JPH09133069A - Actuator using semiconductor element - Google Patents
Actuator using semiconductor elementInfo
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- JPH09133069A JPH09133069A JP29079395A JP29079395A JPH09133069A JP H09133069 A JPH09133069 A JP H09133069A JP 29079395 A JP29079395 A JP 29079395A JP 29079395 A JP29079395 A JP 29079395A JP H09133069 A JPH09133069 A JP H09133069A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子を用いた
アクチュエータに関し、応答性を速くするよう工夫した
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator using a semiconductor element and is devised so as to have a quick response.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３及び図４は、従来の形状記憶合金を
用いたアクチュエータを示す。図３に示す例は、形状記
憶合金を直接通電により加熱冷却する方式であり、０１
は形状記憶合金バネ、０２はバイアスバネ、０３はスラ
イダー、０４は加熱用電源である。加熱用電源０４のス
イッチをＯＮにすると形状記憶合金が電流により加熱さ
れ形状記憶合金バネ０１が伸びてスライダー０３が図の
左方向に移動する。この移動変位を動力として取り出
す。2. Description of the Related Art FIGS. 3 and 4 show a conventional actuator using a shape memory alloy. The example shown in FIG. 3 is a method of heating and cooling a shape memory alloy by directly energizing
Is a shape memory alloy spring, 02 is a bias spring, 03 is a slider, and 04 is a heating power source. When the switch of the heating power source 04 is turned on, the shape memory alloy is heated by the electric current, the shape memory alloy spring 01 extends, and the slider 03 moves leftward in the drawing. This moving displacement is taken out as power.
【０００３】図４に示す例は、ヒータ０８による外部か
らの加熱冷却方式であり、０５は形状記憶合金バネ、０
６はバイアスバネ、７はスライダー、０８は加熱用ヒー
タである。加熱用ヒータ０８をＯＮにすると形状記憶合
金は加熱され形状記憶合金バネ０５が伸びてスライダー
０７が図の左方向に移動する。この移動変位を動力とし
て取り出す。即ち、電気的エネルギー及び熱的エネルギ
ーを機械的エネルギーに変換して駆動力を得ている。The example shown in FIG. 4 is a heating and cooling method from the outside by a heater 08, 05 is a shape memory alloy spring, and 0 is a shape memory alloy spring.
6 is a bias spring, 7 is a slider, and 08 is a heater for heating. When the heating heater 08 is turned on, the shape memory alloy is heated, the shape memory alloy spring 05 extends, and the slider 07 moves leftward in the drawing. This moving displacement is taken out as power. That is, a driving force is obtained by converting electrical energy and thermal energy into mechanical energy.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、アクチュエータの動力発生部の形状記憶合
金バネの冷却方法は自然空冷または水冷によるもので十
分な応答性を得ることができず積極的に冷却するものは
いまだ存在していない。また、過昇温による形状記憶合
金特性の劣化や消失が生じるため電流のコントロールが
必要である。本発明は、上記問題を解決することで、応
答速度の速い半導体素子を用いたアクチュエータを提供
することを目的とする。However, in the above-mentioned prior art, the cooling method of the shape memory alloy spring of the power generating portion of the actuator is natural air cooling or water cooling, and it is not possible to obtain sufficient responsiveness, so that the positive response is positive. There is still nothing to cool. In addition, it is necessary to control the current because the shape memory alloy characteristics are deteriorated or lost due to excessive temperature rise. It is an object of the present invention to provide an actuator using a semiconductor element having a high response speed by solving the above problems.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明は、アクチュエータボディ部に対してスライド自在
に配置されたスライダーと、コイルバネの形状になって
いると共に、上記スライダーと上記アクチュエータボデ
ィ部との間に介装されており、加熱・冷却されることに
より伸縮して上記スライダーに力を伝えてスライダーを
スライドさせる動力発生部と、上記動力発生部の加熱・
冷却を行う半導体部と、上記スライダーの変位を検知す
る変位センサと、上記動力発生部の温度を検知する温度
センサと、上記変位センサ及び上記温度センサにより検
出したセンサ信号を受けると共に、指令入力を受け、指
令入力に応じて上記スライダーのスライド量を制御する
ように、上記半導体部に流す電流を制御する制御器とを
具備することを特徴とする。According to the present invention for solving the above-mentioned problems, a slider slidably arranged with respect to an actuator body portion and a coil spring are formed, and the slider and the actuator body portion are formed. And a power generation unit that expands and contracts by heating and cooling to transmit force to the slider to slide the slider, and heating and power of the power generation unit.
A semiconductor unit for cooling, a displacement sensor for detecting the displacement of the slider, a temperature sensor for detecting the temperature of the power generation unit, a sensor signal detected by the displacement sensor and the temperature sensor, and a command input. And a controller for controlling a current flowing through the semiconductor section so as to control the slider slide amount according to a command input.
【０００６】また本発明は、上記動力発生部は形状記憶
合金で形成されていることを特徴とする。The present invention is also characterized in that the power generating portion is formed of a shape memory alloy.
【０００７】また本発明は、上記半導体部は、ペルチェ
効果による発熱・冷却ができる材質で形成され且つ配置
がされていることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the semiconductor portion is formed and arranged of a material capable of generating heat and cooling by the Peltier effect.
【０００８】本発明の半導体素子を用いたアクチュエー
タによれば、電流を制御することにより半導体部と動力
発生部の接合部分で吸熱・発熱を容易に行うことができ
るために動力発生部のコイルばね状の形状記憶合金の低
温での変形、高温での形状回復をすばやく行うことがで
きる。従って、応答性の高いアクチュエータを得ること
ができる。また、変位センサで検知されたスライダ変位
の情報と温度センサで検知された温度の情報とをフィー
ドバックして制御器により電流を制御するため、スライ
ダーの位置制御をすばやく行うことができ、加熱の際の
過昇温による形状記憶特性の劣化や消失が防止できる。According to the actuator using the semiconductor element of the present invention, it is possible to easily absorb and generate heat at the joint portion between the semiconductor portion and the power generating portion by controlling the current, so that the coil spring of the power generating portion is provided. The shape memory alloy can be quickly deformed at low temperatures and quickly recovered at high temperatures. Therefore, a highly responsive actuator can be obtained. Also, since the information of the slider displacement detected by the displacement sensor and the information of the temperature detected by the temperature sensor are fed back and the current is controlled by the controller, the slider position control can be performed quickly, and during heating. It is possible to prevent the shape memory characteristic from being deteriorated or lost due to excessive temperature rise.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１は実施の形態に係るアクチュエータの構成を
示し、図２はこのアクチュエータの制御ブロックを示
す。図に示すように、スライダー１はアクチュエータボ
ディ部２にスライド自在（図１では左右方向のスライド
自在）に備えられている。スライダー１の両端とアクチ
ュエータボディ部２との間には、それぞれ動力発生部３
ａ1 ，３ａ2 ，３ｂ1 ，３ｂ2 が介装されている。各動
力発生部３ａ1 ，３ａ2 ，３ｂ1 ，３ｂ2 は、コイルバ
ネ形状となった形状記憶合金で形成されており、コイル
バネ形状の各形状記憶合金内にはそれぞれ温度センサ４
が配置されている。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a configuration of an actuator according to an embodiment, and FIG. 2 shows a control block of this actuator. As shown in the figure, the slider 1 is provided slidably on the actuator body 2 (in FIG. 1, slidable in the left-right direction). Between the both ends of the slider 1 and the actuator body portion 2, a power generating portion 3 is provided.
a 1 , 3 a 2 , 3 b 1 , 3 b 2 are interposed. Each of the power generation units 3a 1 , 3a 2 , 3b 1 , 3b 2 is formed of a shape memory alloy having a coil spring shape, and the temperature sensor 4 is provided in each shape memory alloy of the coil spring shape.
Is arranged.
【００１０】スライダー１にはＮ形の半導体５Ｎ1 とＰ
形の半導体５Ｐ1 が配置されており、アクチュエータボ
ディ部２にはＰ形の半導体５Ｐ2 とＮ形の半導体５Ｎ2
が配置されている。そして、半導体５Ｎ1 と半導体５Ｐ
2 とによるペルチェ効果により加熱・冷却ができ、半導
体５Ｎ2 と半導体５Ｐ1 とによるペルチェ効果により加
熱・冷却ができるように、各半導体、５Ｎ1 ，５Ｎ2 ，
５Ｐ1 ，５Ｐ2 の材質が選定されている。The slider 1 has an N-type semiconductor 5N 1 and P
A semiconductor 5P 1 of the N-type is arranged, and a semiconductor 5P 2 of the P-type and a semiconductor 5N 2 of the N-type are arranged in the actuator body 2.
Is arranged. And semiconductor 5N 1 and semiconductor 5P
2 and can heating and cooling by the Peltier effect, so it is heated and cooled by the Peltier effect semiconductor 5N 2 and the semiconductor 5P 1, the semiconductor, 5N 1, 5N 2,
Materials of 5P 1 and 5P 2 are selected.
【００１１】制御器６には、可変電源６ａ，６ｂの他に
フィードバック制御用回路（図示省略）が備えられてい
る。可変電源６ａ，６ｂは出力電流値を可変にできると
共に、出力電流の向きも可変にできるようになってい
る。更に可変電源６ａ→半導体５Ｐ2 →動力発生部３ｂ
1 →半導体５Ｎ1 →動力発生部３ａ1 →可変電源６ａに
沿う電流閉ループが形成されるよう結線がされている。
同様に可変電源６ｂ→半導体５Ｎ2 →動力発生部３ａ2
→半導体５Ｐ1 →動力発生部３ｂ2 →可変電源６ｂに沿
う電流閉ループが形成されるよう結線がされている。The controller 6 is provided with a feedback control circuit (not shown) in addition to the variable power supplies 6a and 6b. The variable power supplies 6a and 6b can change the output current value and also change the direction of the output current. Further, the variable power source 6a → semiconductor 5P 2 → power generation unit 3b
1 → Semiconductor 5N 1 → Power generation unit 3a 1 → Variable power source 6a are connected so as to form a closed current loop.
Similarly, the variable power source 6b → semiconductor 5N 2 → power generation unit 3a 2
→ Semiconductor 5P 1 → Power generator 3b 2 → Variable power source 6b is connected so as to form a closed current loop.
【００１２】変位センサ７はスライダー１の変位を検出
する。そして変位センサ７で検出した変位信号７ａや、
温度センサ４で検出した温度信号４ａは制御器６にフィ
ードバックされる。The displacement sensor 7 detects the displacement of the slider 1. The displacement signal 7a detected by the displacement sensor 7 and
The temperature signal 4a detected by the temperature sensor 4 is fed back to the controller 6.
【００１３】図２において、指令入力ｒを制御器６に与
えると、それに対応するアクチュエータ変位を発生する
ための電流ｉが発生する。図１において、この電流ｉに
よって図１に示される向きの電流ｉが流れると、動力発
生部３ｂ1 ，３ｂ2 が発熱部、動力発生部３ａ1 ，３ａ
2 が吸熱部となる。動力発生部３ｂ1 ，３ｂ2 ，３
ａ 1 ，３ａ2 の形状記憶合金がこの発熱・吸熱作用によ
り加熱・冷却され加熱側でのびを生じ、冷却側で縮みを
生じるために、スライダー１は図１の左方向に移動す
る。この移動変位が動力として取り出される。また、こ
の電流ｉの向きが逆転すると発熱部と吸熱部が逆転して
スライダー１は逆方向に駆動される。また、温度センサ
４で検知された温度信号４ａをフィードバックすること
で過昇温の状態になった場合、制御器６により電流を減
少させることができる。更に変位信号７ａをフィードバ
ックすることにより、指令入力ｒに応じた変位が得られ
るよう、電流ｉを制御することにより、目標変位が正確
に得られる。In FIG. 2, a command input r is given to the controller 6.
Then the corresponding actuator displacement is generated.
Current i is generated. In FIG. 1, this current i
Therefore, when the current i in the direction shown in FIG.
Raw part 3b1, 3bTwoIs a heat generating part, power generating part 3a1, 3a
TwoIs the endothermic part. Power generator 3b1, 3bTwo, 3
a 1, 3aTwoThe shape memory alloy of
Is heated and cooled, causing stretching on the heating side and shrinking on the cooling side.
Slider 1 moves to the left in FIG. 1 to occur.
You. This moving displacement is taken out as power. Also,
When the direction of the current i of is reversed, the heat generating part and the heat absorbing part are reversed.
The slider 1 is driven in the opposite direction. Also, the temperature sensor
To feed back the temperature signal 4a detected in 4.
If the temperature rises excessively, the controller 6 reduces the current.
Can be reduced. In addition, the displacement signal 7a
By clicking, the displacement corresponding to the command input r is obtained.
The target displacement is accurate by controlling the current i so that
Can be obtained.
【００１４】[0014]
【発明の効果】以上具体的に説明したように本発明によ
れば、アクチュエータの応答速度が速く、加熱の際の過
昇温による形状記憶特性の劣化や消失を防止できるアク
チュエータが得られる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to obtain an actuator in which the response speed of the actuator is fast and the deterioration or disappearance of the shape memory characteristic due to the excessive temperature rise during heating can be prevented.
【００１５】また動力発生部の材料として形状記憶合金
を用いているので、摺動部を持たず、また動作音を発生
しないアクチュエータである。Further, since the shape memory alloy is used as the material of the power generating portion, the actuator has no sliding portion and does not generate operating noise.
【００１６】更に形状記憶合金の加熱・冷却に半導体の
ペルチェ効果を用いるため従来にない積極的な冷却が可
能となり、応答性が速くなる。Furthermore, since the Peltier effect of the semiconductor is used for heating and cooling the shape memory alloy, it is possible to perform positive cooling which has not been heretofore achieved, and the responsiveness becomes faster.
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態を示す制御ブロック図。FIG. 2 is a control block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図３】従来のアクチュエータを示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional actuator.
【図４】従来のアクチュエータを示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional actuator.
１ スライダー ２ アクチュエータボディ部 ３ａ1 ，３ａ2 ，３ｂ1 ，３ｂ2 動力発生部 ４ 温度センサ ５Ｎ1 ，５Ｎ2 ，５Ｐ1 ，５Ｐ2 半導体 ６ 制御器 ６ａ，６ｂ 可変電源 ７ 変位センサ1 Slider 2 Actuator body 3a 1 , 3a 2 , 3b 1 , 3b 2 Power generator 4 Temperature sensor 5N 1 , 5N 2 , 5P 1 , 5P 2 Semiconductor 6 Controller 6a, 6b Variable power supply 7 Displacement sensor
Claims (3)
ド自在に配置されたスライダーと、 コイルバネの形状になっていると共に、上記スライダー
と上記アクチュエータボディ部との間に介装されてお
り、加熱・冷却されることにより伸縮して上記スライダ
ーに力を伝えてスライダーをスライドさせる動力発生部
と、 上記動力発生部の加熱・冷却を行う半導体部と、 上記スライダーの変位を検知する変位センサと、 上記動力発生部の温度を検知する温度センサと、 上記変位センサ及び上記温度センサにより検出したセン
サ信号を受けると共に、指令入力を受け、指令入力に応
じて上記スライダーのスライド量を制御するように、上
記半導体部に流す電流を制御する制御器とを具備するこ
とを特徴とする半導体素子を用いたアクチュエータ。1. A slider slidably arranged with respect to an actuator body portion, and a coil spring shape, which is interposed between the slider and the actuator body portion, and is heated and cooled. Power generation unit that expands and contracts by transmitting force to the slider to slide the slider, a semiconductor unit that heats and cools the power generation unit, a displacement sensor that detects displacement of the slider, and the power generation unit. The semiconductor unit is configured to receive a temperature sensor that detects a temperature of a portion, a sensor signal detected by the displacement sensor and the temperature sensor, receive a command input, and control a slide amount of the slider according to the command input. An actuator using a semiconductor element, comprising: a controller for controlling a current flowing through the actuator.
れていることを特徴とする請求項１の半導体素子を用い
たアクチュエータ。2. The actuator using a semiconductor device according to claim 1, wherein the power generating portion is formed of a shape memory alloy.
熱・冷却ができる材質で形成され且つ配置がされている
ことを特徴とする請求項１の半導体素子を用いたアクチ
ュエータ。3. The actuator using the semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor portion is formed and arranged of a material capable of generating heat and cooling by the Peltier effect.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29079395A JPH09133069A (en) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | Actuator using semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29079395A JPH09133069A (en) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | Actuator using semiconductor element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133069A true JPH09133069A (en) | 1997-05-20 |
Family
ID=17760574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29079395A Withdrawn JPH09133069A (en) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | Actuator using semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09133069A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1995
- 1995-11-09 JP JP29079395A patent/JPH09133069A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030204 |