、 前記固定子に、該固定子の軸方向に所定間隔を空けて対
向する回転子とからなることを特徴とする回転型アクチ
ュエータ。
1. A stator formed by molding a magnetostrictive material into a cylindrical shape, a first electromagnetic coil for applying an axial magnetic field to the stator, and a magnetic field circumferentially applied to the stator. A rotary actuator comprising: a second electromagnetic coil for applying a voltage; and a rotor facing the stator at a predetermined interval in the axial direction of the stator.
JP6024543A 1994-02-22 1994-02-22 Rotary actuator Pending JPH07236290A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101382876B1 (en) * 2013-04-26 2014-04-09 충남대학교산학협력단 Rotary motor using the principle of magnetostriction

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